忘记以前在那儿看到的了，因为最近和朋友谈及此话题，故贴到网上以做参考。
－－剑胆琴心
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"Half of the work that is done is this world,
is to make things appear what they are not."
-- Elias Root Beadle
摘要
这个文档从PERL编程的角度讨论操作系统探测的理论和实践。深入的讨论了
远程操作系统探测的方法和概念，并用PERL实现。
I. 介绍
几年来，许多关于如何确定一个远程主机上运行的操作系统的方法和技术被
公布出来。因为这些操作系统探测方法依赖于特定的因素，而这些因素并不
总是存在的，所以这些操作系统的探测并不能保证１００％的准确性。
II. 基本的操作系统探测方法
在涉及到高级的操作系统探测概念之前，我要简要介绍一下几种其他几种探
测远程主机操作系统的方法。这些方法可能是很老，但它们可以使我们完成
探测。
(1) 抓取telnet标识
我想这很容易理解。比如说你连接到远程主机的上telnetd ，就可以看到登
录的时候telnet打出了什么标识。 :)
(2) 抓取FTP标识
和telnet的概念一样，只要针对ftpd而不是telnetd。
(3) http的head方法
你可以通过检查web服务器(httpd)的方法来确定目标上运行的操作系统。比
如Web是Microsoft-IIS，那么操作系统基本上就是WindowsNT/2k了。
好了，我想已经基本上总结了现今的几种基本的操作系统的探测方法了。
III. 远程操作系统探测和方式路径追踪概念
有许多种技术用来探测一个主机的操作系统。这个文档讨论了以下四种：
* telnetd 指纹：
依靠telnet会话协商和选项。
* identd 指纹：
依靠identd/auth (113)是否打开。
* TCP 协议堆指纹：
依靠数据包中的Window，TTL，ToS和DF等参数。
* Queso 指纹:
依靠数据包中的Window，Seq，Ack_seq等参数。
依靠各种 IP/TCP 头标记。
* 被动指纹：
与TCP 协议堆指纹很接近。
依靠Window，TTL，ToS和DF等参数。
依靠网络流量。
在以下的几节中我将深入的讨论上面提到的几种方法。
一些术语：
* Window：TCP包中的窗口值，在未收到确认的情况下包中所能发送的最大
数据量。
* TTL：存活时间，一个包在被丢弃之前所能通过的最大节点数。
* ToS：服务的类型
* DF：不分片标记位
* MSS：最大的段大小
这些因素可以被用来决定一个远程机器上运行了什么操作系统。依靠所有以
上这些标记的组合，与一个标记数据库进行比对就可以猜测出操作系统。下
面是一个入站连接的tcpdump片断：
00:44:09.194998 eth0 < 203.9.66.52.www > my.ip.com.domain:
S 2006693595:2006693595(0) ack 1 win 9112 <mss 536> (DF)
(ttl 232, id 25119)
我们忽略包中的一些其他信息，可以得到下面的东西：
+-> 设备 +-> 目的地址 +-> 不分片位
| | |
eth0 < 203.9.66.52.www > my.ip.com.domain: win 9112 (DF) (ttl 232)
| | |
+-> 源地址 | +-> 存活时间值
|
+-> TCP 窗口值
Tcpdump 收集了包中的以下信息：
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
+ 目的地址 : my.ip.com +
+ 目的端口 : domain (53) +
+ 源地址 : 203.9.66.52 (www.sun.com.au) +
+ 源端口 : www (80) +
+ 窗口值 : 9112 (0x2398) +
+ 存活时间值 : 232 +
+ 服务类型值 : 0 +
+ 不分片位 : ON +
+ 最大片断值 : 536 +
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
从窗口值看可能是一个Solaris机器。存活时间值和服务类型值看也符合Solaris
系统的特征。Solaris系统的默认存活时间值是２５５，在数据包沿它的路径到达
目标地址的过程中，经过一定数量的节点，存活时间值可能会减到２３２。
一点有关窗口值的小说明：
一般来说，一个高的窗口值意味着是一个ＵＮＩＸ机器，而一个低的窗口值
则很可能是一个windows机器，路由器，交换机等....
