基于漏洞攻擊的自組織網(wǎng)絡(luò)協(xié)議安全分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于軟件安全、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議安全分析方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 物聯(lián)網(wǎng)作為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮正在席卷 全球。早在1999年，麻省理工學(xué)院（MIT)就首先提出了物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things) 的概念，直到2005年，在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)（WSIS)上，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU) 發(fā)布的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005 :物聯(lián)網(wǎng)》中，"物聯(lián)網(wǎng)"的概念才被正式提出，隨后，IBM公司于 2009年提出的"智慧地球"為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，自此，物聯(lián)網(wǎng)受到了國(guó)內(nèi)外各界人 士的廣泛關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，集云計(jì)算、普適計(jì)算、3G/M2M、WSN/Sensor、 RFID等多種技術(shù)于一體涉及多學(xué)科的新型系統(tǒng)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣和運(yùn)用，一方面顯 著提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)運(yùn)行效率，另一方面也對(duì)國(guó)家和企業(yè)、公民的信息安全和隱私保護(hù)問(wèn)題 提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
[0003] 根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)自身的特點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)除了面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等作為其傳 輸媒介的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題之外，還面臨著自身獨(dú)特的安全問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)是由大量"物"互 聯(lián)構(gòu)成，"物"的種類千差萬(wàn)別，其安全性依靠人們目前對(duì)計(jì)算機(jī)安全所采取的模式，并且物 聯(lián)網(wǎng)中"物"的數(shù)量非常龐大、構(gòu)成集群等相關(guān)特點(diǎn)造成的，這些特殊的安全問(wèn)題主要有以 下幾個(gè)方面：
[0004] 一、有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器/感知節(jié)點(diǎn)的本地安全問(wèn)題。由于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可以取代人 來(lái)完成一些復(fù)雜、危險(xiǎn)和機(jī)械的工作。所以物聯(lián)網(wǎng)中的機(jī)器或感知節(jié)點(diǎn)多數(shù)部署在無(wú)人監(jiān) 控的場(chǎng)景中。那么攻擊者就可以輕易地接觸到這些節(jié)點(diǎn)，從而對(duì)他們?cè)斐善茐模踔镣ㄟ^(guò)本 地操作更換機(jī)器的軟硬件。
[0005] 感知網(wǎng)絡(luò)的傳輸與信息安全問(wèn)題。感知節(jié)點(diǎn)通常情況下功能簡(jiǎn)單（如自動(dòng)溫度 計(jì)）、攜帶能量少（使用電池），使得它們無(wú)法擁有復(fù)雜的安全保護(hù)能力，而感知網(wǎng)絡(luò)多種多 樣，從溫度測(cè)量到水文監(jiān)控、從道路導(dǎo)航到自動(dòng)控制，它們的數(shù)據(jù)傳輸和消息也沒(méi)有特定的 標(biāo)準(zhǔn)，所以沒(méi)法提供統(tǒng)一的安全保護(hù)體系。
[0006] 二、核心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔踩珕?wèn)題。核心網(wǎng)絡(luò)通常都具有相對(duì)完整的安全保 護(hù)能力，但是由于物聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，且以集群方式存在，因此會(huì)導(dǎo)致在數(shù)據(jù)傳播時(shí)由 于大量機(jī)器的數(shù)據(jù)發(fā)送使網(wǎng)絡(luò)擁塞，產(chǎn)生拒絕服務(wù)攻擊。此外，現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的安全架構(gòu)都 是從滿足人的通信需求的角度設(shè)計(jì)的，并不適用于機(jī)器間的通信，使用現(xiàn)有安全機(jī)制會(huì)割 裂物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器間的邏輯關(guān)系。
