오늘은 전송계층인 L4의 취약점을 분석해 보겠다.

Layer 4에는 TCP와 UDP가 있다.
오늘은 L4 중에서 UDP의 취약점을 분석해볼 것이다.

* UDP헤더를 이용한 공격 기법
1) 스캐닝
2) UDP Flooding

1. 스캐닝
- 타겟의 정보를 수집하는 방법
- 어떠한 서비스가 열려있는지 ,포트가 열려있는지 확인하는 방법
- 내 컴퓨터에서 netstat 치면 나오는 정보를 알아내는 방법이다.
- 다른 host에서 netstat의 정보를 확인하려는 방법이다.
- 그 중 UDP 스캐닝 기법이 있다. (UDP 통신 방법을 이용해서)
- 해당 포트가 열려있을 때와 닫혀있을 때가 돌아오는 반응이 다르다.
 -> 이걸 이용해서 스캐닝을 하는 방법이다.



(확인하려는 정보)



위의 화면을 확인해보려는 것이다. cmd 창에서 netstat 명령어로 확인 할 수 있다.
하지만 상대 host의 정보는 쉽게 확인할 수 없으므로
스캐닝 이란 작업을 한다.



(UDP 스캔 코드)



위는 윈도우 소켓을 이용해서 UDP 패킷을 만들고 전송하는 코드이다.
여기서 원하는 포트번호 50000번을 지정해서 보냈다.
(옆 자리 사람이 서버를 열어둔 상태이다.)



(아무 응답이 없다.)



-> 이렇게 아무 응답이 없다면 포트가 열려있다는 것이다.
그렇다면 닫혀있다면 어떤 반응일까?



(포트가 닫혀있을 때)



포트가 닫혀있을 때는 위와 같이 ICMP 에러 패킷이 전송된다.
우리는 이로써 포트가 닫혀있는 걸 알 수 있다.

정리하면
포트가 열려있으면 -> 아무 응답 없다.
포트가 닫혀있으면 -> ICMP 에러 패킷이 온다.

- 프로토콜에 따라 다르겠지만, 데이터를 서비스에 맞게 설정한 경우 응답이 올 수 있다.
 -> 포트가 닫혀있는 경우 icmp error 메세지로 응답이 온다.
 - destination unreachable 로 응답이 온다.
 - 확인하고자 하는 host의 방화벽이 켜져있으면 icmp응답이 오지 않는다.
 - 그래서 방화벽을 끄고 실험했다. 여기서 알 수 있는 것은
   방화벽으로 UDP 스캐닝을 막을 수 있다는 것이다.
 - 우리는 패킷 수로 체크를 해서 트래픽 수가 많아지면 정확도가 떨어졌다.
 - 스캔 툴 : nmap (유명한 대표적인 스캐닝 도구)

* 주의. 스캐닝 아무대나 하면 안된다. (엄연한 불법이다.)

2. UDP헤더를 이용한 DDos 공격 기법

- UDP Flooding 기법 : 대량의 UDP 패킷을 발생시키는 공격기법
  -> 공격의 목적이 특정 타겟이 아니라 타겟 네트워크의 대역폭을 대상으로 하는 공격기법이다.
  -> 네트워크 전체를 마비시키는 목적이다.
  -> 포트가 닫혀있으면 에러메세지를 보낸다.
  -> 출발지 ip 주소를 스푸핑한다. (해당 네트워크 안에 있는 IP주소로)
  -> 해당 네트워크 내에서 에러메세지가 돌아다닌다.
  -> 이 양이 대량이면 그 해당 네트워크의 대역폭을 감소시킬 수 있다.
  -> 해결방법은 ICMP 패킷을 안쓰는 것이다. (그렇기 때문에 요즘 ICMP를 안쓴다.)
     ( 아까 확인했듯이 방화벽이 켜져있으면 ICMP 에러메세지를 만들지 안는다.)
  -> 윈도우 소켓으로는 IP 스푸핑이 안된다.
  -> L2까지 보내던 방법으로 보내서 확인 할 수 있다. (sleep()을 주어서 조금 지연시켜야한다.)
     그렇지 않으면 와이어샤크가 뻗어버린다.

확인해 보겠다.




(UDP Flooding 코드)



코드는 위와 같다.

내가 UDP Flooding 공격을 받은 상황은 다음과 같다.
위 코드의 화면은 아니다.





