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第21讲入侵检测技术 本讲要求 1 掌握网络行为管理系统平台的功能与特点2 掌握入侵检测系统的基本结构与分类 3 熟悉基于网络和基于主机的入侵检测系统4 掌握入侵检测软件的使用 本讲内容 1 入侵检测系统的分类与基本结构 2 基于网络的入侵检测系统结构与特点 3 基于主机的入侵检测系统结构与特点 4 入侵检测系统的使用与配置 8 3 3入侵检测系统的分类1 根据分析方法和检测原理分类基于异常的入侵检测 首先总结出正常操作应该具有的特征 用户轮廓 当用户活动与正常行为有重大偏离时即被认为是入侵 基于误用的入侵检测 收集非正常操作时的行为特征 建立相关的特征库 当被监测的用户或系统行为与库中的记录相匹配时 系统就认为这种行为是入侵 2 根据数据来源分类基于主机的入侵检测系统 HIDS 系统获取数据的依据是系统运行所在的主机 保护的目标也是系统运行所在的主机 基于网络的入侵检测系统 NIDS 系统获取数据的依据是网络传输的数据包 保护的是网络的正常运行 分布式入侵检测系统 混合型 将基于网络和基于主机的入侵检测系统有机地结合在一起 3 根据体系结构分类集中式 集中式结构的IDS可能有多个分布于不同主机上的审计程序 但只有一个中央入侵检测服务器 审计程序把当地收集到的数据踪迹发送给中央服务器进行分析处理 随着网络规模的增加 主机审计程序和服务器之间传送的数据就会剧增 导致网络性能大大降低 并且一旦中央服务器出现问题 整个系统就会陷入瘫痪 分布式 分布式结构的IDS就是将中央检测服务器的任务分配给多个基于主机的IDS 这些IDS不分等级 各司其职 负责监控当地主机的某些活动 所以 其可伸缩性 安全性都得到提高 但维护成本也高了很多 并且增加了所监控主机的工作负荷 4 根据工作方式分类离线检测 离线检测又称脱机分析检测系统 就是在行为发生后 对产生的数据进行分析 而不是在行为发生的同时进行分析 从而检测入侵活动 它是非实时工作的系统 如对日志的审查 对系统文件的完整性检查等都属于这种 一般而言 脱机分析也不会间隔很长时间 所谓的脱机只是与联机相对而言的 在线检测 又称为联机分析检测系统 就是在数据产生或者发生改变的同时对其进行检查 以便发现攻击行为 它是实时联机检测系统 这种方式一般用于网络数据的实时分析 有时也用于实时主机审计分析 它对系统资源的要求比较高 8 3 4基于网络的IDS和基于主机的IDS1 基于网络的入侵检测系统基于网络的入侵检测系统 NIDS 放置在比较重要的网段内 不停地监视网段中的各种数据包 对每一个数据包进行特征分析 如果数据包与系统内置的某些规则吻合 入侵检测系统就会发出警报甚至直接切断网络连接 目前 大部分入侵检测系统是基于网络的 一个典型的NIDS如图8 2所示 一个传感器被安装在防火墙外以探查来自Internet的攻击 另一个传感器安装在网络内部以探查那些已穿透防火墙的入侵以及内部网络入侵和威胁 基于网络的入侵检测系统使用原始网络数据包作为数据源 基于网络的IDS通常利用一个运行在混杂模式下的网络适配器来实时监视并分析通过网络的所有数据包 一旦检测到了攻击行为 NIDS的响应模块就提供多种选项用于通知 报警 并对攻击行为采取相应的措施 采取的措施因系统而异 但通常都包括通知管理员 中断连接并且 或为法庭分析和证据收集而做的会话记录 基于网络的IDS已经广泛成为安全策略的实施中的重要组件 它有许多仅靠基于主机的入侵检测系统无法提供的优点 1 拥有成本较低 基于网络的IDS可在几个关键访问点上进行策略配置 以观察发往多个系统的网络通信 所以它不要求在许多主机上装载并管理软件 由于需监测的点较少 因此对于一个公司的环境来说 拥有成本很低 2 检测基于主机的IDS漏掉的攻击 基于网络的IDS检查所有数据包的头部从而发现恶意的和可疑的行为迹象 基于主机的IDS无法查看数据包的头部 所以它无法检测到这一类型的攻击 例如 许多来自于IP地址的拒绝服务型 DoS 和碎片包型 Teardrop 的攻击只能在它们经过网络时 检查包的头部才能被发现 