漏洞掃描原理及程序
1 引言
網絡掃描，是基於Internet的、探測遠端網絡或主機信息的一種技術，也是保證系統和網絡安全必不可少的一種手段。主機掃描，是指對計算機主機或者其它網絡設備進行安全性檢測，以找出安全隱患和系統漏洞。總體而言，網絡掃描和主機掃描都可歸入漏洞掃描一類。漏洞掃描本質上是一把雙刃劍：黑客利用它來尋找對網絡或系統發起攻擊的途徑，而系統管理員則利用它來有效防范黑客入侵。通過漏洞掃描，掃描者能夠發現遠端網絡或主機的配置信息、 TCP/UDP端口的分配、提供的網絡服務、服務器的具體信息等。
2 漏洞掃描原理
漏洞掃描可以划分為ping掃描、端口掃描、OS探測、脆弱點探測、防火牆掃描五種主要技術，每種技術實現的目標和運用的原理各不相同。按照 TCP/IP協議簇的結構，ping掃描工作在互聯網絡層：端口掃描、防火牆探測工作在傳輸層;0S探測、脆弱點探測工作在互聯網絡層、傳輸層、應用層。 ping掃描確定目標主機的IP地址，端口掃描探測目標主機所開放的端口，然后基於端口掃描的結果，進行OS探測和脆弱點掃描。
2.1 Ping掃描
ping掃描是指偵測主機IP地址的掃描。ping掃描的目的，就是確認目標主機的TCP/IP網絡是否聯通，即掃描的IP地址是否分配了主機。對沒有任何預知信息的黑客而言，ping掃描是進行漏洞掃描及入侵的第一步;對已經了解網絡整體IP划分的網絡安全人員來講，也可以借助ping掃描，對主機的IP分配有一個精確的定位。大體上，ping掃描是基於ICMP協議的。其主要思想，就是構造一個ICMP包，發送給目標主機，從得到的響應來進行判斷。根據構造ICMP包的不同，分為ECH0掃描和non—ECHO掃描兩種。
2.1.1 ECH0掃描
向目標IP地址發送一個ICMP ECHOREQUEST(ICMP type 8)的包，等待是否收至UICMP ECHO REPLY(ICMP type 0)。如果收到了ICMP ECHO REPLY，就表示目標IP上存在主機，否則就說明沒有主機。值得注意的是，如果目標網絡上的防火牆配置為阻止ICMP ECH0流量，ECH0掃描不能真實反映目標IP上是否存在主機。
此外，如果向廣播地址發送ICMPECHO REQUEST，網絡中的unix主機會響應該請求，而windows主機不會生成響應，這也可以用來進行OS探測。
2.1.2 non-ECH0掃描
向目的IP地址發送一個ICMP TIMESTAMP REQUEST(ICMP type l3)，或ICMP ADDRESS MASK REQUEST (ICMP type l7)的包，根據是否收到響應，可以確定目的主機是否存在。當目標網絡上的防火牆配置為阻止ICMP ECH0流量時，則可以用non.ECH0掃描來進行主機探測。
2.2端口掃描
端口掃描用來探測主機所開放的端口。端口掃描通常只做最簡單的端口聯通性測試，不做進一步的數據分析，因此比較適合進行大范圍的掃描：對指定 IP地址進行某個端口值段的掃描，或者指定端口值對某個IP地址段進行掃描。根據端口掃描使用的協議，分為TCP掃描和UDP掃描。
2.2.1 TCP掃描
主機間建立TCP連接分三步(也稱三次握手)：
(1)請求端發送一個SYN包，指明打算連接的目的端口。
(2)觀察目的端返回的包：
返回SYN/ACK包，說明目的端口處於偵聽狀態;
返回RST/ACK包，說明目的端口沒有偵聽，連接重置。
(3)若返回SYN/ACK包，則請求端向目的端口發送ACK包完成3次握手，TCP連接建立。
根據TCP連接的建立步驟，TCP掃描主要包含兩種方式：
(1)TCP全連接和半連接掃描
全連接掃描通過三次握手，與目的主機建立TCP連接，目的主機的log文件中將記錄這次連接。而半連接掃描(也稱TCP SYN掃描)並不完成TCP三次握手的全過程。掃描者發送SYN包開始三次握手，等待目的主機的響應。如果收到SYN/ACK包，則說明目標端口處於偵聽狀態，掃描者馬上發送RST包，中止三次握手。因為半連接掃描並沒有建立TCP連接，目的主機的log文件中可能不會記錄此掃描。
(2)TCP隱蔽掃描
根據TCP協議，處於關閉狀態的端口，在收到探測包時會響應RST包，而處於偵聽狀態的端口則忽略此探測包。根據探測包中各標志位設置的不同，TCP隱蔽掃描又分為SYN/ACK掃描、FIN掃描、XMAS(聖誕樹)掃描和NULL掃描四種。