다른 사람이 나의 컴퓨터를 이용해 167번 컴퓨터를 공격하고 있는 모습이다.
공격자는 공격 대상 host의 ip주소로 출발 ip를 스푸핑 해서
나에게 UDP 패킷을 보낸다.
그리고 나는 닫혀있으므로 공격 대상(피해자)에게 대량의 ICMP 패킷을 보내는 것이다.

위 화면은 sleep 을 걸어두어서 확인 할 수 있는 정도의 양이 나왔다.
실제로 sleep을 안걸었을 때 와이어샤크가 동작을 멈추었다.




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어제
UDP를 이용해 데이터를 주고받는 프로그램을 만들었고

그 데이터를 덤프시킬 프로그램도 만들었었다.

이제 그 데이터를 분석해보겠다.


(어제 했던 Hello 데이터를 전달하는 UDP 패킷내용)


Hello 앞에 나오는 헤더부분을 살펴보자.
b'E\x00\x00!\x11\xf6\x00\x00\x80\x11\x9f\xf1\xc0\xa8\x03\xa5\xc0\xa8\x03\xef\xce\x89\xea`\x00\r\x9a2
(이건 오늘 실행시켜서 복사한 패킷헤더이다.)

\ (역슬래쉬)
\x 로 표시는 16진수 표시이다.

왜 어떤건 문자로 나오고 16진수로 나올까?
-> 문자로 나올수 있는 것은 문자로 나온다.
16진수 중에 문자로 표시할수 있는건 문자로 표시한다. (이것도 16진수)
(아스키 코드에 따라)

앞에 b라고 붙어있다. -> 실제 네트워크 스트림에 사용하는 데이터가 파이썬에서 맞지 않는다.
       -> 그래서 C에서 API를 가져온다.
       -> C언어가 쓰는 바이트타입을 가져온것이다.
       -> 그래서 다시 파이썬에 맞게 바꾸는 함수가 있는데,
           그건 - pack()
                  - unpack()
             함수이다.

이 함수들은 struct 모듈 안에 들어있다.


(unpack의 사용 모습 (파이썬공식홈페이지 출처))


hhl 표시  -> 각각 2바이트 2바이트 4바이트로 묶어서 출력하라는 뜻이다.

우리는 앞에부터 20바이트는 뺄것이다. 이 패킷은 IP헤더이기 때문에
20바이트 뒤부터 분석을 해볼 것이다.


(slice로 앞 20바이트는 잘라내는 모습)



(IP헤더는 떨어지고 UDP 패킷내용만 남은 모습)



여기서 unpack을 사용하지않고
list를 사용해 전부 hex 표시로 바꾸겠다.

* map() 함수 - 두번째 인자를 첫번째인자(함수)에모두 입력한다.
hex 또한 함수이기 때문에 지금 쓰는것은 두번째 인자를 모두 16진수의 수로 바꿔주는 것이다.

(hex 표시로 바꿔주는 코드)



(16진수로 표시되는 모습)



전부 16진수로 나오는 모습이다.

뒤에 다섯자리 '0x48', '0x65', '0x6c', '0x6c', '0x6f' 를 아스키코드에 대입하면
Hello 라고 우리가 보내는 데이터임을 알 수 있다.

그리고 데이터 앞자리 우리가 구한 UDP헤더의 내용이다.
['0xcc', '0xe8', '0xea', '0x60', '0x0', '0xd', '0x9b', '0xd3']

헤더에는 총 4개의 내용이 들어있다. (첫번째 부터)

1. Sorce Port Number (출발지의 포트번호) 
     ->2바이트 (출발지 포트)

2. Destination Port Number (출발지의 포트번호) 
     -> 2바이트 (도착지 포트)  '0xea', '0x60'  = ea60  = 60000
3. Length (길이) 
     -> 2바이트  = '0x0', '0xd  = 0d   =13  = 13바이트 
 (헤더 8바이트, UDP데이터 5바이트) 13바이트가 맞다.

4. Checksum
     ->2바이트   검사용

-> 이런게 Protocol 프로토콜이다.
처음에는 데이터 Hello가 보내지는걸  봤는데 이제 Hello가 패키징 되면서 붙는 내용들을 확인한다.
그 과정중 하나가 UDP를 본것이다.

UDP 헤더의 내용은 4개 밖에 없다. -> 에러정정, Flow Control 등 기능은 없다.