这种类型的攻击都可以在基于网络的IDS中通过实时监测网络数据包流而被发现 基于网络的IDS可以检查有效负载的内容 查找用于特定攻击的指令或语法 例如 通过检查数据包有效负载可以查到黑客软件 而使正在寻找系统漏洞的攻击者毫无察觉 由于基于主机的IDS不检查有效负载 所以不能辨认有效负载中所包含的攻击信息 3 攻击者不易转移证据 基于网络的IDS使用正在发生的网络通信进行实时攻击的检测 所以攻击者无法转移证据 被捕获的数据不仅包括攻击的方法 而且还包括可识别的黑客身份及对其进行起诉的信息 许多黑客都熟知审计记录 他们知道如何操纵这些文件掩盖他们的入侵痕迹 如何阻止需要这些信息的基于主机的IDS去检测入侵 4 实时检测和响应 基于网络的IDS可以在恶意及可疑的攻击发生的同时将其检测出来 并做出更快的通知和响应 例如 一个基于TCP的对网络进行的拒绝服务攻击可以通过将基于网络的IDS发出TCP复位信号 在该攻击对目标主机造成破坏前 将其中断 而基于主机的系统只有在可疑的登录信息被记录下来以后才能识别攻击并做出反应 而这时关键系统可能早已遭到了破坏 或是运行基于主机的IDS的系统已被摧毁 实时IDS可根据预定义的参数做出快速反应 这些反应包括将攻击设为监视模式以收集信息 立即中止攻击等 5 检测未成功的攻击和不良意图 基于网络的IDS增加了许多有价值的数据 以判别不良意图 即便防火墙可以正在拒绝这些尝试 位于防火墙之外的基于网络的IDS可以查出躲在防火墙后的攻击意图 基于主机的IDS无法查到从未攻击到防火墙内主机的未遂攻击 而这些丢失的信息对于评估和优化安全策略是至关重要的 6 操作系统无关性 基于网络的IDS作为安全监测资源 与主机的操作系统无关 与之相比 基于主机的IDS必须在特定的 没有遭到破坏的操作系统中才能正常工作 生成有用的结果 基于网络的入侵检测系统也有弱点 只检查直接连接网段的通信 不能检测在不同网段的网络包 在交换以太网环境中会出现监测范围的局限 很难实现一些复杂的需要大量计算与分析时间的攻击检测 处理加密的会话过程较困难 2 基于主机的入侵检测系统基于主机的入侵检测系统 HIDS 通常是安装在被重点检测的主机之上 主要是对该主机的网络实时连接以及系统审计日志进行智能分析和判断 如果其中主体活动十分可疑 特征或违反统计规律 入侵检测系统就会采取相应措施 基于主机的IDS使用验证记录 自动化程度大大提高 并发展了精密的可迅速做出响应的检测技术 通常 基于主机的IDS可检测系统 事件和Window下的安全记录以及UNIX环境下的系统记录 当有文件发生变化时 IDS将新的记录条目与攻击标记相比较 看它们是否匹配 如果匹配 系统就会向管理员报警并向别的目标报告 以采取措施 基于主机的IDS在发展过程中融入了其它技术 对关键系统文件和可执行文件的入侵检测的一个常用方法 是通过定期检查校验和来进行的 以便发现意外的变化 反应的快慢与轮询间隔的频率有直接的关系 许多IDS产品都是监听端口的活动 并在特定端口被访问时向管理员报警 这类检测方法将基于网络的入侵检测的基本方法融入到基于主机的检测环境中 尽管基于主机的入侵检查系统不如基于网络的入侵检测系统快捷 但它确实具有基于网络的IDS无法比拟的优点 这些优点包括 更好的辨识分析 对特殊主机事件的紧密关注及低廉的成本 基于主机的入侵检测系统有如下优点 1 确定攻击是否成功 由于基于主机的IDS使用含有已发生事件信息 它们可以比基于网络的IDS更加准确地判断攻击是否成功 在这方面 基于主机的IDS是基于网络的IDS的完美补充 网络部分可以尽早提供警告 主机部分可以确定攻击成功与否 2 监视特定的系统活动 基于主机的IDS监视用户和访问文件的活动 包括文件访问 改变文件权限 试图建立新的可执行文件 或者试图访问特殊的设备 例如 基于主机的IDS可以监视所有用户的登录及下网情况 以及每位用户在连接到网络以后的行为 对于基于网络的系统要做到这个程度是非常困难的 3 能够检查到基于网络的系统检查不出的攻击 基于主机的系统可以检测到那些基于网络的系统察觉不到的攻击 例如 来自主要服务器键盘的攻击不经过网络 所以可以躲开基于网络的入侵检测系统 4 适用于被加密的和交换的环境 