Strategie zur Verfolgung einzelner IP-Pakete zur Datenflussanalyse

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1 Strategie zur Verfolgung einzelner IP-Pakete zur Datenflussanalyse Peter Hillmann Institut für Technische Informatik Fakultät für Informatik Peter Hillmann 1

2 Gliederung 1. Motivation 2. Anforderungen 3. Neuer Ansatz: Tracemax 4. Evaluation 5. Zusammenfassung Peter Hillmann 3

3 1. Motivation Steigende Anzahl und Qualität von Angriffen auf IT-Systeme Angriffe im Kollektiv Mehrere Quellen und Angreifer (z. B. DDoS) Peter Hillmann 4

4 1. Problemstellung Adäquate Abwehr notwendig Verursacher lokalisieren Eindeutige, beweisbare Identifizierung des Angreifers Genaue (Rück-) Verfolgung Peter Hillmann 5

5 1. Anwendungsgebiet Ziel: Verfolgung einzelner IP Pakete Identifizierung des Netzpfades Annahmen Dynamische Änderung von Routen Verlust von Datenpaketen und Veränderung der Reihenfolge Angreifer kann beliebige Datenpakete erzeugen (Fälschen von Headern) Weitere Anwendungsgebiete: Verbesserte Angriffserkennung, Zusatzinformationen für IDS/IPS Erkennung von Covert Channels Zonen Routing, Load-Balancing Netzanalysen, Routing-Anomalien Peter Hillmann 6

6 2. Anforderungen Einzelpaketverfolgung Differenzieren von mehreren Angreifern Schnelle Pfadrekonstruktion Kurze Angriffserkennungszeit Präventiv einsetzbare Maßnahme Geringe zusätzliche Netzlast (Effizienz, Kosten) Paketverfolgung über mehr als 50 Hops Tracert: UniBwM - Tor Project >18 Hops Prognose 2011 [1]: Höchste Anzahl von Hops 56 [1] David Chinnery and Ben Horowitz. A Network Hub Architecture in 2011 Peter Hillmann 7

7 2. Stand der Wissenschaft ICMP (Internet Control Message Protocol) Router Stamping (Deterministisch, Probabilistisch) Markierung im Option Field des IP Headers Max. 9 Hops oder mehrere Pakete zur Pfadrekonstruktion Packet Marking (Node und Edge Sampling) Markierung am Ende des Payloads Fehler beim Empfänger, erhöhte Netzlast Link Testing (Input Debugging und Controlled Flodding) Verursacht hohe Netzlast Erfordert anhaltenden Angriff Peter Hillmann 8

8 3. Neuer Ansatz: Tracemax Initiierung Anfrage an ISP zur Paketverfolgung über Service-Interface Aktivierung der Paketverfolgungsstrategie Tracemax: Vorabplanung und Konfiguration Markierungsschema Pfadrekonstruktion Markierung der Pakete auf dem Pfad Wo können Informationen gespeichert werden? Wie können Informationen entsprechend komprimiert werden? Peter Hillmann 9

9 3. Tracemax: ID Zuweisung Jeder physische Port einer Netzkomponente erhält eine eigene ID Orientierung an der Portnummer IDs werden vorab vergeben IDs sind nicht zwingend im ganzen System eindeutig Peter Hillmann 10

10 3. Tracemax: Falsche ID Zuweisung Zwei verschiedene Nachbarknoten eines betrachteten Knoten haben unterschiedliche IDs auf eingehenden Verbindungen Lösung: Inkrementieren einer ID auf nächst freie ID Peter Hillmann 11

11 3. Tracemax: Markierungsschema ID <= 6 Bits Kleiner als IP-Adressen (32 Bit) Exakte Größe ist situationsabhängig Es lassen sich viele IDs in das Option Field speichern Markierung im Option Field des IP-Headers (max 40 Byte) Keine störenden Nebeneffekte Markierung eines Paketes vor der Weitergabe mit ID des Ausgangs-Interfaces Peter Hillmann 12

12 3. Tracemax: Rekonstruktion Empfänger: Extraktion der IDs aus dem Header Letzter markierter Knoten muss bekannt sein (Empfänger oder IP Adresse des Endpunktes vermerken) Reihenfolge definiert die passierten Netzknoten Korrelation der ID Sequenz mit der Netzinfrastruktur Ermittlung des Pfades rückwärts Beispiel ID Sequenz: Peter Hillmann 13

13 3. Tracemax: Weiteres Löschung des Option Field bei Eingang ins Tracemax Netz Speicherplatz für die IDs Option Type mit variabler Länge (8 Bit + 8 Bit): 1 Bit Copy Flag (Fragmentierung) 2 Bits Option Class (Control, Debug, Measurement = 10 2 ) 5 Bits Option Number (Unassigned number) 8 Bits Length (max. Wert ) Einhaltung der Formatierung ist notwendig Fehlerhaft geformte Pakete Verwechslung mit anderen Option Parameter (einige werden geblockt) Loses Sender-Routing Striktes Sender-Routing Peter Hillmann 14

14 4. Evaluation Prototypische Implementierung mittels Scapy in Python Virtualisierte Testumgebung Wireshark zur Paketaufzeichnung Peter Hillmann 15

15 5. Zusammenfassung Tracemax Verfolgung einzelner Pakete Paketverfolgung über viele Hops und lange Pfade Kein Nebeneffekt auf Nutzdaten Einfach realisierbar, präventiv einsetzbar Keine Veröffentlichung von Informationen über Netztopologie Geringe zusätzliche Netzlast, gute Skalierbarkeit Identifizierung von mehreren Sendern und variierenden Routen Ausblick Flexibilisieren der flächendeckenden Konfiguration Analyse des Verhaltens bei konkurrierenden Anwendungen bzgl. des Option Field Einreichung als RFC IPv6 Peter Hillmann 16

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Peter Hillmann 17

17 Vergleich der Strategien Peter Hillmann 18

18 Tracemax: Überbrücken von Hops Peter Hillmann 19

19 Tracemax: Vereinfachte IDs Nur jede Netzkomponente erhält eine ID Oft größere ID Nummern notwendig Eindeutige Pfadrekonstruktion problematischer bei nicht markierenden Netzkomponenten Peter Hillmann 20

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