一種基于滲透性測(cè)試的Web漏洞掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0  引  言

CNCERT／CC 2006年的工作報(bào)告中顯示，隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，我國(guó)公共互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量已超過1.37億。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)和一個(gè)社會(huì)公共環(huán)境，所面對(duì)的和隱藏的安全威脅也越來越復(fù)雜，越來越嚴(yán)重。報(bào)告顯示，2006年CNCERT／CC接收國(guó)內(nèi)26 476件非掃描類網(wǎng)絡(luò)安全事件報(bào)告中有24 477件是由于Web引起的。從2003年～2006年中國(guó)Web攻擊事件統(tǒng)計(jì)中不難發(fā)現(xiàn)，通過Web漏洞進(jìn)行攻擊事件正在逐年迅速的增長(zhǎng)。通過Web漏洞進(jìn)行攻擊成了網(wǎng)絡(luò)漏洞攻擊的主要方式與手段。

國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、企業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)化組織在Web漏洞探測(cè)方面做了大量的工作。Web漏洞探測(cè)系統(tǒng)日趨成熟，當(dāng)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(yīng)用需求以及各個(gè)組織的工具自身的技術(shù)與安全防護(hù)問題，使得這些產(chǎn)品不能很好地被推廣或普及。對(duì)具體項(xiàng)目需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(biāo)主機(jī)TCP／IP的Http服務(wù)端口發(fā)送連接請(qǐng)求，記錄目標(biāo)主機(jī)的應(yīng)答。通過目標(biāo)主機(jī)應(yīng)答信息中狀態(tài)碼和返回?cái)?shù)據(jù)與Http協(xié)議相關(guān)狀態(tài)碼和預(yù)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(duì)目標(biāo)主機(jī)Web系統(tǒng)進(jìn)行攻擊性的安全漏洞掃描，比如認(rèn)證與授權(quán)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(shù)攻擊等對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)可能存在的已知漏洞進(jìn)行逐項(xiàng)進(jìn)行檢查，從而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的漏洞。遠(yuǎn)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(biāo)主機(jī)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(biāo)系統(tǒng)上與測(cè)試代碼相關(guān)的漏洞是否存在或者相關(guān)文件是否可以在某種程度上得以改進(jìn)，然后把結(jié)果反饋給用戶端(即瀏覽端)，并給出相關(guān)的改進(jìn)意見。

2 Web漏洞掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

Web漏洞掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求是能夠找到Web應(yīng)用程序的錯(cuò)誤以及檢測(cè)Web服務(wù)器以及CGI的安全性，其中也包括認(rèn)證機(jī)制、邏輯錯(cuò)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(jìn)制應(yīng)用漏洞(例：緩沖區(qū)溢出等)。同時(shí)要求漏洞掃描功能能夠更新及時(shí)。本系統(tǒng)結(jié)合國(guó)內(nèi)外其他Web漏洞掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的優(yōu)點(diǎn)，采用Browser／Server／Database(瀏覽器／服務(wù)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(cè)的方法對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行掃描。

2.1  系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)開發(fā)的是一個(gè)B／S模式的Web漏洞掃描系統(tǒng)。它包括客戶端及服務(wù)端兩個(gè)部分，運(yùn)行環(huán)境為L(zhǎng)inux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(tái)相關(guān)，同時(shí)使得客戶操作更方便、直觀。其次，系統(tǒng)把漏洞掃描檢測(cè)部分從整個(gè)系統(tǒng)中分離出來，使用專門的文件庫進(jìn)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(cè)方法，只要在相關(guān)文件夾中增加一個(gè)相應(yīng)的新的攻擊腳本記錄，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)漏洞的滲透性測(cè)試，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了及時(shí)的升級(jí)功能。最后，系統(tǒng)從多個(gè)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(wù)端之間的信息傳輸量，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。其總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(cè)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(gè)客戶端提交的用戶指令后，再次利用多線程技術(shù)調(diào)用相關(guān)的插件腳本，利用滲透性測(cè)試對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，并將結(jié)果和進(jìn)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(xì)信息。

(2)客戶端，即控制平臺(tái)。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(tái)無關(guān)性，用戶通過Web瀏覽器設(shè)定掃描參數(shù)，提交給服務(wù)器端，控制服務(wù)器端進(jìn)行掃描工作。同時(shí)，對(duì)服務(wù)器返回的各種檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)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(cè)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(jìn)行，以加快掃描速度提高掃描的效率與準(zhǔn)確性。