[0007] 如圖1所示的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全測(cè)評(píng)框架，該框架可以對(duì)物理設(shè)備與環(huán)境、感知層 信息采集點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)層涉及的安全協(xié)議以及應(yīng)用層各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行安全測(cè)評(píng)，進(jìn)而對(duì)整個(gè)系統(tǒng) 進(jìn)行測(cè)評(píng)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。它由物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)模塊、檢測(cè)模塊、測(cè)評(píng)模塊以及物聯(lián)網(wǎng)安全測(cè)評(píng)體系 構(gòu)成。其中物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)分為三層，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、應(yīng)用層。通過(guò)對(duì)每一層設(shè)置 的檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行模型驗(yàn)證或者測(cè)試得到一組測(cè)試值，基于測(cè)試值對(duì)每一層進(jìn)行安全測(cè)評(píng)，綜 合三層的測(cè)評(píng)結(jié)果構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)安全測(cè)評(píng)體系。每一層具體的構(gòu)成及主要測(cè)試點(diǎn)如下：
[0008] 現(xiàn)有的研宄成果都是針對(duì)某一個(gè)特定攻擊進(jìn)行建模、檢測(cè)，沒(méi)有全面地針對(duì)多種 可能的攻擊進(jìn)行漏洞分析和檢測(cè)。物聯(lián)網(wǎng)的安全問(wèn)題并沒(méi)有得到很好的解決，這就導(dǎo)致了 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性不夠，其安全機(jī)制、規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)在業(yè)界尚屬空白，為此， 研宄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全問(wèn)題，制定確保物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的安全機(jī)制與測(cè)評(píng)體系以 及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估規(guī)范，建立專業(yè)化物聯(lián)網(wǎng)安全服務(wù)平臺(tái)和隊(duì)伍，對(duì)保障和促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)健康 發(fā)展有重要意義和作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于漏洞攻擊的自組織網(wǎng) 絡(luò)協(xié)議安全分析方法，檢測(cè)自組織網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)在通信過(guò)程中是否存在攻擊，若存在攻擊，檢 測(cè)到攻擊的類型；結(jié)合攻擊類型針對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò)這兩種常用路由協(xié)議進(jìn)行流程分析，并通 過(guò)攻擊漏洞對(duì)攻擊類型進(jìn)行檢測(cè)。
[0010] 本發(fā)明提出了一種基于漏洞攻擊的自組織網(wǎng)絡(luò)協(xié)議安全分析方法，該方法包括以 下步驟：
[0011] 通過(guò)分析路由協(xié)議，針對(duì)節(jié)點(diǎn)在該路由協(xié)議下組網(wǎng)和數(shù)據(jù)交換時(shí)的行為和狀態(tài)， 尋找漏洞和攻擊點(diǎn)；同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)包檢測(cè)，最終分析出是否存在的攻擊類型，其中包括偽 造源地址攻擊、偽造轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)攻擊、發(fā)送Error包攻擊和篡改路由跳數(shù)攻擊，共四種攻擊類 型。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明。本發(fā)明以檢測(cè)路由協(xié)議攻擊為目的，通過(guò)分析常用路由 協(xié)議，針對(duì)節(jié)點(diǎn)在組網(wǎng)和通信過(guò)程中的行為和狀態(tài)，確定路由協(xié)議的漏洞。預(yù)期的有益效果 包括：
[0013] 1、針對(duì)常用路由協(xié)議，分析出可能存在的漏洞。
[0014] 2、針對(duì)這些漏洞，確定檢測(cè)方法，以便可以將存在的惡意節(jié)點(diǎn)的序號(hào)獲取到；繼而 針對(duì)漏洞可能的攻擊進(jìn)行檢測(cè)，在一次檢測(cè)中，可針對(duì)不同的檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行排查。
[0015] 3、以檢測(cè)該自組織網(wǎng)絡(luò)中是否存在惡意節(jié)點(diǎn)，并準(zhǔn)確的找到惡意節(jié)點(diǎn)的序號(hào)。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為物聯(lián)網(wǎng)安全測(cè)評(píng)框架
[0017] 圖2為請(qǐng)求包數(shù)據(jù)格式示意圖；
[0018] 圖3為響應(yīng)包數(shù)據(jù)格式示意圖；
[0019] 圖4為錯(cuò)誤包數(shù)據(jù)格式示意圖；
