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作者：Armitpal Mundra
DSP 系統(tǒng)產(chǎn)品部設(shè)計工程師amrit@ti.com

作者：Maneesh Soni
DSP 系統(tǒng)產(chǎn)品部設(shè)計工程師msoni@ti.com

通信基礎(chǔ)局端及語音產(chǎn)品部

多年來，計算機(jī)與基礎(chǔ)局端通信系統(tǒng)遭受的服務(wù)拒絕 (DoS) 攻擊層出不窮。與此同時，家庭及企業(yè)環(huán)境中的 IP 語音 (VoIP) 服務(wù)部署不斷加快，這也大幅增加了家庭用戶與企業(yè)用戶遭遇此類安全性問題的風(fēng)險性。

語音服務(wù)的時間要求非常嚴(yán)格，這使 VoIP 通信尤其易受 DoS 攻擊的影響。通常情況下，VoIP 通信通道即便遇到最輕微的延遲或時延，也會大幅降低通話質(zhì)量，導(dǎo)致用戶滿意度盡失，從而致使服務(wù)難以繼續(xù)，最終導(dǎo)致 VoIP 服務(wù)完全中斷。

引言

IP 電話是一種在 IP 網(wǎng)絡(luò)中類似于計算機(jī)、服務(wù)器或網(wǎng)關(guān)的設(shè)備，因此也會受到畸形數(shù)據(jù)包 (malformed packet) 或數(shù)據(jù)包洪流 (packet flooding) 等 DoS 攻擊，從而影響用戶所預(yù)期的電話服務(wù)質(zhì)量，進(jìn)而導(dǎo)致服務(wù)完全中斷。一旦安全性機(jī)制被 DoS 攻擊所破壞，就會發(fā)生欺詐、服務(wù)濫用及數(shù)據(jù)被盜竊等較嚴(yán)重的安全漏洞。VoIP 服務(wù)的質(zhì)量及其可靠性的高低取決于能否快速識別攻擊，并在后續(xù)攻擊進(jìn)入 IP 電話等設(shè)備的進(jìn)入點(diǎn)上隔離 DoS 流量。

本白皮書將介紹 DoS 攻擊在 IP 電話及其它如小區(qū)網(wǎng)關(guān)等客戶端 (CPE) 上是如何發(fā)生的。此外，我們還將探討部署高穩(wěn)定性攻擊防御機(jī)制的高度重要性，并推薦幾種防范策略。

概念

DoS 攻擊是指 IP 電話因處理惡意節(jié)點(diǎn)以超高速率發(fā)送的冗余數(shù)據(jù)而被占用，從而導(dǎo)致的安全問題。這種無謂的處理工作會消耗大量的系統(tǒng)資源并占用大量 CPU 時間，導(dǎo)致電話不能有效地處理合法服務(wù)請求，進(jìn)而影響語音通話的質(zhì)量。

黑客 因特網(wǎng) IP 電話

舉例來說，如果以高速率發(fā)送 TCP SYN 數(shù)據(jù)包，就會對 IP 電話形成攻擊。作為對這些數(shù)據(jù)包的響應(yīng)，受攻擊的電話將會分配一部分存儲器通過 IP 通信連接來接收這些可疑的信息。在這類 DoS 攻擊情況下，黑客以高速率發(fā)送參數(shù)經(jīng)過修改的 SYN 數(shù)據(jù)包，導(dǎo)致電話最終耗盡所有可用的存儲器資源。其最終結(jié)果是電話不能處理合法的服務(wù)請求，甚至拒絕可能是非常重要的 VoIP 服務(wù)。對于分布式服務(wù)拒絕 (DDoS) 攻擊而言，這種情況就會變得更加可怕，攻擊者會利用多部計算機(jī)向目標(biāo)設(shè)備發(fā)起聯(lián)合 DoS 攻擊。這時，攻擊者就能夠通過利用多臺計算機(jī)的資源來大幅加強(qiáng) DoS 攻擊的破壞力，快速耗盡資源，而許多計算機(jī)被利用為攻擊平臺卻通常毫不知情。

IP 電話還會被 ping 響應(yīng)攻擊，這時，黑客發(fā)出廣播 ping 請求數(shù)據(jù)包來欺騙目標(biāo)電話的返回路徑。這會導(dǎo)致大量 ping 響應(yīng)數(shù)據(jù)包突發(fā)進(jìn)入目標(biāo)電話，占用所有資源來處理其大量請求。