下面的traceroute证实了我们存活时间值接近255的猜测：
1 my.ip.com (127.0.0.1) 148.010 ms 138.609 ms 118.812 ms
2 ??.kpnbelgium.be (194.119.225.185) 129.111 ms 138.566 ms 118.877 ms
3 ??.kpnbelgium.be (194.119.228.161) 119.008 ms 119.300 ms 128.546 ms
...
...
20 fddi0-0.chw1.sydney.telstra.net (139.130.36.227) 509.930 ms 519.879 ms
509.941 ms
21 sunmi1.lnk.telstra.net (139.130.37.142) 538.911 ms !X 509.879 ms !X
549.903 ms !X
节点21是我们进出internet的最后节点，那个 !X 信号意思是通讯出于管理
目的被禁止的意思。
我们的存活时间值 : 232
节点数 : 21
+ ---
总存活时间值 : 253
到达Solaris系统默认的存活时间值２５５，少了两个节点，所以我们知道了
在节点21后还有两个节点。第一个为位于内网的网际互联设备，第二个就是
目标主机(203.9.66.52)，它有Solaris系统的存活时间值２５５。现在我们
可以说（以相当的肯定程序上）说203.9.66.52是一个Solaris机器。
远程主机的路径追踪对操作系统的指纹来说是一个很重要的问题。一个数据
包所走过的路径可明显地决定操作系统指纹的匹配。所以，对这些存活时间
上区别做些缓冲有很大用处。
IV. 用Perl实现远程系统的探测的方法
1. Telnetd 会话协商(TSN)和Telnet选项。
这项技术涉及到远程系统上运行的telnetd，允许你去连接。当与telnetd的
socket连接初始化完成后，我们执行sysread()操作来收集telnet会话的协商
指纹信息。这个指纹看起来会是这样的：
Linux <= 2.2.16 : �齘X�?�?�?
为了使用telnet守护进程来确定操作系统，我们需要知道在telnet.h中定义
的TELOPT（Telnet选项）的顺序。除了个别例处，每个操作系统有它自己的
顺序。
一旦我们得到我们的指纹信息，我们必须首先把它转换为十进制的数（１－
２５５），然后各自地把十进制值和它相应的TELOPT值想匹配。
Ascii 值 : �齘X�?�?�?
十进制值 : 255 253 24 255 253 32 255 253 35 255 253 39
Telopts 值 : IAC DO TELOPT_TTYPE IAC DO TELOPT_LINEMODE IAC DO TELOPT_XDISPLOC IAC DO
TELOPT_NEW_ENVIRON
虽然这些TELOPT值可以在 /usr/include/arpa/telnet.h 中找到，但我也把
它们放到了下面，这样如果你想做一些 telnetd指纹检查的时候可以用到：
/* telnet protocol definitions */
255 IAC /* interpret as command: */
254 DONT /* you are not to use option */
253 DO /* please, you use option */
252 WONT /* I won't use option */
251 WILL /* I will use option */
250 SB /* interpret as subnegotiation */
249 GA /* you may reverse the line */
248 EL /* erase the current line */
247 EC /* erase the current character */
246 AYT /* are you there */
245 AO /* abort output--but let prog finish */
244 IP /* interrupt process--permanently */
243 BREAK /* break */
242 DM /* data mark--for connect. cleaning */
241 NOP /* nop */
240 SE /* end sub negotiation */
239 EOR /* end of record (transparent mode) */
238 ABORT /* Abort process */
237 SUSP /* Suspend process */
236 xEOF /* End of file: EOF is already used... */
/* telnet options */
0 TELOPT_BINARY /* 8-bit data path */
1 TELOPT_ECHO /* echo */
2 TELOPT_RCP /* prepare to reconnect */
3 TELOPT_SGA /* suppress go ahead */
4 TELOPT_NAMS /* approximate message size */
5 TELOPT_STATUS /* give status */
6 TELOPT_TM /* timing mark */
7 TELOPT_RCTE /* remote controlled transmission and echo */
8 TELOPT_NAOL /* negotiate about output line width */
9 TELOPT_NAOP /* negotiate about output page size */
10 TELOPT_NAOCRD /* negotiate about CR disposition */
11 TELOPT_NAOHTS /* negotiate about horizontal tabstops */
12 TELOPT_NAOHTD /* negotiate about horizontal tab disposition */
13 TELOPT_NAOFFD /* negotiate about formfeed disposition */
14 TELOPT_NAOVTS /* negotiate about vertical tab stops */
