网络协议底层原理7——网络安全_网络设备底层协议识别原理

网络通信中面临的4种安全威胁：
截获：窃听通信内容
中断：中断网络通信
篡改：篡改通信内容
伪造：伪造通信内容

1.网络层 - ARP欺骗

ARP欺骗 (ARP spoofing)，又称ARP毒化 (ARP poisoning)、ARP病毒、ARP攻击

ARP欺骗可以造成的效果
可让攻击者获取局域网上的数据包甚至可篡改数据包
可让网络上特定电脑之间无法正常通信（例如网络执法官这样的软件）
让送至特定IP地址的流量被错误送到攻击者所取代的地方

ARP欺骗防护：
静态ARP
DHCP Snooping
网络设备可借由DHCP保留网络上各电脑的MAC地址，在伪造的ARP数据包发出时即可侦测到
利用一些软件监听ARP的不正常变动

2.DoS、DDoS 介绍与防御

DoS攻击（拒绝服务攻击，Denial-of-Service attack）：使目标电脑的网络或系统资源耗尽，使服务暂时中断或停止，导致其正常用户无法访问

DDoS攻击（分布式拒绝服务攻击，Distributed Denial-of-Service attack）：黑客使用网络上两个或以上被攻陷的电脑作为“僵尸”向特定的目标发动DoS攻击
2018年3月，GitHub遭到迄今为止规模最大的DDoS攻击

DoS攻击可以分为2大类：带宽消耗型：UDP洪水攻击、ICMP洪水攻击
资源消耗型：SYN洪水攻击、LAND攻击

DoS、DDoS防御：
防御方式通常为：入侵检测、流量过滤、多重验证
堵塞网络带宽的流量将被过滤，而正常的流量可正常通过

防火墙：防火墙可以设置规则，例如允许或拒绝特定通讯协议，端口或IP地址，当攻击从少数不正常的IP地址发出时，可以简单的使用拒绝规则阻止一切从攻击源IP发出的通信
复杂攻击难以用简单规则来阻止，例如80端口遭受攻击时不可能拒绝端口所有的通信，因为同时会阻止合法流量
防火墙可能处于网络架构中过后的位置，路由器可能在恶意流量达到防火墙前即被攻击影响

交换机：大多数交换机有一定的速度限制和访问控制能力

路由器：和交换机类似，路由器也有一定的速度限制和访问控制能力

黑洞引导：将所有受攻击计算机的通信全部发送至一个“黑洞”（空接口或不存在的计算机地址）或者有足够能力处理洪流的网络设备商，以避免网络受到较大影响

流量清洗：当流量被送到DDoS防护清洗中心时，通过采用抗DDoS软件处理，将正常流量和恶意流量区分
正常的流量则回注回客户网站

3.传输层 - SYN洪水攻击（SYN flooding attack）

攻击者发送一系列的SYN请求到目标，然后让目标因收不到ACK（第3次握手）而进行等待、消耗资源

攻击方法：跳过发送最后的ACK信息
修改源IP地址，让目标送SYN-ACK到伪造的IP地址，因此目标永不可能收到ACK（第3次握手）

4.传输层 - LAND攻击

LAND攻击（局域网拒绝服务攻击，Local Area Network Denial attack）

通过持续发送相同源地址和目标地址的欺骗数据包，使目标试图与自己建立连接，消耗系统资源直至崩溃
有些系统存在设计上的缺陷，允许设备接受并响应来自网络、却宣称来自于设备自身的数据包，导致循环应答
防护

大多数防火墙都能拦截类似的攻击包，以保护系统
部分操作系统通过发布安全补丁修复了这一漏洞
路由器应同时配置上行与下行筛选器，屏蔽所有源地址与目标地址相同的数据包

5.应用层 - DNS劫持、HTTP劫持

DNS劫持，又称为域名劫持：攻击者篡改了某个域名的解析结果，使得指向该域名的IP变成了另一个IP
导致对相应网址的访问被劫持到另一个不可达的或者假冒的网址
从而实现非法窃取用户信息或者破坏正常网络服务的目的
为防止DNS劫持，可以考虑使用更靠谱的DNS服务器，比如：114.114.114.114

HTTP劫持：对HTTP数据包进行拦截处理，比如插入JS代码：比如你访问某些网站时，在右下角多了个莫名其妙的弹窗广告

6.HTTP协议的安全问题

HTTP协议默认是采取明文传输的，因此会有很大的安全隐患

常见的提高安全性的方法是：对通信内容进行加密后，再进行传输
常见的加密方式

不可逆：单向散列函数：MD5、SHA等
可逆：对称加密：DES、3DES、AES等
非对称加密：RSA等
其它：混合密码系统，数字签名，证书
encrypt：加密
decrypt：解密
plaintext：明文
ciphertext：密文

