警惕Sniffer窃企业机密通过ARP找到小偷

在局域网中，Sniffer是一个很大的威胁。恶意用户可以籍此看到一些机密文件和及一些个人的隐私。Sniffer对安全有如此的威胁，但它可以方便的在因特网上下免费下栽并安装在PC上。但是，目前为止，还没有很好的方法来检测谁的PC安装了Sniffer软件。这篇文档将讨论利用ARP包来检测那些在公司和学校局域网内Sniffing的恶意用户。

　　网卡混杂模式：为Sniffer窃取信息开后门

　　局域网通常是以太网组成的。在以太网上用的是IPV4协议，数据是明文传输的，除非用了加密软件。当用户发信息到网络上时，他只希望网络另一端的用户能接收到。不幸的是，以太网的机制给未被授权的用户提供了窃听信息的机会。

　　我们知道，在以太网中，信息会发送到网络中所有的节点，有些节点会接收这些信息，同时有些节点会简单的丢弃这些信息。接收或丢弃信息由网卡来控制。网卡不会接收所有发到局域网的数据包，即使它连在以太网上;相反它会过滤掉一些特定的数据包。在这篇文档里，我们将称这种过滤为网卡的硬件过滤。Sniffer会被网卡设置成特定的模式，这样网卡就可以接收所有到达的数据包了，而不管它是不是这些包指定的目的地址。这种网卡的模式称为混杂模式。

　　Sniffer接收所有的数据包，而不是发送一些非法包。所以它不会干扰网络的正常运行，因此很难检测到这种恶意行为。虽然如此，网卡的混杂模式显然是不同于正常模式的。一个本来应该被过滤的包在这种模式下会被允许到达系统内核。是不是做出响应取决于系统内核。

　　寻找Sniffer窃取者的致命弱点

　　我们把检测混杂模式的方法用一个现实世界的例子来模拟。假设会议室里正在开会。一个窃听者用他的一只耳朵靠着会议室的墙壁。当他正在窃听的时候，他会屏住呼吸，静静的听着会议室的所有对话。但是如果有人在会议里喊他的名字，“MR. **?”窃听者有时候会应声“YES!”这种类比看起来有些荒谬，但确实是应用在检测网络的SNIFFING上了。因为SINFFER接收所有的数据包，包括那些本来不是发给它的，所以它可能会对那些本来应该被网卡过滤的包错误地做出响应。所以，我们对混杂模式的检测建立在以下的基础上：向网络上所有的节点发送ARP请求包，检查是不是有ARP响应包。

　　为了解释这个原理，首先，我们从网卡的混杂模式和普通模式的区别开始。所有以太网卡都有6字节的硬件地址。厂商分配这些地址，而且每个地址都是唯一的。从理论上说，不存在两块硬件地址一样的网卡。以太网上信息的交流是建立在硬件地址的基础上的。但是网卡为了接收不同类型的数据包，可以建立不同的过滤机制。现对网卡的各种过滤机制说明如下：

　　单播(UNICAST)

　　接收所有目标地址和网卡的硬件地址一样的包。

　　广播(Broadcast)

　　接收所有的广播包。广播包的目的地址是FFFFFFFFFFFF。这种模式是为了能收到那些希望能到达网络所有节点的包。

　　组播(Multicast)

　　接收所有预先注册好的特定组的包。只有那些预先注册的组才会被网卡接收。

　　所有的组播(All Multicast)

　　接收所有的组播。这种模式和上层的协议有关联，这种模式会接收所有组播位设为1的包。

　　混杂(Promiscuous)

　　接收所有的数据包而不管它的目的地址是什么。

　　上图示意了在正常模式和混杂模式下硬件过滤的操作方式。通常情况下，网卡的硬件过滤会设置成单播，广播和组播1模式。网卡只接收目的地址和它的硬件地址一样，广播地址(FF:FF:FF:FF:FF:FF)和组播地址1(01:00:5E:00:00:01)。

