[IT-Security-1] DNS security

 DNS security

Notes from RWTH Aachen University course 
“IT security 1” Wintersemester 2019/20
professor: Meyer, Ulrike Michaela

• Domain Name System
• 為了將有意義、架構性的 Domain Name 對應到 IP 位址
• 由許多DNS server組成
• DNS server可以被applications query
• root 沒有名字
• domain 命名/控制/授權 subdomain

• Zones
• 跟 Domain 不同，Zones 的 Child 不一定屬於同個 Zone
• 每個 Zone 有部分 Domain name tree 及有這個 zone 的資訊的 name server
• 每個 Zone 的 authoritative name server 都有存 zone file

• Resource Records
  • 每個 Domain name 都有一組相關的 resource records
  • 記錄對應的 “A” type: IPv4 位址/ “AAAA”: IPv6…
• Recursive queries
• 被 queried 的 name server 一定要回答問題，不能指向其他 name server

• Iterative queries
• 被 queried 的 name server 可以回覆適當的 NS type 的 RR 或 A type 的 RR 指向其他 name server

• DNS security goal
  • 正確
  • 可用
• DNS 攻擊
• Cache poisoning
• redirect
• 網站不存在
• 早期的Cache poisoning:
• 加入多的type “A” RR，則DNS回傳時會回傳兩個IP位址
• 此方法已不可能
• Bailiwik rule: 授權的 name server 只會回傳 subdomain 的網址

• 新Cache poisoning:
• 需要偽造IP位址
• 且在正確的IP位址回傳前，送出

• 隨機的 Query ID 可以阻止Cache poisoning
  • 若攻擊者可以預測 Query ID則還是可以攻擊
• resolvers 可以檢查 query ID, IP address, source port
• 攻擊者須偽造 query ID, IP address, source port 才可攻擊，且要比真的 name server 快
• 偽造一個 query ID: Birthday Attack
• \(k\) 次猜測保證有 \(P\) 的機率猜到一 16 bit 的 query ID

• \(P\)	\(k\)
  \(P\approx 1-e^{-\frac{k}{N}}\)	\(k\approx ln(\frac{1}{1-P})N\)

  \(N=65535, P=99\%,\text{ then }k =4.6\times N\)
• 但如果攻擊者可以使 resolving DNS server 傳送 \(k\) 個隨機 query IDs，且攻擊者送出相等的 query IDs 猜測，至少有一個 query ID 命中

  從 \(k\) 個裡面猜 \(k\) 次

• \(P\)
  \(P\approx 1-\frac{(N-k)}{N}^k\)

  \(P=99\%,\text{ then }k\approx 388\)

  攻擊者一次送出 \(388\) 次query IDs
  在真的response抵達之前，成功機率是\(99\%\)

• 如果真的response比假的IP address先抵達，則會被存在 cache 中，要等到此IP address的TTL到期才有辦法再攻擊

• Kaminsky Attack
• 用假的subdomain進行 query
  • 1.g.cn
  • 2.g.cn
  • …
  • x.g.cn
• 不用等到正確的TTL到期就可再攻擊

• 隨機Source port
  • 攻擊者須猜中 query ID 和 source port
  • 減緩 Kaminsky Attack
• 作業系統(stub-resolver)也是poinsoning的攻擊對象
  • malware攻擊
  • 若與攻擊者在同個network中，有辦法擷取DNS query
• 用 IPsec/TLS 增加DNS安全
  • 偵測偽造的IP address
  • 無法用 cache poisoning 攻擊
    • 無法cache
    • 須建立IPsec的associations/ TLS的handshaking
    • DoS攻擊
• DNSsec
  • 用簽章增加resource record的授權
  • 分配公鑰

  不提供機密性和access control

• Zone signing key(ZSK)
  • 對一個zone中的DNS RRsets簽章
  • 可以時常更換(zone可自己更換)
• key signing key(KSK)
  • 對DNSKEY RR簽章，包含ZSK
  • zone的信任起源
  • 需被parent zone信任
• 若Data被ZSK簽章，在zone裡可被信任
• 若ZSK被KSK簽章，ZSK可被信任

• 若找不到 domain names (NXDOMAIN) 則回傳新的RR type NSEC
• 

• 最接近的下一個domain name (字典序)
  • 缺點：replaying NSEC entry
    透露其他合法domain name資訊
  • 解法：動態生成並簽章NSEC
  • 解法2：NSEC3
    把所有存在的domain name用hash
    用hash value排序
    回傳query的hash值和下個hash值
• DNS的DDoS攻擊
  • 多個IP對同一台DNS server攻擊
• 偽造 DNS information
  • 更改 name server 資料
• DoS 攻擊
• 用 DNS 當 command 或 data extraction channel
• 擷取資料給DNS server

Readings

Allan Liska and Geoffrey Stowe: “DNS Security: Defending the Domain Name System”, Elsevier 2016

DNS in general

    Chapter 2.1 of Andrew Tanenbaum’s “Computer Networks

RFCs

    RFC 1034: Domain Names – Concepts and Facilities

    RFC 1035: Domain Names – Implementation and Specification

    RFC 4033: DNS Security Introduction and Requirements

    RFC 4034: Resource Records for the DNS Security Extensions

    RFC 4035: Protocol Modifications for the DNS Security Extensions