(4)數(shù)據(jù)庫，即探測(cè)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(cè)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(diǎn)腳本攻擊、會(huì)話攻擊或輸入驗(yàn)證編碼信息等，逐條給目標(biāo)發(fā)送探測(cè)數(shù)據(jù)，通過把返回信息與預(yù)先設(shè)定的“返回信息”和狀態(tài)碼進(jìn)行匹配，進(jìn)而獲得目標(biāo)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(chǔ)上，如何把這些組成模塊有機(jī)地集成為一個(gè)系統(tǒng)也是設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的重點(diǎn)。我們要求服務(wù)器端同時(shí)處理多用戶的連接，因此首先要進(jìn)行多線程處理。在進(jìn)行單用戶處理中，當(dāng)用戶登陸時(shí)，檢測(cè)服務(wù)器對(duì)用戶的用戶名和密碼進(jìn)行認(rèn)證，判斷用戶是否具有使用權(quán)限。用戶認(rèn)證通過后，檢測(cè)服務(wù)器給客戶端發(fā)送可使用的基本檢測(cè)信息?？蛻舳私邮盏椒?wù)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(cè)腳本要求的參數(shù)，或使用默認(rèn)參數(shù)，然后返回給服務(wù)器端。服務(wù)器端建立新的進(jìn)程，開始一個(gè)新的漏洞檢測(cè)任務(wù)，對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行掃描。

2.2客戶端的實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展要求在任何地點(diǎn)進(jìn)行登陸并進(jìn)行掃描工作，并且漏洞檢測(cè)參數(shù)繁多、設(shè)置掃描參數(shù)具有很高的復(fù)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(diǎn)，任何環(huán)境使用客戶端，用簡(jiǎn)單的圖形化界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和系統(tǒng)的控制工作。

客戶端在認(rèn)證通過后，開始接收服務(wù)器發(fā)送過來的各種待設(shè)定的參數(shù)及相關(guān)信息以供用戶選擇。用戶根據(jù)相關(guān)幫助信息及自己相關(guān)的要求設(shè)定參數(shù)，同時(shí)設(shè)定目標(biāo)系統(tǒng)的IP地址(或主機(jī)名)和端口號(hào)等參數(shù)。根據(jù)客戶端的參數(shù)設(shè)定，服務(wù)端建立掃描任務(wù)，對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)掃描。

檢測(cè)過程中，客戶可以自行設(shè)定是否實(shí)時(shí)顯示服務(wù)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(guān)信息，便于用戶對(duì)掃描任務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，從而制定相應(yīng)的安全策略。

2.3通信協(xié)議設(shè)計(jì)

自從1990年以來，人們就用Http協(xié)議進(jìn)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(qǐng)求服務(wù)器上的某種資源開始，通過網(wǎng)絡(luò)上的一些中介，如代理、網(wǎng)關(guān)等到達(dá)服務(wù)器，而后服務(wù)器處理請(qǐng)求并送回應(yīng)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(jī)等技術(shù)。Http請(qǐng)求及應(yīng)答數(shù)據(jù)包如圖2所示。


對(duì)于目標(biāo)系統(tǒng)Web漏洞掃描，使用滲透性的探測(cè)方法，滲透性探測(cè)方法主要通過更改Http請(qǐng)求信息包中的某些信息，從目標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)答信息包中獲取狀態(tài)信息及相關(guān)內(nèi)容以判斷目標(biāo)系統(tǒng)的輸入或軟件錯(cuò)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(qǐng)求信息包。

Libwhisker是一個(gè)全面的API，是由一些不同的與Web應(yīng)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(diǎn)：

(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(shù)；
   
(5)支持SSL；

(6)支持Basic和NTLM認(rèn)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(yīng)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(yuǎn)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(yuǎn)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(biāo)Web系統(tǒng)的安全性。

考慮到信息的共性與個(gè)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(cè)當(dāng)前Web系統(tǒng)相應(yīng)軟件的版本隱患及其漏洞信息，以及Web系統(tǒng)相應(yīng)軟件版本最新信息，并給出相關(guān)的提示。

