击破IPv6安全神话

在2012年6月6日全球IPv6启动日，很多公司都为其产品和服务启用了IPv6协议，这也让我们有机会验证IPv6安全性的误解。人们普遍认为，因为IPv6增加的地址空间，从攻击者的角度来看，IPv6主机扫描攻击将需要花很多时间和精力，使得攻击几乎不可能。然而，事实并不是这样。通过分析IPv6地址在互联网上进行配置的方式，本文将介绍IPv6攻击可行性的真实情况分析。

IPv6不可战胜的神话

IPv6比IPv4有更大的地址空间。标准IPv6子网(在理论上)可以容纳大约1.844 * 1019 个主机，因此其主机密度要比IPv4子网低得多(即，子网中主机数与可用IP地址数量的比率较低)。

因为IPv6地址空间数量如此巨大，很多人认为IPv6将使潜在的攻击者很难对IPv6网络执行主机扫描攻击。有些人估计对单个IPv6子网的主机扫描攻击可能需要5千万年!

在IPv4互联网中的主机扫描攻击

在深入分析IPv6主机扫描攻击的细节之前，让我们来看看在IPv4互联网中，主机扫描攻击是如何执行的。IPv4的地址空间数量有限，整个IPv4地址空间(在理论上)由 232 个地址组成，IPv4子网通常有256个地址。因此，在典型的IPv4子网中，主机密度相对较高。IPv4主机扫描攻击通常是按照以下方式执行的：

• 选定一个目标地址范围

• 发送一个测试数据包到该范围内的每一个地址

• 每个响应的地址都被认为是“可用的”

由于典型的IPv4子网的搜索空间比较小(通常是256个地址)，并且这种子网的主机密度很高，对于大多数攻击者而言，在目标网络中按顺序尝试每个可能的地址已经足以发动攻击。

在IPv6互联网中的主机扫描攻击

有两个因素使IPv6的主机扫描攻击比IPv4的攻击更加困难：

• 典型的IPv6子网比IPv4子网更大(IPv6为264 个地址，而IPv4为256个地址) 。

• IPv6子网的主机密度比IPv4子网主机密度低得多

由于这两个因素，在目标IPv6子网中，按顺序试探每一个地址是不可行的，无论是从数据包/带宽的角度来看，还是从执行攻击需要的时间来看。

击破IPv6安全神话

然而，IPv6主机扫描攻击并非如此繁琐和费时。我们需要认识到，IPv6主机地址并不是随机分布在这相应的256个子网地址空间中，这意味着攻击者在试图确定“可行”节点时，实际上并不需要扫过整个子网地址空间。了解IPv6地址生成或者配置的方式，就明白了这种地址分配是非随机的。

IPv6地址选择

IPv6全球单播地址，顾名思义，是用于互联网通讯的IPv6地址(而不是，比方说，仅用于本地子网内通讯的本地地址)。它类似于IPv4：全球路由前缀通常由上游供应商分配，本地网络管理员将组织网络分成多个逻辑子网，而接口ID(IID)用来确定该子网中的特定网络接口。

在选择接口ID(IPv6地址的低阶64位)时有很多选择，包括：

• 嵌入MAC地址

• 采用低字节地址

• 嵌入IPv4地址

• 使用“繁复”的地址

• 使用隐私或临时地址

• 依赖于过渡技术或共存技术

不幸的是，这些因素都减小了潜在的搜索空间，使IPv6主机扫描攻击变得更容易实现。以下部分解释了具体的原因：

嵌入式MAC地址

大多数IPv6主机是根据非营利组织互联网协会(Internet Society)开发的无状态地址自动分配(SLAAC)来生成它们的地址。SLAAC获取MAC地址，在中间插入一个16位数字，在以太网的中，这让接口ID(还是地址的低阶64位)使用下面的语法：

在这种情况下，接口ID至少有16位是都知道的。接口ID的其余位(从底层以太网地址借来的位)也是按照特定的模式。

因此，在规划IPv6主机扫描攻击时，攻击者可能已经知道了目标企业购买网络设备的供应商的情况。攻击者可以据此减少搜索空间到只有这些OUI(企业唯一标识符)，也就是分配到该供应商的标识符。然后他们可以进一步缩小搜索空间，因为以太网地址的低阶24位通常是根据制造的网络接口卡按顺序分配的。例如，如果企业从相应供应商购买了400个系统，这些系统可能有连续的以太网地址(并且连续的IPv6地址)。只要攻击者通过尝试随机地址发现目标网络中的一个节点，就可以根据尝试连续地址，得到其他节点。