由于基于主机的入侵检测系统安装在遍布企业的各种主机上 它们比基于网络的入侵检测系统更加适用于被加密的和交换的环境 5 近于实时的检测和响应 尽管基于主机的入侵检测系统不能提供真正实时的反应 但如果应用正确 反应速度可以非常接近实时 从操作系统做出记录到基于主机的系统得到辨识结果之间的这段时间是一段延迟 但大多数情况下 在破坏发生之前 系统就能发现入侵者 并中止他的攻击 6 不要求额外的硬件设备 基于主机的入侵检测系统存在于现行网络结构之中 包括文件服务器 Web服务器及其它共享资源 这些使得基于主机的系统效率很高 因为它们不需要在网络上另外安装登记 维护及管理硬件设备 7 记录花费更加低廉 基于网络的入侵检测系统比基于主机的入侵检测系统要昂贵的多 基于主机的入侵检测系统也有弱点 依赖于服务器固有的日志与监视能力 而主机审计信息易受攻击 入侵者可设法逃避审计 全面部署HIDS代价较大 除了监测自身的主机以外 不监测网络上的情况 HIDS的运行或多或少会影响主机的性能 只对主机的特定用户 应用程序执行动作和日志进行检测 所检测到的攻击类型有限 基于主机和基于网络的入侵检测系统都有其优势和劣势 两种方法互为补充 一种真正有效的入侵检测系统应将二者结合 基于主机和基于网络的入侵检测系统的比较见表8 1 8 4项目实施 任务 SessionWall入侵检测软件的使用1 任务目标 1 掌握SessionWall 3的使用方法 2 理解入侵检测系统的作用 2 任务内容 1 SessionWall 3的使用 2 自定义QQ服务 8 4项目实施 3 完成任务所需的设备和软件 1 WindowsServer2000虚拟机1台 主机A WindowsXP计算机1台 主机B 2 SessionWall 3软件1套 3 X Scan扫描软件1套 4 UDPFlood攻击软件1套 4 任务实施步骤 1 SessionWall 3的使用在WindowsServer2000虚拟机 主机A 中安装SessionWall 3软件 另一WindowsXP计算机 主机B 用来对主机A实施X Scan和UDPFlood攻击 步骤1 在WindowsServer2000虚拟机 主机A 上安装并启动SessionWall 3软件 启动后的主窗口如图8 3所示 步骤2 在另一WindowsXP计算机 主机B 上启动X Scan扫描软件 对主机A进行各种安全扫描 步骤3 在主机A上可看到报警消息图标和安全冲突图标在不停地闪烁 并发出报警声 选择菜单 View AlertMessages 命令 打开如图8 4所示的对话框 该对话框中列出了各种报警消息 步骤4 查看违反安全规则的行为 SessionWall 3中内置了许多预定义的违反安全规则的行为 当检测到这些行为发生的时候 系统会在 Detectedsecurityviolations 对话框中显示这些行为 在工具栏上单击 showsecurityviolations 按钮 打开如图8 5所示的对话框 该对话框中列出了检测到的违反安全规则的行为 步骤5 在主机B上对主机A的80端口发起UDPFlood攻击 查看主机A的最近活动情况 Recentactivity 如图8 6所示 可见主机A在80端口收到了大量的UDP攻击数据包 2 自定义QQ服务SessionWall 3已经预定义了许多服务 用户根据需要也可以自定义服务 如QQ服务 步骤1 选择菜单 settings Definitions 命令 打开 Definitions 窗口 在 Services 选项卡中显示了系统预定义的服务 如图8 7所示 步骤2 单击 Add 按钮 打开 ServiceProperties 对话框 设置服务名称为QQ 协议为UDP 端口号为8000 如图8 8所示 单击 OK 按钮 返回 Definitions 窗口 再单击 确定 按钮 步骤3 定义好QQ服务后 当网络中存在QQ连接时 就会被系统监测到 如图8 9所示 8 5拓展提高 入侵防护系统 随着网络入侵事件的不断增加和黑客攻击水平的不断提高 一方面网络遭受攻击的速度日益加快 另一方面网络受到攻击做出响应的时间却越来越滞后 