(2)Web系統(tǒng)授權(quán)信息：此類信息以檢測(cè)當(dāng)前Web相應(yīng)系統(tǒng)資源的授權(quán)情況以及漏洞信息。

(3)漏洞控測(cè)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(wù)器中存在的各種隱患和漏洞探測(cè)信息。具體而言分為以下幾個(gè)大類：認(rèn)證攻擊、授權(quán)攻擊、識(shí)別“支持”文件、識(shí)別包含文件、目錄攻擊、識(shí)別錯(cuò)誤、一般的輸入驗(yàn)證、源代碼泄露、URL編碼、Unicode編碼、Base64編碼、識(shí)別請(qǐng)求方法、SQL注入、會(huì)話攻擊、目錄遍歷攻擊以及跨站點(diǎn)腳本攻擊等。

特征信息數(shù)據(jù)庫各記錄分別為：

Web服務(wù)器類別、檢測(cè)目標(biāo)URI、預(yù)設(shè)返回信息、Http方法、描述信息。

2.5 Web漏洞掃描系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

由于允許多用戶同時(shí)使用服務(wù)器端，要求針對(duì)不同目標(biāo)的掃描、檢測(cè)任務(wù)同時(shí)進(jìn)行，所以執(zhí)行掃描機(jī)制就成了服務(wù)器端設(shè)計(jì)中的首要問題。根據(jù)服務(wù)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(duì)于掃描服務(wù)器的構(gòu)架選擇Linux平臺(tái)下的PERL開發(fā)語言，使用并發(fā)服務(wù)器的模型。

并發(fā)服務(wù)器的思想是每一個(gè)客戶的請(qǐng)求并不由服務(wù)器直接處理，而是由服務(wù)器創(chuàng)建相應(yīng)的子進(jìn)程進(jìn)行處理。對(duì)于每一個(gè)子進(jìn)程而言，客戶可以設(shè)定其掃描范圍包括不只一個(gè)目標(biāo)地址，同樣由服務(wù)器創(chuàng)建相應(yīng)的子進(jìn)程(即二級(jí)進(jìn)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(jí)進(jìn)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(jìn)一步提高漏洞掃描系統(tǒng)的性能，對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)首先利用現(xiàn)階段已經(jīng)非常成熟的工具NMAP進(jìn)行端口掃描，以獲得開放的端口，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的端口掃描，以判斷在此端口上是否提供的是Web服務(wù)。

為進(jìn)一步加快掃描速度，系統(tǒng)使用掃描知識(shí)庫來保存已掃描過的主機(jī)信息，在獲取用戶請(qǐng)求以后，首先檢測(cè)知識(shí)庫，若有知識(shí)庫中保存相關(guān)信息，則不進(jìn)行新的掃描工作，只需調(diào)用相關(guān)的知識(shí)庫信息返回給用戶即可。

在對(duì)端口滲透性探測(cè)的實(shí)現(xiàn)方式上，使用插件腳本的方式來進(jìn)行。用戶可以通過參數(shù)選取相應(yīng)的插件執(zhí)行，以進(jìn)行更為完整的漏洞掃描。插件可以動(dòng)態(tài)地升級(jí)，其實(shí)現(xiàn)方式是每次升級(jí)插件時(shí)都將已升級(jí)的插件根據(jù)既定的順序添加在插件調(diào)用清單當(dāng)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(kuò)充了各類數(shù)據(jù)庫探測(cè)信息，這樣即可以增加各類特殊的信息，進(jìn)行更為深入的掃描目標(biāo)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(duì)Web系統(tǒng)進(jìn)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(chǔ)上提出并設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的Web漏洞掃描系統(tǒng)，介紹了它的協(xié)議基礎(chǔ)以及組成模塊。

本文設(shè)計(jì)的Web漏洞掃描系統(tǒng)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)，并經(jīng)過測(cè)試，該掃描器基于瀏覽器／服務(wù)器結(jié)構(gòu)，可以掃描UNIX／Windows等多種平臺(tái)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(diǎn)：利用多進(jìn)程／知識(shí)庫等技術(shù)加快了掃描速度；掃描封裝在插件中使系統(tǒng)具有可擴(kuò)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(shí)現(xiàn)了Web隱患掃描和漏洞檢測(cè)，并可以提供漏洞的修補(bǔ)建議，將會(huì)在很大程度上確保Web系統(tǒng)安全。