* 바이트
1 바이트로 숫자 하나를 표현할 수 있다. 16진수 2자리를 표현할수 있는 것이 1 바이트 (0x00 ~ 0xFF)

이제 unpack을 이용해 좀더 정확하게 데이터를 출력해보겠다.

H -> 2바이트를 묶어서 하나로 만들어준다.
! -> network stream 데이터를 읽어들일때는 !를 붙여준다.
 붙이는 이유 네트워크에서 돌아다니는 데이터랑 컴퓨터에서 다루는 데이터랑 다르다.
 그래서 ! 느낌표를 붙여서 네트워크 데이터라라는것을 알려줘야한다.

이제는 조금 구분 할 수 있게 됬다.


(UDP 헤더 패킷 분석 코드)


-> 목적지 주소가 60000 포트인 경우에만 출력한다. (내가 60000번 포트로 패킷을 전송할거기 때문에
       내가 보내는 패킷의 정보가 궁금한 것.)


(UDP 헤더 분석)



지금까지 Hello라는 데이터를 UDP로 보낼때의 패킷 내용들을 분석해 보았다.

윈도우 소켓으로 볼수있는 것은 L3 까지 볼 수 있다.

- Layer 4 ( Transport Layer ) 의 프로토콜(UDP, TCP)
- L4에서는 데이터가 어디서 어떻게 전달되는지 해당 계층에서는 상관이 없다.
- 에러 정정(UDP에는 없다.), 흐름제어(UDP에는 없다.), 이런 내용만 포함하고 있다.

- L4에서는 관련된 정보만을 포함한다.
-> UDP의 checksum에서는 오류가 났는지 안났는지만 판별 오류났으면 버린다. 그 외의 행동은 하지 않는다. 그래서 에러정정의 기능이 없다고 말한다.


* UDP인지, TCP인지 어떻게 판별할까?
: 더 하위계층에서 그 내용을 가지고 있다. -> IP 패킷

우리가 잘라냈던 IP헤더를 보면 UDP인지 TCP인지 확인할 수 있다.
socket 생성시 PROTOCOL 부분을  IPPROTO_UDP 를 IPPROTO_IP로 바꾸었다.



(socket 타입 변경)


UDP = User Datagram Protocol

IP 헤더 ( Internet Protocol Header )
-> L3 ( Network Layer (네트워크 계층) )
-> IP는 해당 계층의 대표적인 프로토콜이다.
-> 데이터를 송신지에서 수신지로 향하게 하는 데이터의 전달과 밀접한 관련이 있다.
-> 주요목적은 전송경로 설정 등이 있다.
-> 경로에대한 담당은 라우터가 하는것이다. 즉 IP헤더에는 IP주소만 적혀있고 라우터가 IP주소를 보고 경로를 설정한다.
-> 사이즈는 기본 20바이트이다. (추가로 옵션이 있긴하다.)
현재 우리가 보는 것은 IPv4의 IP헤더 이다. IPv6는 또 조금 다르다.

Layer2, Layer1의 내용들은 현재 윈도우즈 환경에서는 지원하지 않는다.
윈도우즈 소켓은 Layer3 까지 밖에 지원이 안된다.

이제 IP헤더를 분석해 본다.

(list를 이용해 출력하는 코드)



(IP 헤더 출력 모습)



출력한 IP 헤더
['0x45', '0x0', '0x0', '0x21', '0x35', '0xd3', '0x0', '0x0',
'0x80', '0x11', '0x7c', '0x14', '0xc0', '0xa8', '0x3', '0xa5',
'0xc0', '0xa8', '0x3', '0xef']

ip 헤더 분석
총 20바이트로 되어있다. 