ARP检测包找出混杂模式节点

　　正如前面所陈述的，网卡设置成普通模式和混杂模式对包的过滤是不同的。当网卡被设成混杂模式后，本来被过滤的包会允许到达系统内核。利用这种机制，我们建立一种新的机制来检测混杂模式节点：如果构造一个目的地址不是广播地址的ARP包，把它发送到网络的每个节点，如果发现有些节点有响应，那么这些节点工作在混杂模式。

　　我们简单地看一下正常的ARP请求和响应的操作方式。首先，为解析192.168.1.10产生一个ARP请求包。它的目的地址为广播地址，使网络上所有的节点能够收到。理论上，只有IP地址符合的节点才会响应。

      但是，如果把ARP包的目的地址设成非广播地址呢?比如，如果把目标地址设成00-00-00-00-00-01?当网卡处于正常模式，这个包将被认为“TO OTHERHOST”包，因此将被网卡的硬件过滤拒绝。但是，如果网卡处于混杂模式，那么网卡不会执行过滤操作。所以包将被允许到达系统内核。系统内核会认为ARP请求包到达了，因为它包含了与PC相同的IP地址，这样，它应该会对请求包作出响应。但让人奇怪的是，内核事实上没有对包做出响应(如下图)。这令人意外的结果说明系统内核存在着其它的过滤机制，因为事实上包被系统内核过滤了。我们把这种过滤称之为软件过滤。

　　进一步说，对混杂模式的检测可以从对比硬件过滤和软件过滤的区别来达到。硬件过滤通常会屏蔽一些非法的包。如果一个包能够通过硬件过滤，它通常也能通过软件过滤。我们设想构建被硬件过滤拒绝而同时能够通过软件过滤的包。通过发送这样的包，正常模式的网卡不会作出响应，而混杂模式的网卡会作出响应。

　　软件过滤破获Sniffer窃取者

　　软件过滤建立在操作系统内核的基础上，所以要了解软件过滤必须明白操作系统内核是如何工作的。LINUX开放源代码，因此可以获取它的软件过滤机制。但是微软的WINDOWS源代码是非公开的，其软件过滤机制只能从实验上去猜测推理。

　　1)LINUX

　　在LINUX的以太网模块，根据地址的不同包可以分为以下几类：

　　BROADCAST PACKETS：

　　FF:FF:FF:FF:FF:FF

　　MULTICAST PACKETS：

　　除了广播包外，组标识位置1的包。

　　TO_US PACKETS：

　　所有目的地址和网卡硬件地址一样的包。

　　OTHERHOST PACKETS：

　　所有目的地址和网卡硬件地址不一样的包。

　　在这里，我们假设组标识位置1的包就是MULTICAST PACKETS。以太网MULTICAST PACKET对应IP网络的地址是01-00-5E-**-**-**，所以MULTICAST PACKETS应该不能只用组标识位来区别。但，实际上这个假设是正确的，因为01-00-5E-**-**-**是IP网络基础上的，而网卡的硬件地址可以用在其它的上层协议。

　　其次，我们看一下LINUX的ARP模块。ARP模块会拒绝所有的OTHERHOST PACKETS。同时，它会对BROADCAST，MULTICAST，和TO_US PACKETS作出响应。下表示意了硬件过滤和软件过滤的响应。我们给出了六种不同类型地址的包发到网卡后，硬件过滤和软件过滤是如何操作的。

 
 GR BIT

 
 NORMAL MODE

 
 PROMISCUOUS MODE

 
 
HW FILTER

 
 SW FILTER

 
 RES

 
 HW FILTER

 
 SW FILTER

 
 RES

 
 
TO_US

 
 OFF

 
 PASS

 
 PASS

 
 Y

 
 PASS

 
 PASS

 
 Y

 
 
OTHERHOST

 
 REJECT

 
 -

 
 N

 
 PASS

 
 REJECT

 
 N

 
 