15 TELOPT_NAOVTD /* negotiate about vertical tab disposition */
16 TELOPT_NAOLFD /* negotiate about output LF disposition */
17 TELOPT_XASCII /* extended ascii character set */
18 TELOPT_LOGOUT /* force logout */
19 TELOPT_BM /* byte macro */
20 TELOPT_DET /* data entry terminal */
21 TELOPT_SUPDUP /* supdup protocol */
22 TELOPT_SUPDUPOUTPUT /* supdup output */
23 TELOPT_SNDLOC /* send location */
24 TELOPT_TTYPE /* terminal type */
25 TELOPT_EOR /* end of record */
26 TELOPT_TUID /* TACACS user identification */
27 TELOPT_OUTMRK /* output marking */
28 TELOPT_TTYLOC /* terminal location number */
29 TELOPT_3270REGIME /* 3270 regime */
30 TELOPT_X3PAD /* X.3 PAD */
31 TELOPT_NAWS /* window size */
32 TELOPT_TSPEED /* terminal speed */
33 TELOPT_LFLOW /* remote flow control */
34 TELOPT_LINEMODE /* Linemode option */
35 TELOPT_XDISPLOC /* X Display location */
36 TELOPT_OLD_ENVIRON /* Old - Environmental variables */
37 TELOPT_AUTHENTICATION /* Authenticate */
38 TELOPT_ENCRYPT /* Encryption option */
39 TELOPT_NEW_ENVIRON /* New - Environmental variables */
255 TELOPT_EXOPL /* extended options list */
当对telnetd 进行指纹探测的时候，应该记住这些检测非常依赖于在主机上
默认的telnetd安装方式。如果你不是在Linux机器上运行in.telnetd，那么
这种方法可能会使你觉得运行了别的操作系统而不是实际的运行的。
这是我telnetd指纹文件的一部份：
# daemon, daemon version, os, os version, architecture, fingerprint
# 3Com SuperStack_II Switch
,,3Com,,SuperStack_II Switch,�齘C,
# HP-UX B.10.20
,,HP-UX,B.10.20,HP 9000,�?,
# Linux 2.2.9
,,Linux,2.2.9,x86,�齘X�?�?�?,
# Cobalt Linux 3.0
,,Cobalt Linux,3.0,mips,�齘X�?�?�?,
在有些时候，用这种指纹探测方法我们可能碰上问题，几个操作系统可以有
相同类型的指纹，会使操作系统的区分变得困难。当然，有问题就会有解决
的方法。
除了只是对telnetd用sysread()收集信息，我们可以发送telnet选项给目标
主机，收集它的回应，与一个指纹数据库进行比对。通过发送诸如：
IAC/DO/DONT/WILL/WONT 的命令，我们就会对每个操作系统如何对命令作出
反应有一个清楚的认识，因而对可能的操作系统有一个比较准确的猜测。
进行TSN指纹探测的一个示例代码：
--cut--
#!/usr/bin/perl
#
# TSN fingerprint example (by f0bic)
# usage: ./tsn <host> (telnetd-port)
# It is also possible to check for the DONT's
# instead of for the DO's.
use Socket;
$h=$ARGV[0];
$p="23" unless $ARGV[1];
socket(S, PF_INET, SOCK_STREAM, 6);
$iaddr=inet_aton($h);$paddr=sockaddr_in($p,$iaddr);
if(connect(S, $paddr)) {
sysread(S, $fprint, 200); # gathering telnetd fingerprint
print "n[$h - connected]nnfingerprint: $fprintn";
@ords = split(//, $fprint);print "ordinal: ";
foreach $tval (@ords){print ord($tval);print " ";} # ordinal
print "nn";
} else {
print "$host: cant connect!nn";
}
--cut--
一旦你用tsn.pl得到了指纹信息，你就可以与一个数据库进行比对看看是不
是有成功的匹配。
---
优点：快，不需要超级用户权限
缺点：不太可靠，容易被记录
---
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
Telnet会话协商指纹工具：
1. Telnetfp
Author: palmers / teso
Download: http://teso.scene.at/releases/telnetfp_0.1.2.tar.gz
2. Prod-1.0
Author: f0bic / low-level
Download: http://www.low-level.net/f0bic/releases/prod-1.0/
Info: this is a perl implementation of the telnetd fingerprint
technique.
