一種基于滲透性測試的Web漏洞掃描系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

一種基于滲透性測試的Web漏洞掃描系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

?CNCERT／CC 2006年的工作報告中顯示，隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，我國公共互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量已超過1.37億。在網(wǎng)絡發(fā)展的同時，互聯(lián)網(wǎng)作為一個運行系統(tǒng)和一個社會公共環(huán)境，所面對的和隱藏的安全威脅也越來越復雜，越來越嚴重。報告顯示，2006年CNCERT／CC接收國內(nèi)26 476件非掃描類網(wǎng)絡安全事件報告中有24 477件是由于Web引起的。從2003年～2006年中國Web攻擊事件統(tǒng)計中不難發(fā)現(xiàn)，通過Web漏洞進行攻擊事件正在逐年迅速的增長。通過Web漏洞進行攻擊成了網(wǎng)絡漏洞攻擊的主要方式與手段。

??? 國內(nèi)外的許多學術機構(gòu)、企業(yè)和標準化組織在Web漏洞探測方面做了大量的工作。Web漏洞探測系統(tǒng)日趨成熟，當前，比較成熟的漏洞掃描工具有Whisker及Nikto和Nessus。但由于安全產(chǎn)品特殊應用需求以及各個組織的工具自身的技術與安全防護問題，使得這些產(chǎn)品不能很好地被推廣或普及。對具體項目需求，設計并實現(xiàn)一個Web漏洞掃描系統(tǒng)是非常必要的。

1 Web漏洞掃描原理

??? Web漏洞掃描方法主要有兩類：信息獲取和模擬攻擊。信息獲取就是通過與目標主機TCP／IP的Http服務端口發(fā)送連接請求，記錄目標主機的應答。通過目標主機應答信息中狀態(tài)碼和返回數(shù)據(jù)與Http協(xié)議相關狀態(tài)碼和預定義返回信息做匹配，如果匹配條件則視為漏洞存在。模擬攻擊就是通過使用模擬黑客攻擊的方法，對目標主機Web系統(tǒng)進行攻擊性的安全漏洞掃描，比如認證與授權攻擊、支持文件攻擊、包含文件攻擊、SQL注入攻擊和利用編碼技術攻擊等對目標系統(tǒng)可能存在的已知漏洞進行逐項進行檢查，從而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的漏洞。遠程字典攻擊也是漏洞掃描中模擬攻擊的一種，其原理與其他攻擊相差較大，若攻擊成功，可以直接得到登陸目標主機系統(tǒng)的用戶名和口令。

??? Web漏洞掃描原理就是利用上面的掃描方法，通過分析掃描返回信息，來判斷在目標系統(tǒng)上與測試代碼相關的漏洞是否存在或者相關文件是否可以在某種程度上得以改進，然后把結(jié)果反饋給用戶端(即瀏覽端)，并給出相關的改進意見。

2 Web漏洞掃描系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

??? Web漏洞掃描系統(tǒng)設計的基本要求是能夠找到Web應用程序的錯誤以及檢測Web服務器以及CGI的安全性，其中也包括認證機制、邏輯錯誤、無意泄露Web內(nèi)容以及其環(huán)境信息以及傳統(tǒng)的二進制應用漏洞(例：緩沖區(qū)溢出等)。同時要求漏洞掃描功能能夠更新及時。本系統(tǒng)結(jié)合國內(nèi)外其他Web漏洞掃描系統(tǒng)設計思想的優(yōu)點，采用Browser／Server／Database(瀏覽器／服務器／數(shù)據(jù)庫)和模塊化的軟件開發(fā)思路，通過滲透性檢測的方法對目標系統(tǒng)進行掃描。

2.1? 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計

??? 本文設計開發(fā)的是一個B／S模式的Web漏洞掃描系統(tǒng)。它包括客戶端及服務端兩個部分，運行環(huán)境為Linux系統(tǒng)。首先：使用B／S結(jié)構(gòu)使得用戶的操作不再與系統(tǒng)平臺相關，同時使得客戶操作更方便、直觀。其次，系統(tǒng)把漏洞掃描檢測部分從整個系統(tǒng)中分離出來，使用專門的文件庫進行存放(稱為插件)。如果發(fā)現(xiàn)新的漏洞并找到了新的檢測方法，只要在相關文件夾中增加一個相應的新的攻擊腳本記錄，即可以實現(xiàn)對漏洞的滲透性測試，同時也實現(xiàn)了及時的升級功能。最后，系統(tǒng)從多個角度來提高漏洞掃描系統(tǒng)的掃描速度以及減少在用客戶端與服務端之間的信息傳輸量，以提高系統(tǒng)的運行效率。其總體結(jié)構(gòu)設計如圖1所示。

??? 圖1中給出了漏洞掃描系統(tǒng)模型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該漏洞檢測系統(tǒng)主要分成四部分：

??? (1)主控程序。采用多線程處理方式，它接收多個客戶端提交的用戶指令后，再次利用多線程技術調(diào)用相關的插件腳本，利用滲透性測試對目標系統(tǒng)進行檢測，并將結(jié)果和進程信息傳回客戶端顯示并保存在客戶端本地，以方便用戶查看詳細信息。