解决这一矛盾 传统的防火墙或入侵检测技术 IDS 显得力不从心 这就需要引入一种全新的技术 入侵防护系统 IntrusionPreventionSystem IPS 1 IPS的原理防火墙是实施访问控制策略的系统 对流经的网络流量进行检查 拦截不符合安全策略的数据包 入侵检测技术 IDS 通过监视网络或系统资源 寻找违反安全策略的行为或攻击迹象 并发出报警 传统的防火墙旨在拒绝那些明显可疑的网络流量 但仍然允许某些流量通过 因此防火墙对于很多入侵攻击仍然无计可施 绝大多数IDS系统都是被动的 而不是主动的 也就是说 在攻击实际发生之前 它们往往无法预先发出警报 而入侵防护系统 IPS 则倾向于提供主动防护 其设计宗旨是预先对入侵活动和攻击性网络流量进行拦截 避免其造成损失 而不是简单地在恶意流量传送时或传送后才发出警报 IPS是通过直接嵌入到网络流量中实现这一功能的 即通过一个网络端口接收来自外部系统的流量 经过检查确认其中不包含异常活动或可疑内容后 再通过另外一个端口将它传送到内部系统中 这样一来 有问题的数据包 以及所有来自同一数据流的后续数据包 都能在IPS设备中被清除掉 2 IPS的分类 1 基于主机的入侵防护系统 HIPS 在技术上 HIPS采用独特的服务器保护途径 由包过滤 状态包检测和实时入侵检测组成分层防护体系 这种体系能够在提供合理吞吐率的前提下 最大限度地保护服务器的敏感内容 既可以以软件形式嵌入到应用程序对操作系统的调用当中 拦截针对操作系统的可疑调用 提供对主机的安全防护 也可以以更改操作系统内核程序的方式 提供比操作系统更加严谨的安全控制机制 由于HIPS工作在受保护的主机 服务器上 它不但能够利用特征和行为规则检测 阻止诸如缓冲区溢出之类的已知攻击 还能够防范未知攻击 防止针对Web页面 应用和资源的未授权的任何非法访问 HIPS与具体的主机 服务器操作系统平台紧密相关 不同的平台需要不同的软件代理程序 2 基于网络的入侵防护 NIPS NIPS通过检测流经的网络流量 提供对网络系统的安全保护 由于它采用在线连接方式 所以一旦辨识出入侵行为 NIPS就可以去除整个网络会话 而不仅仅是复位会话 同样由于实时在线 NIPS需要具备很高的性能 以免成为网络的瓶颈 因此NIPS通常被设计成类似于交换机的网络设备 提供线速吞吐速率以及多个网络端口 3 IDS和IPS的关系绝大多数IDS系统都是被动的 而不是主动的 在攻击实际发生之前 IDS往往无法预先发出警报 IPS则倾向于提供主动防护 其设计宗旨是预先对入侵活动和攻击性网络流量进行拦截 避免其造成任何损失 而不是简单地在恶意流量传送时或传送后才发出警报 这也是IPS市场启动的根源 在主动防御渐入人心之时 担当网络警卫的IDS的报警作用更加重要 尽管IDS功过参半 但是IDS的报警功能仍是主动防御系统所必需的 也许IDS的产品形式会消失 但是IDS的检测功能并不会因形式的消失而消失 只是逐渐被转化和吸纳到其他的安全设备当中 IDS与IPS技术还会并驾齐驱很长一段时间 据市场研究公司InfoneticsResearch发布的数据显示 到2006年 全球IDS IPS市场收入已超过13亿美元 其实IDS的发展道路可以借鉴防火墙的发展 防火墙早期从包过滤 应用代理发展起来 是从网络层应用及应用层解释开始 一步步关心起具体的协议 包过滤关注分组的包头 应用代理关心分组的有效载荷 状态检测开始关注分组之间的关系 从安全设备发展的角度 这些并未发展到头 因为对有效载荷的分析还比较弱 IDS从特征匹配开始到协议分析 走的也是这条路 只是IDS走到协议分析 也算是比较深入了 但网络上的应用太复杂了 技术挑战性太大 依照当前的用法与定位 IDS长期很难生存 但它对分组有效载荷的分析有自己的优势 这种技术可以用于所有的网络安全设备 IPS其实解决的也是边界安全问题 它已开始像是防火墙的升级版了 由此来看 IDS和IPS将会有着不同的发展方向和职责定位 IDS短期内不会消亡 IPS也不会完全取代IDS的作用 虽然IPS市场前景被绝大多数人看好 市场成熟指日可待 但要想靠蚕食IDS市场来扩大市场份额 对于IPS来说还是很艰难的