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
2. Identd 指纹探测
这种指纹探测需要远程主机运行identd服务而且我们可以连接它。通过与远
程主机上的守护进程建立连接，我们可以收集关于它的版本信息，通过与一
个指纹信息文件中的identd的类型，版本和编译日期等信息的比对就可以对
操作系统进行猜测。下面是一个例子，在里面对远程机器的identd服务器做
了一个连接：
::(ninja)-([f0bic]--[/sys])$ telnet www.chemie.fu-berlin.de 113
Trying 160.45.22.11...
Connected to ester.chemie.fu-berlin.de (160.45.22.11).
Escape character is '^]'.
VERSION
0 , 0 : X-VERSION : pidentd 3.0.7 for IRIX64 6.5 (Sep 15 1999 11:21:21)
参照RFC 1413，一个identd的回应的语法是这样的：
<port-on-server> , <port-on-client> : <resp-type> : <add-info>
在我们的例子里我们只是查询版本，所以显示的服务器与客户端的端口都为
0。返回的类型是X-VERSION，附加的信息是pidentd 3.0.7 for IRIX64 6.5
(Sep 15 1999 11:21:21)。这告诉我们远程的守护进程是pidentd版本是3.0.7
在IRIX64 6.5上运行，在Sep 15 1999 11:21:21编译。大多数identd的回应
信息不象IRIX那样显示那么多信息。下面的ident是一个FreeBSD 4.2-stable
的：
0 , 0 : X-VERSION : 2.8.5 (Compiled: 11:18:59 Oct 23 2000)
在上面的例子里，我们不能直接确定出远程机器上运行的是什么系统。然而
我们也不需要那么多信息，也可以通过比对版本和编译日期来确定出
FreeBSD 4.2-stable的。
---
优点：快，不需要超级用户权限。
缺点：不太可靠，容易被记录，运行需要认证
---
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
Identd 操作系统指纹工具：
ldistfp
Author scut / teso
Download: http://teso.scene.at/releases/ldistfp-0.1.2.tar.gz
identfp
Author: f0bic / lowlevel -- dethy / synnergy
Download: http://www.synnergy.net/Archives/Utilities/dethy/identfp.tar.gz
Info: this is a perl implementation of the identd fingerprint
technique.
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
3. 基于TCP协议栈的指纹推测
这个技术涉及数据包的处理，更可靠。因为我们需要构造数据包，所以需要
超级用户权限。我们必须用到SOCK_RAW (或者 Net::RawIP)，这种技术是象
下面描述的这样工作的：
+---------------+ SYN +-------------------+
| | ------------------------------> | |
| Source | | Destination |
| | <------------------------------ | |
+---------------+ SYN|ACK +-------------------+
|
|
|
+----------------------+
| Packet Information: |
|----------------------|
| |
| Source: <src-addr> |
| Src-Port: <src-port> |
| Dest.: <dst-addr> |
| Dst-Port: <dst-port> |
| |
|----------------------|
| |
| Window: <windowsize> |
| TTL: <TTL value> |
| ToS: <ToS value> |
| DF: <ON or OFF> |
| MSS: <MSS value> |
| |
+----------------------+
就象你上面看到的图示那样，我们收到了一个SYN|ACK回应，它暗示端口处
于监听状态。如果端口不是处于监听状态，我们将收到一个RST|ACK回应。
当我们收到一个SYN|ACK回应，在开始收集操作系统的指纹信息前就连续发
生了很多事情：
+---------+
| SYN|ACK |
+---------+
|
| +-------------------+
----> | <1> 收集信息 |
+-------------------+
|
| +--------------------+
---> | <2> 值匹配吗？是或否 |
+--------------------+
|
|
-------------------------------
| |
v v
+------------------------+ +------------------------+
| 是：继续匹配 | | 否：不能识别的指纹信息 |
+------------------------+ +------------------------+
|
|
v