[0020] 圖5為攻擊場(chǎng)景一不意圖；
[0021] 圖6為攻擊場(chǎng)景二示意圖；
[0022] 圖7為路由的建立示意圖；
[0023] 圖8為檢測(cè)偽造source地址漏洞流程圖；
[0024] 圖9為檢測(cè)偽造轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)漏洞流程圖；
[0025] 圖10為檢測(cè)發(fā)送Error包攻擊漏洞的流程圖；
[0026] 圖11為檢測(cè)篡改路由跳數(shù)攻擊漏洞的流程圖；
[0027] 圖12為偽造源地址攻擊數(shù)據(jù)顯示結(jié)果示意圖；
[0028] 圖13為偽造源地址攻擊檢測(cè)結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 本發(fā)明所選角度不同，并非針對(duì)某一特定攻擊進(jìn)行分析、建模，而是針對(duì)路由協(xié)議 本身，分析節(jié)點(diǎn)在組網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信過(guò)程中路由協(xié)議本身的漏洞和缺陷。針對(duì)它的漏洞和可能 的攻擊點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，因此可以檢測(cè)到可能存在的多種攻擊。
[0030] 本發(fā)明針對(duì)圖1中網(wǎng)絡(luò)傳輸層的自組織網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)議分析和漏洞檢測(cè)。分析了兩 種常用的路由協(xié)議：AODV和TreeCollection協(xié)議。針對(duì)節(jié)點(diǎn)在這兩種路由協(xié)議下組網(wǎng)和 數(shù)據(jù)交換時(shí)的行為和狀態(tài)，尋找漏洞和攻擊點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)包檢測(cè)，最終分析出是否存在 攻擊，若存在，則分析出攻擊類型，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性和合理性。
[0031] 以下結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0032] 本發(fā)明通過(guò)分析AODV路由協(xié)議，針對(duì)節(jié)點(diǎn)在該路由協(xié)議下組網(wǎng)和數(shù)據(jù)交換時(shí)的 行為和狀態(tài)，尋找漏洞和攻擊點(diǎn)。同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)包檢測(cè)，最終分析出是否存在的攻擊類型， 并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該方法的有效性和合理性。具體流程介紹如下：
[0033] 一、AODV包的數(shù)據(jù)格式
[0034] AODV常用的有三種包：請(qǐng)求包（RREQ)、響應(yīng)包（RREP)和錯(cuò)誤包（RERR)，以下是這 三種包的數(shù)據(jù)格式示意圖，即：如圖2所示的請(qǐng)求包格式、如圖3所示的響應(yīng)包格式以及如 圖4所示的錯(cuò)誤包格式。
[0035] 二、AODV路由協(xié)議缺陷
[0036] AODV路由協(xié)議由于缺少安全機(jī)制，很容易受到惡意節(jié)點(diǎn)攻擊。最容易受到中間人 攻擊和虛假路由攻擊。原因一：缺少防篡改機(jī)制。中間節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，數(shù)據(jù)包中的目 的地址、源地址、跳數(shù)、序列號(hào)由中間節(jié)點(diǎn)賦值，在此過(guò)程中沒(méi)有防篡改機(jī)制。原因二：收到 轉(zhuǎn)發(fā)包的節(jié)點(diǎn)沒(méi)有檢測(cè)和判斷該包是否被修改的能力。綜上所述，AODV路由協(xié)議容易被惡 意節(jié)點(diǎn)篡改包里某字段的內(nèi)容，達(dá)到攻擊的目的。
[0037] 設(shè)計(jì)如圖5所示的攻擊場(chǎng)景一。假設(shè)圖5的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中只有節(jié)點(diǎn)3為惡意 節(jié)點(diǎn)，其余均為正常節(jié)點(diǎn)。
[0042] 節(jié)點(diǎn)1要與節(jié)點(diǎn)2建立路由路徑：首先，節(jié)點(diǎn)1向周圍廣播請(qǐng)求數(shù)據(jù)包（RREQ)，惡 意節(jié)點(diǎn)3收到廣播包后，將數(shù)據(jù)包中的源地址改為自己的地址，然后進(jìn)行廣播；最后，導(dǎo)致 響應(yīng)包（RREP)轉(zhuǎn)發(fā)到節(jié)點(diǎn)3就停止了轉(zhuǎn)發(fā)，節(jié)點(diǎn)2收不到來(lái)自節(jié)點(diǎn)3的RREP，干擾了節(jié)點(diǎn) 1與節(jié)點(diǎn)2正常路由路徑的建立。
[0043]設(shè)計(jì)如圖6所示的攻擊場(chǎng)景二。假設(shè)圖6的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中只有節(jié)點(diǎn)4為惡意 節(jié)點(diǎn)，其余均為正常節(jié)點(diǎn)。
[0050]如圖7所示，惡意節(jié)點(diǎn)4減小RREP2中跳數(shù)信息，使得節(jié)點(diǎn)1誤認(rèn)為節(jié)點(diǎn)2是節(jié)點(diǎn) 4的鄰居節(jié)點(diǎn)，從而使得建立起來(lái)的通信路徑中包含惡意節(jié)點(diǎn)4。而惡意節(jié)點(diǎn)4再結(jié)合其他 攻擊方式，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的通信造成更嚴(yán)重的破壞。