SYN/ACK掃描和FIN掃描均繞過TCP三次握手過程的第一步，直接給目的端口發送SYN/ACK包或者FIN包。因為TCP是基於連接的協議，目標主機認為發送方在第一步中應該發送的SYN包沒有送出，從而定義這次連接過程錯誤，會發送一個RST包以重置連接。而這正是掃描者需要的結果— 只要有響應，就說明目標系統存在，且目標端口處於關閉狀態。
XMAS掃描和NULL掃描：這兩類掃描正好相反，XMAS掃描設置TCP包中所有標志位(URG、ACK、RST、PSH、SYN、FIN)，而NULL掃描則關閉TCP包中的所有標志位。
2.2.2 UDP端口掃描
UDP協議是數據包協議，為了要發現正在服務的UDP端口，通常的掃描方式是構造一個內容為空的UDP數據包送往目的端口。若目的端口上有服務正在等待，則目的端口返回錯誤的消息;若目的端口處於關閉狀態，則目的主機返回ICMP端口不可達消息。因為UDP端口掃描軟件要計算傳輸中丟包的數量，所以UDP端口掃描的速度很慢。
2.3 0S探測
OS探測有雙重目的：一是探測目標主機的0S信息，二是探測提供服務的計算機程序的信息。比如OS探測的結果是：OS是Windows XP sp3，服務器平台是IIS 4.0。
2.3.1二進制信息探測
通過登錄目標主機，從主機返回的banner中得知OS類型、版本等，這是最簡單的0S探測技術。
圖1 二進制信息
從圖l可以看出，在telnet連上FTP服務器后，服務器返回的banner已經提供了server的信息，在執行ftp的syst命令后可得到更具體的信息。
2.3.2 HTTP響應分析
在和目標主機建立HTTP連接后，可以分析服務器的響應包得出OS類型。比如響應包中可能包含如下信息：
圖2 響應包分析
從圖2中對響應包中的數據分析，可以得到server的信息。
2.3.3棧指紋分析
網絡上的主機都會通過TCP/IP或類似的協議棧來互通互聯。由於0S開發商不唯一，系統架構多樣，甚至是軟件版本的差異，都導致了協議棧具體實現上的不同。對錯誤包的響應，默認值等都可以作為區分0S的依據。
(1)主動棧指紋探測
主動棧指紋探測是主動向主機發起連接，並分析收到的響應，從而確定OS類型的技術。
1)FIN探測。跳過TCP三次握手的順序，給目標主機發送一個FIN包。RFC793規定，正確的處理是沒有響應，但有些OS，如MS Windows，CISC0，HP/UX等會響應一個RST包。
2)Bogus標志探測。某些OS會設置SYN包中TCP頭的未定義位(一般為64或128)，而某些0S在收到設置了這些Bogus位的SYN包后，會重置連接。
3)統計ICMP ERROR報文。RFCl812中規定了ICMP ERROR消息的發送速度。Linux設定了目標不可達消息上限為80個/4秒。0S探測時可以向隨機的高端UDP端口大量發包，然后統計收到的目標不可達消息。用此技術進行OS探測時時間會長一些，因為要大量發包，並且還要等待響應，同時也可能出現網絡中丟包的情況。
4)ICMPERROR報文引用。RFC文件中規定，ICMP ERROR消息要引用導致該消息的ICMP消息的部分內容。例如對於端口不可達消息，某些OS返回收到的IP頭及后續的8個字節，Solaris返回的 ERROR消息中則引用內容更多一些，而Linux比Solaris還要多。
(2)被動棧指紋探測
被動棧指紋探測是在網絡中監聽，分析系統流量，用默認值來猜測0S類型的技術。
1)TCP初始化窗口尺寸。通過分析響應中的初始窗口大小來猜測OS的技術比較可靠，因為很多0S的初始窗口尺寸不同。比如AIX設置的初始窗口尺寸是0x3F25，而Windows NT5、OpenBSD、FreeBSD設置的值是0x402E。
2)Don’t Fragment位。為了增進性能，某些0S在發送的包中設置了DF位，可以從DF位的設置情況中做大概的判斷。
3)TCPISN采樣。建立TCP連接時，SYN/ACK中初始序列號ISN的生成存在規律，比如固定不變、隨機增加 (Solaris，FreeBSD等)，真正的隨機(Linux 2.0.*)，而Windows使用的是時間相關模型，ISN在每個不同時間段都有固定的增量。
2.4脆弱點掃描
從對黑客攻擊行為的分析和脆弱點的分類，絕大多數掃描都是針對特定操作系統中特定的網絡服務來進行，即針對主機上的特定端口。脆弱點掃描使用的技術主要有基於脆弱點數據庫和基於插件兩種。