??? (2)客戶端，即控制平臺。B／S結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的C／S結(jié)構(gòu)優(yōu)越的地方在于方便性和與平臺無關性，用戶通過Web瀏覽器設定掃描參數(shù)，提交給服務器端，控制服務器端進行掃描工作。同時，對服務器返回的各種檢測結(jié)果進行相應的顯示、匯總和保存。

??? (3)插件系統(tǒng)。它保存現(xiàn)在已知各種漏洞檢測方法的插件，合理安排插件之間的執(zhí)行順序，使掃描按既定的順序進行，以加快掃描速度提高掃描的效率與準確性。

??? (4)數(shù)據(jù)庫，即探測數(shù)據(jù)庫，是系統(tǒng)的核心。它保存已知各類Web漏洞的滲透性的探測數(shù)據(jù)即攻擊代碼或信息獲取代碼，比如SQL注入攻擊、跨站點腳本攻擊、會話攻擊或輸入驗證編碼信息等，逐條給目標發(fā)送探測數(shù)據(jù)，通過把返回信息與預先設定的“返回信息”和狀態(tài)碼進行匹配，進而獲得目標返回系統(tǒng)的健壯信息。

??? 在規(guī)劃系統(tǒng)體系組成部分的基礎上，如何把這些組成模塊有機地集成為一個系統(tǒng)也是設計本系統(tǒng)的重點。我們要求服務器端同時處理多用戶的連接，因此首先要進行多線程處理。在進行單用戶處理中，當用戶登陸時，檢測服務器對用戶的用戶名和密碼進行認證，判斷用戶是否具有使用權限。用戶認證通過后，檢測服務器給客戶端發(fā)送可使用的基本檢測信息。客戶端接收到服務器的這些信息后，根據(jù)具體的使用要求選擇和填寫各種檢測腳本要求的參數(shù)，或使用默認參數(shù)，然后返回給服務器端。服務器端建立新的進程，開始一個新的漏洞檢測任務，對目標系統(tǒng)進行掃描。

2.2客戶端的實現(xiàn)

??? 網(wǎng)絡的發(fā)展要求在任何地點進行登陸并進行掃描工作，并且漏洞檢測參數(shù)繁多、設置掃描參數(shù)具有很高的復雜性，所以選擇現(xiàn)在流行的Web頁面作為客戶端。這樣就可以在世界的任何地點，任何環(huán)境使用客戶端，用簡單的圖形化界面進行參數(shù)設定和系統(tǒng)的控制工作。

??? 客戶端在認證通過后，開始接收服務器發(fā)送過來的各種待設定的參數(shù)及相關信息以供用戶選擇。用戶根據(jù)相關幫助信息及自己相關的要求設定參數(shù)，同時設定目標系統(tǒng)的IP地址(或主機名)和端口號等參數(shù)。根據(jù)客戶端的參數(shù)設定，服務端建立掃描任務，對目標系統(tǒng)進行檢測掃描。

??? 檢測過程中，客戶可以自行設定是否實時顯示服務端掃描狀態(tài)信息及結(jié)果信息，以及在客戶端是否保存相關信息，便于用戶對掃描任務進行實時的控制，從而制定相應的安全策略。

2.3 通信協(xié)議設計

??? 自從1990年以來，人們就用Http協(xié)議進行Web數(shù)據(jù)傳輸，Http協(xié)議是一種在TCP／IP之上的request／response型協(xié)議。多數(shù)Http數(shù)據(jù)傳輸由請求服務器上的某種資源開始，通過網(wǎng)絡上的一些中介，如代理、網(wǎng)關等到達服務器，而后服務器處理請求并送回應答。但是Http 1.0并不完全支持各層代理、緩沖、持續(xù)的連接以及虛擬主機等技術。Http請求及應答數(shù)據(jù)包如圖2所示。

??? 對于目標系統(tǒng)Web漏洞掃描，使用滲透性的探測方法，滲透性探測方法主要通過更改Http請求信息包中的某些信息，從目標系統(tǒng)的應答信息包中獲取狀態(tài)信息及相關內(nèi)容以判斷目標系統(tǒng)的輸入或軟件錯誤，或其他一些配置信息，所以要求開發(fā)者可以自定義Http請求信息包。

??? Libwhisker是一個全面的API，是由一些不同的與Web應用程序相交互的功能模塊構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫，它有如下的特點：

??? (1)可以與Http 0.9，1.0以及1.1相通信；

??? (2)可以建立持續(xù)的連接；
???
??? (3)能有效地支持代理；
???
??? (4)支持Anti-IDS技術；
???
??? (5)支持SSL；

??? (6)支持Basic和NTLM認證。

??? 所以使用Libwhisker與Http通信，以通過Libwhisker來自定義Http協(xié)議信息包以及提供相應的支持。

2.4 特征信息數(shù)據(jù)庫

??? 此漏洞掃描系統(tǒng)的核心就是特征信息數(shù)據(jù)庫，特征信息數(shù)據(jù)庫保存了遠程Web系統(tǒng)可能存在的各類Web隱患和漏洞的獲取或攻擊信息或代碼。通過給遠程Web系統(tǒng)發(fā)送此數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以獲得目標Web系統(tǒng)的安全性。