BROADCAST

 
 ON

 
 PASS

 
 PASS

 
 Y

 
 PASS

 
 PASS

 
 Y

 
 
MULTICAST

(IN THE LIST)

 
 PASS

 
 PASS

 
 Y

 
 PASS

 
 PASS

 
 Y

 
 
MULTICAST

(NOT IN THE LIST)

 
 REJECT

 
 -

 
 N

 
 PASS

 
 PASS

 
 Y

 
 
GROUP

 
 REJECT

 
 -

 
 N

 
 PASS

 
 PASS

 
 Y

　　TO_US PACKETS：

　　当网卡处正常模式，所有TO_US PACKETS能通过硬件过滤，也能通过软件过滤，所以ARP模块将对这种包做出响应而不管网卡是否处于混杂模式。

　　OTHERHOST PACKETS：

　　当网卡处于正常模式，将拒绝OTHERHOST PACKETS。即使当网卡处于混杂模式，软件过滤也将拒绝这种类型的包。所以对ARP REQUESTS将不会做出响应。

　　BROADCAST PACKET：

　　在正常模式，BROADCAST PACKETS将通过硬件过滤和软件过滤。所以无论网卡处于什么模式都会有响应包。

　　MULTICAST PACKETS：

　　在正常模式，未在预先注册过的组列表中的地址的包将被拒绝。但是，如果网卡处在混杂模式，这种类型的包将会通过硬件过滤，而且，因为软件过滤也不会拒绝这种类型的包，所以将会产生一个响应。在这种情况下，网卡处于不同的模式会有不同的结果产生。

　　GROUP BIT PACKETS：

　　不是BROADCAST或MULTICAST包，但其组标识位置1。在正常模式下，会拒绝这种包，而在混杂模式下，这种包将会通过。而且因为这种包会被软件过滤认为是组播包，所以这种包能通过软件过滤。组标识位置1的包能够用来检测混杂模式。

　　2)WINDOWS

　　WINDOWS非源代码开放的操作系统，我们不能通过查看它的源码来分析它的软件过滤。相反，我们只能通过实验的方式来测试它的软件过滤。以下7种地址会被WINDOWS利用：

　　FF-FF-FF-FF-FF-FF BROADCAST ADDRESS：

　　所有接点将会收到这种类型的包，并作出响应。正常的ARP请求包用的就是这种地址。

　　FF-FF-FF-FF-FF-FE FAKE BROADCAST ADDRESS：

　　这是较后一位置0假冒的广播地址。用来检测软件过滤是否会检查所有的地址位，进而是否会对这种包作出响应。

　　FF-FF-00-00-00-00 FAKE BROADCAST 16 BITS：

　　这是只有前16位置1的假冒的广播地址。它可能会被认为是广播地址，而且在过滤机制只检查前16位的情况下会得到响应。

　　FF-00-00-00-00-00 FAKE BROADCAST 16 BITS：

　　这是只有前8位置1的假冒的广播地址。它可能会被认为是广播地址，而且在过滤机制只检查前8位的情况下会得到响应。

　　01-00-00-00-00-00 GROUP BIT ADDRESS：

　　组标识位置1的地址，用来检查是否会被认为是组播地址。

　　01-00-5E-00-00-00 MULTICAST ADDRESS 0

　　MULTICAST ADDRESS 0通常是未被使用的。所以我们把这种类型的地址当作未在注册过的组列表中的地址。硬件过滤会拒绝这种种包。但是，软件过滤会把这种包误认为是组播包，因为它不检查所有的位。所以，当网卡处在混杂模式时，系统内核会对这种包做出响应。

　　01-00-5E-00-00-01 MULTICAST ADDRESS 1

　　MULTICAST ADDRESS 1代表了局域网某一子网的所有HOSTS。换名话说，硬件过滤在默认情况下将通过这种类型的包。但是存在这样的可能：如果网卡不支持组播模式，那么它将不会对这种包作出响应。所以这种包可以用来检测主机是否支持组播地址。