这些情况都说明了只需要知道或者发现一些地址，攻击者就能够缩小他的搜索范围，使IPv6主机扫描攻击成为可能。

低字节地址

低字节地址是接口ID全是0的IPv6地址，除了最后8或16位(例如2001:db8::1、2001:db8::2等)。这些地址通常是手动配置的(通常用于基础设施)，但是也可能是使用了一些动态主机配置协议版本6(DHCPv6)服务器，这些服务器会从特定地址范围按顺序分配IPv6地址。当采用低字节地址时，IPv6地址搜索空间被缩小到(最多)216个地址，这使IPv6主机扫描攻击变得更为可行。

嵌入式IPv4地址

互联网工程任务组(IETF)规范允许IPv6地址以“2001:db8::W.X.Y.Z”的形式来表达，而IPv4地址的形式为“W.X.Y.Z”。这种生成地址的形式通常出现在基础设施设备中，因为如果该设备的IPv4地址是已知的，就更容易“记住”设备的IPv6地址。其余的地址都是已知的或者可猜测出，所以采用嵌入式IPv4地址的网络将有助于攻击者将IPv6地址搜索空间缩小到与IPv4网络相同的搜索空间。

“繁复”的地址

IPv6地址采用十六进制(而不是小数)符号，这在手动配置地址时，增加一些创意。例如，Facebook的域名映射到IPv6地址是“2a03:2880:2110:3f02:face:b00c::”。确定这些“繁复”的地址的搜索空间并不简单，当然，与整个IPv6空间相比时，搜索空间还是有所减少了。曾经有针对“繁复”地址的基于字典的IPv6主机扫描攻击。

隐私/临时地址

为了响应主机跟踪问题，IETF在RFC 4941中标准化了“无状态地址自动配置的隐私扩展”。在本质上，RFC 4941规定接口ID应该是随机的，会随着时间的变化而变化，以创建一个不可预见的地址。

然而，RFC 4941规定除了传统SLAAC地址外还要生成临时地址(而不是替代它们)，临时地址用于出站通讯，而传统SLAAC地址用于服务器功能(例如入站通讯)。因此，这些地址并不能缓解主机扫描攻击，因为在采用临时地址的主机上仍然配置了可预测的SLAAC地址(但OpenBSD除外，OpenBSD在启用隐私地址时，禁用了传统SLAAC地址)。

过渡/共存技术

有很多IPv4到IPv6的过渡技术或者共存技术(例如6to4和Teredo)为IPv6全球单播地址指定了特殊语法，在大多数情况下是在IPv6中嵌入IPv4地址，作为IPv6的地址的一部分。由于有很多这方面的技术，本文将不深入到具体细节，但需要注意这些地址遵循特定的模式，所以能减小IPv6地址搜索范围。

如何缓解IPv6主机扫描攻击

缓解IPv6主机扫描攻击最聪明的办法是从IPv6地址删除任何明显的模式。IETF的6man工作组目前正在研究一种生成IPv6地址的方法，它有以下特点：

• 产生的接口ID不容易被预测出

• 产生的接口ID在每个子网内是稳定的，但是当主机从一个网络移动到另一个网络时，接口ID会跟着变化

• 产生的接口ID独立于底层链路层地址

为了确保IPv6部署的安全性，IETF必须完成此标准化工作，并且更重要的是，需要供应商部署它。一旦这些工作都到位了，这些不可预测的地址将让攻击者的IPv6主机扫描攻击更难以执行。

其他缓解IPv6主机扫描攻击的措施包括使用基于网络的入侵防御系统(IPS)：当在本地子网接收到大量针对不同IPv6地址的探测数据包时(尤其是当很多目标地址不存在时)，可以从特定来源地址阻止入站数据包，来应对主机扫描攻击活动。另一种方法是为基于DHCPv6和手动配置的系统配置不可预测的地址。虽然windows系统生成不可预测地址，所有其他端点(包括基于思科和Linux的设备)还需要一些额外的配置，既可以启用DHCPv6服务器来发布不可预测地址，也可以手动配置系统，这样他们就可以使用不可预测地址。很显然，DHCPv6的方法应该是首选方法，因为它更容易扩展。然而，并不是所有DHCPv6软件都有这个功能，因此可能唯一的方法应该是手动配置每个系统的IPv6地址(当然这个工作会非常痛苦)。

读了本文关于IPv6地址在互联网上的分配方式的分析，大家应该提高认识：虽然IPv6的主机扫描攻击在很大程度上受到了阻止，但IETF和供应商仍然有很多工作要做，以增加IPv6主机扫描攻击的难度。