为了便于学习，设计 4 个虚拟人物：
Alice、Bob：互相通信
Eve：窃听者
Mallory：主动攻击者


如何防止被窃听？

7.单向散列函数（One-way hash function）

单向散列函数，可以根据根据消息内容计算出散列值。
单向散列函数，也被称为：消息摘要函数（message digest function），
哈希函数（hash function）
散列值的长度和消息的长度无关，无论消息是1bit、10M、100G，单向散列函数都会计算出固定长度的散列值。

单向散列函数特点：根据任意长度的消息，计算出固定长度的散列值
计算速度快，能快速计算出散列值
具备单向性

常见的几种单向散列函数
MD4，MD5：产生128bit的散列值，MD就是Message Digest的缩写
SHA-1：产生160bit的散列值
SHA-2：SHA-256，SHA-384，SHA-512，散列值长度分别是256bit，384bit，512bit
SHA-31：全新标准

8.单向散列函数 - 防止数据被篡改

应用单向散列函数来防止数据被篡改

9.单向散列函数 - 密码加密

现在数据库不会直接存储密码明文，存储的都是加密过后的值。（所以现在的找回密码也无法看到原密码，只能重置成新密码）
如何加密解密？

对称加密（对称密码）

非对称加密（公钥密码）

10.对称加密（ Symmetric Cryptography）

在对称加密中，加密、解密时使用的是同一个密钥

常见的对称加密算法：DES，3DES，AES

11.非对称加密（Asymmetric Cryptography）

在非对称加密中，密钥分为加密密钥、解密密钥 2种，它们并不是同一个密钥
加密密钥：一般是公开的，因此该密钥称为公钥(public key)
因此，非对称加密也被称为公钥密码(Public-key Cryptography)
解密密钥：由消息接收者自己保管的，不能公开，因此也称为私钥(private key)

12.混合密码系统（Hybrid Cryptosystem) - 加密、解密

对称加密的缺点：不能很好地解决密钥配送问题（密钥会被窃听）
非对称加密的缺点：加密解密速度比较慢
混合密码系统：是将对称加密和非对称加密的优势相结合的方法
解决了非对称加密速度慢的问题，并通过非对称加密解决了对称加密的密钥配送问题
网络上的密码通信所用的 SSL/TLS 都运用了混合密码系统

1.混合密码的加密
会话密钥 (session key)：为本次通信随机生成的临时密钥，作为对称加密的密钥，用于加密消息，提高速度
加密步骤（发送消息）
① 首先，消息发送者要拥有消息接收者的公钥
② 生成会话密钥，作为对称加密的密钥，加密消息
③ 用消息接收者的公钥，加密会话密钥
④ 将前 步生成的加密结果，一并发给消息接收者

发送出去的内容包括：用会话密钥加密的消息（加密方法：对称加密）
用公钥加密的会话密钥（加密方法：非对称加密）

2.混合密码的解密
解密步骤（收到消息）
① 消息接收者用自己的私钥解密出会话密钥
② 再用第①步解密出来的会话密钥，解密消息

3.混合密码 - 加密解密流程

13.数字签名

问题来了： Bob 如何确定这段消息的真实性？如何识别篡改、伪装、否认？
在数字签名技术中，有以下 2 种行为

生成签名：由消息的发送者完成，通过“签名密钥”生成
验证签名：由消息的接收者完成，通过“验证密钥”验证
如何能保证这个签名是消息发送者自己签的？
用消息发送者的私钥进行签名
任何人都可以用消息发送者的公钥进行检验解决方案：数字签名

1.数字签名的过程

14.证书（Certificate）

为什么需要证书? - 公钥的合法性
如果遭遇了中间人攻击，那么公钥将可能是伪造的

密码学中的证书，全称叫公钥证书 (Public-key Certificate，PKC)，
里面有姓名、邮箱等个人信息，以及此人的公钥
并由 认证机构 (Certificate Authority，CA) 施加数字签名
CA 就是能够认定 “公钥确实属于此人” 并能够生成数字签名的个人或者组织
有国际性组织、政府设立的组织
有通过提供认证服务来盈利的企业
个人也可以成立认证机构

1.证书 - 使用

各大CA的公钥，默认已经内置在浏览器和操作系统中

2.证书 - 注册和下载

资料学习：小码哥教育
B站学习链接：网络协议学习
文章借鉴：网络协议从入门到底层原理