　　结论：不同系统采用不同的措施

HW ADDR

 
 WINDOWS 9x/ME

 
 WINDOWS 2K/NT4

 
 LINUX2.2/2.4

 
 
NORMAL

 
 PROMIS

 
 NORMAL

 
 PROMIS

 
 NORMAL

 
 PROMIS

 
 
FF:FF:FF:FF:FF:FF

 
 RES

 
 RES

 
 RES

 
 RES

 
 RES

 
 RES

 
 
FF:FF:FF:FF:FF:FE

 
 -

 
 RES

 
 -

 
 RES

 
 -

 
 RES

 
 
FF:FF:00:00:00:00

 
 -

 
 RES

 
 -

 
 RES

 
 -

 
 RES

 
 
FF:00:00:00:00:00

 
 -

 
 RES

 
 -

 
 -

 
 -

 
 RES

 
 
01:00:00:00:00:00

 
 -

 
 -

 
 -

 
 -

 
 -

 
 RES

 
 
01:00:5E:00:00:00

 
 -

 
 -

 
 -

 
 -

 
 -

 
 RES

 
 
01:00:5E:00:00:01

 
 RES

 
 RES

 
 RES

 
 RES

 
 RES

 
 RES

　　对7种地址的实验结果列在上面的表上。

　　这些实验结果分别是在WINDOWS 95，98，ME，2000和LINUX下得出的。正如我们前面所述的，网卡处于正常模式时，所有的系统内核都会对BROADCAST ADDRESS和MULTICAST ADDRESS 1做出响应。

　　但是，当网卡处于混杂模式时，根据操作系统的不同，结果也会不同。WINDOWS 95，98和ME将会对FAKE BROADCAST 31，16，和8BITS做出响应。所以，我们可以认为WINDOWS 9x的软件过滤至多只检查前8位来判别是否是广播地址。

　　在WINDOWS 2000下，它会对FAKE BROADCAST 31和16BITS作出响应。所以我们可以认为WINDOWS 2000的软件过滤至多只检查前16位来判别是否是广播地址。

　　在LINUX下，会对这七种地址的包都做出响应。换句话说，当网卡处于混杂模式时，LINUX会对这七种包做出响应。

　　以下的结果说明我们可以根据ARP包来判别是否有处于混杂模式的节点，而不管操作系统是WINDOWS或LINUX。从而，可以通过这样一种简单的方法用来在局域网中的检测。以下是检测过程：

　　1) 我们试图对装载IP协议的机器进行是否处在混杂模式的检测。我们构建这样一个ARP包：

　　 Ethernet address of destination

 
 FF:FF:FF:FF:FF:FE

 
 
Ethernet address of sender

 
 <Own NIC’s Device address>

 
 
Protocol type (ARP=0806)

 
 0806

 
 
Hardware address space (Ethernet=01)

 
 0001

 
 
Protocol address space (IPv4=0800)

 
 0800

 
 
Byte length of Hardware address

 
 06

 
 
Byte length of protocol address

 
 04

 
 
Opcode (ARP request=01,ARP reply=02)

 
 0001

 
 
Hardware address of sender of this packet

 
 <Own NIC’s Device address>

 
 
Protocol address of sender of this packet

 
 <Own NIC’s IP address>

 
 
Hardware address of target of this packet

 
 00:00:00:00:00:00

 
 
Protocol address of target of this packet

 
 <IP Address>（address want to be checked）

      2) 在我们构建完这种包后，我们把它发送到局域网上

　　3) 在正常情况下，这个包将会被硬件过滤拒绝。但是，如果这台机器处在混杂模式，它将会对这个包做出响应。如果我们接收到响应，那么这台机器处在混杂模式。

　　为了检测混杂模式，我们可利用在7提到的技术对局域网上所有的机器按序进行。如果有些机器不能收到ARP包，那么将不能利用这种方法。