첫번째 바이트 숫자 하나가 2개의 값을 의미한다.
   0x45  -> 4랑 5로 읽을 수 있다.
1. Version -> 맨 앞 4 = IPv4
2. Header length -> 그 뒤 숫자 5 = 헤더의 길이 : 4를 곱해준다. 5x4 = 20 바이트  헤더의 길이다.
3. Service  -> 현대 IPv4에서는 사용하지 않는다. 거의 항상 0으로 초기화된 값이 들어간다.  : 0x0'
4. Total length (전체길이) : 그다음 숫자 2바이트 '0x0', '0x21' = 0x021  = 33바이트
    ( Ip헤더 20바이트, udp패킷 13바이트 )
5. Identification (식별자) : 그다음 숫자 2바이트 '0x35', '0xd3'
6. Flag ->  '0x0'
7. Fragment OFFSET ->  '0x0'
* IP패킷은 여러개로 분할 될 수도있다. 그래서 5,6,7 정보가 필요하다.
    자세한 내용은 다음에 확인하겠다.
8. TTL (Time to live) -> '0x80'  = 128.  ( 윈도우즈에서 만들어진 패킷은 기본적으로 128로 나간다.)
 TTL은 네트워크를 방황하는 패킷들을 예방하기 위해서 있다.
 TTL은 라우터를 한 Hop이라고 지날수 있는 Hop의 수이다.
9. Protocol 타입 -> '0x11' = 17 :  (udp :17번) (tcp:6번) (ICMP: 1번)
10. Header checksum -> '0x7c', '0x14'  checksum은 각 헤더마다 들어있다.
11. 출발지 IP (4글자) : '0xc0', '0xa8', '0x3', '0xa5'  -> 192  168  3  165  
12. 도착지 IP (4글자) : '0xc0', '0xa8', '0x3', '0xef


-> 전송에 관련된 내용들을 가지고 있다.
1,1,2,2,1,1,1,1,2,4,4 개씩 unpack하면 된다. 위 데이터를 끊는 개수이다.



(IP 헤더 내용을 쪼개어 출력하는 코드)



(IP 헤더 분석)


IP 헤더에 무슨 내용들이 있는지
어떤 역할을 하는지
확인하였다.

또, UDP 패킷도 함께 분석하였다.

-> 나중에 이걸 이용해 패킷 스니퍼를 만들것이다.
(비슷한 원리로 만들것이므로 기억해둬야한다.)













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어제 하던 통신프로그램을 보완해서

그럴싸한 통신을 하는 프로그램으로 업그레이드 했다.



(while 문을 이용해 메세지를 종료할 때 까지 통신하는 코드)


(메세지를 주고받는 모습)


(맨 아래줄에 보면 외부 IP주소와 포트번호가 나와있다.)



위 화면에서 외부주소 맨 아래를 보면 상대 IP주소와 포트번호가 나와있다.

코드에 적힌 대로 IP주소와 포트번호로 연결된것을 확인할 수 있다.

현재, 이 프로그램은 동기식 통신이다. 즉 한번 보내고 한번 받고 해야하는 방식이다.

여기서,

상대와 보통 채팅처럼 비동기식으로도 만들 수 있다.
내가 보내지않아도 상대가 마음껏 보낼 수 있는 상태로.

그러려면
Thread를 이용해야한다.

하나는 send만 하고 하나는 recv만 하도록 쓰레드를 열어서 실행해야한다.

하지만 현재 우리는 네트워크를 이해하는 차원에서
여기 까지 하겠다.

우리가 패킷을 분석하기 위해 만드는 프로그램이기 때문이다.

우리가 위에서 보낸 메세지나
네트워크에서 주고받는 데이터는
전달하기위해 여러가지가 붙어서 패킷을 만들어 전달된다.

이런 규칙들이 프로토콜인데
4계층의 TCP, UDP를 알아보겠다.

먼저 파이썬 코드로 어떻게 동작되는지 두 프로토콜의 차이점을 봐야한다.

동작 과정

* TCP server
 1. socket()
 2. bind()
 3. listen()
 4. accept()
 5., send(), recv()

* TCP Client
 1. socket()
 2. connect()    -> server의 accept와 연결된다.
 3. send(), recv()

* UDP server
 1. socket()
 2. bind()
 3. sendto() ,recvfrom()

* UDP server
 1. socket()
 2. sendto(), recvfrom()
-> send()를 못쓰는 이유는 send는 연결되어있는 곳으로 보내는건데
UDP는 연결된게 없으므로 sendto()로 그때그때 어디로 보내는지 적어줘야한다.

UDP의 특징
-> 연결과정 없이 바로 보내고 받는다.
-> 데이터가 갈수도있고 안갈 수도 있다. 그래서 TCP는 신회성이 있는 통신이다. 왜냐하면 안갔는지 갔는지 체크하기 때문이다. TCP는 체크하지만 UDP는 체크하지 않는다.
-> UDP는 신뢰할 수 없는 통신이다. ( 이말은 상대가 받았는지 체크할 수 없다는 뜻)
-> 인증 절차도 없다. 그냥 보내고 그냥 받는다.
보통 UDP를 사용하는 프로그램은 보통 인증과정이 없다.
UDP자체로는 인증을 할 수 없다.