2.4.1基於脆弱點數據庫的掃描
首先構造掃描的環境模型，對系統中可能存在的脆弱點、過往黑客攻擊案例和系統管理員的安全配置進行建模與分析。其次基於分析的結果，生成一套標准的脆弱點數據庫及匹配模式。最后由程序基於脆弱點數據庫及匹配模式自動進行掃描工作。脆弱點掃描的准確性取決於脆弱點數據庫的完整性及有效性。
2.4.2基於插件的掃描
插件是由腳本語言編寫的子程序模塊，掃描程序可以通過調用插件來執行掃描。添加新的功能插件可以使掃描程序增加新的功能，或者增加可掃描脆弱點的類型與數量。也可以升級插件來更新脆弱點的特征信息，從而得到更為准確的結果。插件技術使脆弱點掃描軟件的升級維護變得相對簡單，而專用腳本語言的使用也簡化了編寫新插件的編程工作，使弱點掃描軟件具有很強的擴展性。
2.5防火牆規則探測
采用類似於traceroute的IP數據包分析法，檢測能否給位於過濾設備后的主機發送一個特定的包，目的是便於漏洞掃描后的入侵或下次掃描的順利進行。通過這種掃描，可以探測防火牆上打開或允許通過的端口，並且探測防火牆規則中是否允許帶控制信息的包通過，更進一步，可以探測到位於數據包過濾設備后的路由器。
3 常見漏洞掃描程序
通常在制定漏洞掃描策略時，掃描者會考慮程序的操作系統、所應用的技術、易用性、准確性等因素。其中，程序的可用性是最重要的，也是最基本的，但是可控性和准確性同樣不容忽視。
3.1 Unix/Linux平台
3.1.1 hping
hping支持TCP、UDP、ICMP、RAW-IP多種協議。特點在於能進行ping掃描、端口掃描、0S探測、防火牆探測等多種掃描，並能自定義發送的ICMP/UDP/TCP包到目標地址並且顯示響應信息。
3.1.2 icmpush&icmpquery
icmpush&icmpquery的特點在於完全應用了ICMP協議，可以定制ICMP包的結構以及種類。掃描者可以用這套工具把目標網絡的各個子網全部查找出來，從而可以撇開廣播地址而集中掃描某幾個特定的子網。
3.1.3 Xprobe 2
是專業的端口掃描、OS探測程序。特點在於自身的0S特征數據庫詳細，進行OS探測的可靠性較好。
3.1.4 THC-Anap
OS探測程序。特點在於掃描速度快，掃描結果可靠。
3.1.5 Whisker
針對CGI的脆弱點探測程序。應用了多線程、多文件掃描技術，脆弱點數據庫更新頻繁，對掃描結果自行復核，從而掃描結果可靠性好。
3.1.6 Nessus
脆弱點探測程序。應用了主動掃描、高速掃描技術，可設置掃描過程。特點在於支持DMZ區以及多物理分區網絡的大范圍掃描。
3.1.7 Firewalk
防火牆探測程序。使用類似traceroute的技術來分析IP包的響應，從而測定防火牆的訪問控制列表和繪制網絡拓撲圖。
3.2 Windows平台
3.2.1 Pinger
是一個圖形化的ping掃描工具。特點在於可以指定要ping的IP地址，以圖形的形式顯示掃描結果，並保存至文本文件。
3.2.2 Fport
是端口掃描程序。特點在於可以把掃描出的端口與使用該端口的程序相匹配，掃描速度快，匹配程度較好。
3.2.3 SuperScan
可以進行ping掃描、端口掃描、0S探測，並且白帶一個木馬端口列表，可以檢測目標計算機是否有木馬。
3.2.4 GFILANguard
脆弱點探測程序。特點在於集成了網絡審計、補丁管理功能，可以自動生成網絡拓撲圖、自動補丁管理。
上述漏洞掃描程序及特點如表1所示。
4 結論
一般而言，綜合地應用多種掃描方法或掃描程序可以得到比較滿意的結果。但是漏洞掃描從其技術原理上分析，有不可忽視的副作用。比如對大范圍的 IP地址或者端口進行某種掃描，反復高速的發出特定的連接請求，所造成的結果就是目標網絡及主機上存在大量的連接請求數據包，可以造成網絡擁塞，主機無法正常使用，這正是DoS攻擊的方法及表現。因此若要防范漏洞掃描以及可能的DoS攻擊，要做到以下三點：
1.在防火牆及過濾設備上采用嚴格的過濾規則，禁止掃描的數據包進入系統。
2.主機系統除了必要的網絡服務外，禁止其它的網絡應用程序。
3.對於只對內開放的網絡服務，更改其提供服務的端口。
此外，網絡掃描時發送的數據或多或少都會含有掃描者自身相關信息，從而也可以抓取掃描時的數據包，對掃描者進行反向追蹤，這也是一個值得研究的方向。