另一種類型的 DoS 攻擊會利用協(xié)議軟件的弱點(diǎn)。攻擊者利用高級工具和數(shù)據(jù)模式 (data pattern) 來創(chuàng)建專用于探查安全漏洞的數(shù)據(jù)包，從而使目標(biāo)電話的資源癱瘓。此外，還有一種稱為配置篡改攻擊的 DoS 攻擊，攻擊者通過編輯路徑選擇表 (routing table) 來篡改 VoIP 系統(tǒng)的配置。方法是將數(shù)據(jù)包指向錯誤的方向，或造成系統(tǒng)不能與 VoIP 呼叫管理器協(xié)作，從而導(dǎo)致服務(wù)拒絕。隨著因特網(wǎng)不斷推廣，遭受 DoS 攻擊的可能性也在不斷增加，對于語音這類應(yīng)用而言尤其如此，因為這種應(yīng)用需要持續(xù)而可靠的帶寬才能確保高質(zhì)量通話。

友軍炮火

“友軍炮火 (friendly fire)”型 DoS 攻擊是指 IP 電話無意間遭到攻擊。如果在某特定網(wǎng)絡(luò)上的各節(jié)點(diǎn)之間交換大量協(xié)議了解數(shù)據(jù)包 (protocol-learning packet)，通常就會發(fā)生這種情況。網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)備會遭受大流量的影響，由于其必須要處理這些無用的數(shù)據(jù)而耗盡資源。這種問題通常是由系統(tǒng)管理員對網(wǎng)絡(luò)資源管理不善所致。

以太網(wǎng)上流量大 IP 電話

保護(hù)機(jī)制

船舶停在港灣中是安全的，但停在港灣并不是我們建造船舶的目的。為了讓 IP 電話實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的語音通信，就必須采取適當(dāng)?shù)牟呗詠斫鉀Q DoS 攻擊問題。

基于路由器的DoS 防火墻

在此情況下，IP 電話工作在可信賴的網(wǎng)絡(luò)上，該網(wǎng)絡(luò)通過路由器上安裝的防火墻與因特網(wǎng)上其他一般的通信流量實(shí)現(xiàn)很好的隔離，而且該防火墻還提供了處理 DoS 的工具，可吸收 DoS 攻擊，從而保護(hù) IP 電話不受來自網(wǎng)絡(luò)的攻擊。不過，這種方法最適合的是所有節(jié)點(diǎn)都是可信賴的小型網(wǎng)絡(luò)。此外，如果必須在每部路由器上都安裝防火墻，這就會大幅提高部署的成本。

具備DoS 防護(hù)功能的 IP 電話

隨著局域網(wǎng) (LAN) 部署不斷普及，特別是企業(yè)、高校以及其他大型機(jī)構(gòu)紛紛部署了局域網(wǎng)，而這些地方的大量節(jié)點(diǎn)共享相同的網(wǎng)絡(luò)。因為許多 DoS 攻擊往往是通過虛假網(wǎng)絡(luò)地址且是從在我們看來封閉的網(wǎng)絡(luò)上中發(fā)出的，這就使我們難以用以上方法來確保 IP 電話的安全性。

因此，我們說，就特定的 IP 電話而言，最佳的 DoS 攻擊防范方法應(yīng)當(dāng)以電話本身為基礎(chǔ)，也就是說，IP 電話應(yīng)當(dāng)內(nèi)置識別并具有抵制 DoS 攻擊的功能，同時又不會影響其自身的語音質(zhì)量。

黑客 因特網(wǎng) 路由器 IP 電話

這種策略為服務(wù)供應(yīng)商和私營企業(yè)提供了充分的靈活性，只需將 IP 電話連接至 LAN 或直接連接至因特網(wǎng)就能實(shí)現(xiàn)防護(hù)效果，除了電話自身提供的防護(hù)作用外無需采取其他安全保護(hù)措施。電話內(nèi)置 DoS 的安全功能有助于最終大幅降低 DoS 防護(hù)措施的總體成本。

舉例來說，我們可為 IP 電話內(nèi)置硬件邏輯塊，以便以線速檢查向電話傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。該硬件能夠根據(jù)預(yù)定義的一組規(guī)則識別并隔離與某已知 DoS 攻擊模式相匹配的、傳輸進(jìn)來的數(shù)據(jù)包流量。這些規(guī)則可通過安全監(jiān)控主機(jī)服務(wù)器自動更新或更改，以滿足當(dāng)前最新防火墻技術(shù)的需求。

如果 IP 電話檢測到 DoS 攻擊模式，將丟棄可疑的數(shù)據(jù)包，并記錄相關(guān)事件以備進(jìn)一步分析。對被隔離的數(shù)據(jù)包進(jìn)行脫機(jī)分析，有助于我們對已識別的攻擊類型采取更強(qiáng)大的防范措施。例如，如果 IP 電話的 DoS 防護(hù)機(jī)制可識別某一 IP 地址在不斷發(fā)送造成安全威脅的數(shù)據(jù)包，那么所有來自該 IP 地址的流量都將被拒絕，直到該 IP 地址發(fā)送的數(shù)據(jù)包可以信賴為止。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 因特網(wǎng) IP 電話