그렇다면 왜 쓸까?
  위 말만 들으면 왜쓰는 걸까 싶지만 UDP의 큰 장점은 복잡하지않고 빨리빨리 보낼 수 있다는 것이다. 보내는 데이터가 크지 않다면 UDP가 적절하다. UDP는 에러체크등이 없고 그냥 보내기만 하는 것이다. 그래서 사실 예전에는 많이 쓰이지 않았다. 하지만 요즘 많이 쓰이고 있는것이 실시간 통신이 필요할 때 특히 UDP를 많이 쓴다. 빨리보낼 수 있고 에러 났다고 다시 보낼 필요가 없는 실시간 통신에 적합하다. 혹은 짧은 데이터 같은 경우가 적합하다.

- netstat -anp UDP
입력하면 UDP 포트 정보를 볼 수 있다. 여기에 상태 정보가 없다. 연결과정이 없기 때문이다.


(상태 부분이 없다.)


파이썬에서 UDP에 사용되는
recvfrom() 함수.
-> 받아온 내용보면 클라이언트 정보도 같이 출력된다.


(맨 아래 데이터와 데이터가 날라온 IP주소와 포트정보)


-> 튜블정보이므로 ip주소와 포트번호를 따로 입력받아서 출력해 봤다.


(튜플정보를 따로 받아와 출력한 모습)


TCP, UDP  -> Layer 4 (4계층)에 속한다.
-> 전송계층 (Transport Layer)

* PDU : Protocol Data Unit


-> packet : 패킷, 3계층에서 사용되는 단위
    근데 그냥 보내는 데이터 덩어리를 패킷이라고도 한다.


L4에서는 pdu가 segment 다.

-> 주소 체계 : Port번호

-> 각 계층별 사용하는 단위와 주소가 다르다.


패키징
-> Hello 데이터를 패키지화한다. 포장하듯이.
-> UDP 헤더를 붙인다. 데이터 앞에

헤더에 어떤 정보들이 들어가있는지 정해논다 -> 규약 Protocol

프로토콜에 맞게 데이터를 패키징해서 다음 계층으로 보낸다.



UDP 헤더에는 어떤 정보가 들어있을가?


UDP Header

 - dst Port 번호, src Port 번호
 - data length, checksum



-> 직접 확인해본다.

(먼저 패킷 데이터를 덤프받을 프로그램을 만들었다.)


socket.gethostname() 을 이용하면 컴퓨터의 이름을 얻어올 수 있다.

gethostbyname() 을 이용하면 이름을 가지고 호스트 정보를 가져올 수 있다. (IP정보)


-> 여기서 포트번호에 0을 쓴이유는 특정포트를 보기위해 하는게 아니라 특정 IP에 모든 포트들을 확인하는 것이다.


(여러번 실행한 경우)


뭔지 모를 데이터들이 오고가는 모습이다.


그러면 우리가 오늘 바로 작성한 UDP로 패킷을 보내고 이 패킷의 내용을 확인해보자.


(코드)


위 코드를 보면 info[0]에는 IP정보가 들어가므로 IP주소가 내꺼인 주소만 보겠다는 것이다.

이걸 안하면 이것저것 위에서 본거 처럼 구별하기가 힘들어서 그렇다.


이제 내가 UDP로 패킷을 보내고 이 프로그램으로 확인 해 볼 것이다.

보낼 데이터 : Hello


(출력 화면)


그림은 클릭하면 크게 보인다.


출력화면을 보면 끝에 Hello라고 적혀있는것이 보인다.

그리고 그 앞부분은 헤더의 내용이다.

UDP는 헤더에 많은 내용이 들어간다고 안햇는데 왜이렇게 길지???..


그건 UDP헤더만 붙는게 아니기 때문이다.


아래 계층으로 내려가면서 패키징되는데 점점 헤더가 붙어서 늘어나기 때문이다.


이제 앞으로 이 헤더 정보, 데이터 정보를 구별하여 읽는 법을 공부할 것이다.


다른 패킷을 분석하여 어떤 정보가 오고가는지 확인할 수 있게 될 것이다.







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