??? 考慮到信息的共性與個性、方便性等因素，特征數(shù)據(jù)庫信息大體分為以下幾類：

??? (1)Web系統(tǒng)軟件版本信息數(shù)據(jù)庫：此類信息以檢測當前Web系統(tǒng)相應軟件的版本隱患及其漏洞信息，以及Web系統(tǒng)相應軟件版本最新信息，并給出相關的提示。

??? (2)Web系統(tǒng)授權信息：此類信息以檢測當前Web相應系統(tǒng)資源的授權情況以及漏洞信息。

??? (3)漏洞控測信息數(shù)據(jù)庫：此類數(shù)據(jù)庫是最主要的信息數(shù)據(jù)庫，包含各類Web服務器中存在的各種隱患和漏洞探測信息。具體而言分為以下幾個大類：認證攻擊、授權攻擊、識別“支持”文件、識別包含文件、目錄攻擊、識別錯誤、一般的輸入驗證、源代碼泄露、URL編碼、Unicode編碼、Base64編碼、識別請求方法、SQL注入、會話攻擊、目錄遍歷攻擊以及跨站點腳本攻擊等。

??? 特征信息數(shù)據(jù)庫各記錄分別為：

??? Web服務器類別、檢測目標URI、預設返回信息、Http方法、描述信息。

2.5 Web漏洞掃描系統(tǒng)的實現(xiàn)

??? 由于允許多用戶同時使用服務器端，要求針對不同目標的掃描、檢測任務同時進行，所以執(zhí)行掃描機制就成了服務器端設計中的首要問題。根據(jù)服務器并行處理的理論，而且使用B／S的總體結(jié)構(gòu)，考慮到開發(fā)語言和開發(fā)環(huán)境，對于掃描服務器的構(gòu)架選擇Linux平臺下的PERL開發(fā)語言，使用并發(fā)服務器的模型。

??? 并發(fā)服務器的思想是每一個客戶的請求并不由服務器直接處理，而是由服務器創(chuàng)建相應的子進程進行處理。對于每一個子進程而言，客戶可以設定其掃描范圍包括不只一個目標地址，同樣由服務器創(chuàng)建相應的子進程(即二級進程)來處理，以提高系統(tǒng)的掃描速度。利用Linux下的fork函數(shù)來完成一、二級進程處理功能。其流程如圖3所示。

??? 另外，由于PERL本身的效率問題，為進一步提高漏洞掃描系統(tǒng)的性能，對目標系統(tǒng)首先利用現(xiàn)階段已經(jīng)非常成熟的工具NMAP進行端口掃描，以獲得開放的端口，在此基礎上進行進一步的端口掃描，以判斷在此端口上是否提供的是Web服務。

??? 為進一步加快掃描速度，系統(tǒng)使用掃描知識庫來保存已掃描過的主機信息，在獲取用戶請求以后，首先檢測知識庫，若有知識庫中保存相關信息，則不進行新的掃描工作，只需調(diào)用相關的知識庫信息返回給用戶即可。

??? 在對端口滲透性探測的實現(xiàn)方式上，使用插件腳本的方式來進行。用戶可以通過參數(shù)選取相應的插件執(zhí)行，以進行更為完整的漏洞掃描。插件可以動態(tài)地升級，其實現(xiàn)方式是每次升級插件時都將已升級的插件根據(jù)既定的順序添加在插件調(diào)用清單當中，在插件執(zhí)行過程中，主控程序根據(jù)插件調(diào)用清單中的插件執(zhí)行順序依次調(diào)用插件。插件的執(zhí)行結(jié)果擴充了各類數(shù)據(jù)庫探測信息，這樣即可以增加各類特殊的信息，進行更為深入的掃描目標Web系統(tǒng)以發(fā)現(xiàn)更新、更多的漏洞信息。

3 結(jié)語

??? 提出對Web系統(tǒng)進行安全掃描的必要性，以及Web漏洞掃描的基本原理，在此基礎上提出并設計了一個完整的Web漏洞掃描系統(tǒng)，介紹了它的協(xié)議基礎以及組成模塊。

????本文設計的Web漏洞掃描系統(tǒng)已經(jīng)完全實現(xiàn)，并經(jīng)過測試，該掃描器基于瀏覽器／服務器結(jié)構(gòu)，可以掃描UNIX／Windows等多種平臺下的Web系統(tǒng)，與同類產(chǎn)品相比，可以看出該掃描器具有如下特點：利用多進程／知識庫等技術加快了掃描速度；掃描封裝在插件中使系統(tǒng)具有可擴展性；使用B／S結(jié)構(gòu)使得用戶操作方便，掃描結(jié)果詳盡。此掃描系統(tǒng)實現(xiàn)了Web隱患掃描和漏洞檢測，并可以提供漏洞的修補建議，將會在很大程度上確保Web系統(tǒng)安全。