拒絕服務(wù)攻擊

  DoS 攻擊 OSI 層 描述 1 ICMP 洪流攻擊 2 以高速率傳輸進(jìn)來的 ICMP 數(shù)據(jù)包 2 ARP 欺詐 2 接收到無 ARP 請求的 ARP 回復(fù)，導(dǎo)致有效 ARP 條目重寫 3 Land 3 數(shù)據(jù)包的 IP 地址來源和目的地相同 4 碎片溢出 3 IP 數(shù)據(jù)包碎片的有效負(fù)載超過最大 IP 總長度 5 Jolt2 3 接收到的實(shí)際長度小于 IP 數(shù)據(jù)包給出的總長度 6 微小碎片攻擊 3 數(shù)據(jù)量極小的數(shù)據(jù)包碎片 7 非法 IP 選項 3 超過 IP 報頭空間的故障 IP 選項 8 破碎的 ICMP 數(shù)據(jù)包 3 破碎的 ICMP 數(shù)據(jù)包 9 非法的碎片偏移 3 偏移值均為“1”的數(shù)據(jù)包碎片 10 短 ICMP 數(shù)據(jù)包 3 數(shù)據(jù)包的 IP 總長度小于 ICMP 報頭 11 Ss Ping 3 破碎的 ICMP 數(shù)據(jù)包，有碎片偏移的重疊現(xiàn)象 12 Bonk 3 高速率的 UDP 數(shù)據(jù)包碎片，在不同字節(jié)范圍內(nèi)會發(fā)生偏移重疊 13 非法的 TCP 選項 4 TCP 選項發(fā)生故障或超出 TCP 長度空間 14 SYN 洪流 4 高速率 TCP SYN 數(shù)據(jù)包 15 空掃描 4 TCP 數(shù)據(jù)包未設(shè)置標(biāo)記 16 短 TCP 數(shù)據(jù)包 4 數(shù)據(jù)包的 IP 總長度小于 TCP 報頭 17 FIN ACK 4 TCP 數(shù)據(jù)包具有 Finish 和 Ack 標(biāo)志設(shè)置 18 SYN 碎片 4 破碎的 TCP SYN 數(shù)據(jù)包 19 緊急偏移 4 TCP 緊急偏移指向當(dāng)前有效負(fù)載之外的數(shù)據(jù) 20 短 UDP 報頭 4 數(shù)據(jù)包的 IP 總長度小于 UDP 報頭 21 TCP SYN FIN 4 TCP 數(shù)據(jù)包具有 SYN 和 Finish 標(biāo)記設(shè)置 22 圣誕老人病毒襲擊(Xmas scan) 4 TCP 數(shù)據(jù)包的序列號為零，同時具有完成和緊急標(biāo)記設(shè)置

結(jié)論

我們必須保護(hù) IP 電話免受 DoS 攻擊，以確保可靠而無縫的語音連接，實(shí)現(xiàn)高水平的語音質(zhì)量。對于大多數(shù)家庭和企業(yè)用戶而言，電話語音通信是最不可或缺的溝通形式。對家庭用戶來說，家庭電話的可靠性有時決定著家庭成員的人身安全。對企業(yè)來說，電話服務(wù)哪怕是出了任何暫時的故障，都有可能影響到企業(yè)的業(yè)績。

DoS 攻擊以前僅見于因特網(wǎng)上的網(wǎng)站和計算機(jī)，現(xiàn)在則影響到一部乃至一組 IP 電話，因為 IP 電話設(shè)備如同計算機(jī)、服務(wù)器和網(wǎng)站一樣必須通過因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接。因此，必須為用戶和服務(wù)供應(yīng)商提供 IP 電話的防護(hù)機(jī)制，幫助他們在未來免受任何 DoS 攻擊。建立防護(hù)機(jī)制的最有效措施就是 IP 電話自身內(nèi)置相關(guān)功能。基于路由器的及其他類型的外接 IP 電話 DoS 防護(hù)機(jī)制都相當(dāng)昂貴，而最終的效果亦不如內(nèi)置的好。如今，由于 IP 電話不斷集成了高級的技術(shù)以及先進(jìn)的處理能力，因而完全有可能采用自適應(yīng)防護(hù)機(jī)制來抵御最新的 DoS 攻擊方法，同時還能確保高質(zhì)量的語音服務(wù)。