+-----------------------+
| <3> 主机路径追踪依旧 |
| 匹配？是或否 |
+-----------------------+
|
| +---------------------+
|--> | 否：不能识别的指纹信息 |
| +---------------------+
|
| +---------------------+
|--> | 是：鉴别系统 |
+------------------- -+
<1> 信息收集
因为我们需要收集Window, TTL, DF的值，所以我们要先建立一个近似匹配的指纹
数据库。这个指纹数据库由缺省windowsizes, ttl值, tos值, 和DF(打开或关闭)
。为了适应这种格式，要建立一个能精确评估TCP Stack指纹是/否的树结构图表。
TSF数据文件的例子：
# os,version,architecture,window,ttl,tos,df
# DF - 1 for ON / 0 for OFF
AIX,4.2,,65535,64,0,1
AIX,3.0,,16384,64,0,1
Cisco IOS,11.3,Cisco Router,4128,255,16,1
Solaris,,x86,9112,255,0,1
Solaris,8,sparc,24656,64,0,1
<2> TCP Stack 值匹配
我们收集了这些值以后，要把这些值和数据库已知的指纹进行比较是否匹配。TTL
并不是一个常值，它依赖于包从源主机到目的主机经过的节点数。因此，我们将接
收这个匹配并且留下TTL匹配主机路径追踪检查。
我们将再用www.sun.com.au来做示范：）
# 从www.sun.com.au接收来的包信息
Window: 9112 / TTL: 232 / ToS: 0 / DF: ON
# Window, ToS, DF 都和Solaris操作系统相似，另一方面TTL值却依旧不可信，
# 因为不是正确的255。这是主机路径追踪的终点。
<3> 主机路径追踪 (HPP)
追踪包穿越的路径，我们可以确定大概正确的TTL值并且猜测大概操作系统。
当处理TTL值的时候有一个经验，从数据库取TTL的值并且让它位于它和之前
的TTL值加1。
+------------------------------------+
| TTL Value | TTL good match |
|------------------------------------|
| 32 | 0 - 32 |
| 64 | 33 - 64 |
| 128 | 65 - 128 |
| 255 | 129 - 255 |
+------------------------------------+
如果我们的TTL值在上面的表里，我们给出下列推测：
包的TTL值232位于TTL匹配值129－255，所以我们可以假设TTL在目标机器里可能是255，
给我们一个明确匹配：
x86 Solaris Operating System (Solaris,,x86,9112,255,0,1)
实际上，TTL的255值并不总是从129来的，因为那有126个节点，看起来不可行：） 但是这
却总是一个正确匹配的好经验。
下面是一些TSF的范例代码，我没有提供整个sock_raw连接，只是采指纹部分，可以在包里面发现它。如
果你希望知道怎样用Perl写SOCK_RAW连接，我强烈推荐你下载Net::RawIP（你一定需要它）然后看它的
"man"。
#!/usr/bin/perl
use Net::RawIP;
# here's where the SOCK_RAW connection goes.
# you can either use Socket w/ SOCK_RAW or use Net::RawIP.
#
# You can set whatever flags you want depending on which type
# of scan you want to perform. Just edit the syntax:)
#
# $packet->set({ ip => { saddr => $src, daddr => $daddr},
# tcp => { source => $sport, dest => $dport, syn => 1, psh => 1 } });
#
sub fingerprint_it {
$packet->bset(substr($_[2],$offset));
my ($tos, $ttl, $saddr, $desaddr, $soport, $deport, $windowsize) =
$packet->get( {ip => [qw(tos ttl saddr daddr)],
tcp => [qw(source dest window)]
});
if($windowsize) { # yay! we've got a window!!!
if($windowsize eq "9112") { # windowsize matching
if(($ttl <= "255") && ($ttl >= "129")) { # HPP TTL matching
$os="Solaris";
}
}
# here's where you can add some more OS matches
# ...
# ...
else {
print "nn Unknown Fingerprintnn";
exit(0);
}
}
print "nn-- Operating System Guess: $osnn";
}
你可以把所有的Window, TTL, ToS, DF的值读入到数组，把代码变的更简练、易懂。就象用"if"结构
显示采集指纹的工作。
---
优点：快，比TSN指纹更准确
缺点：需要超级用户权限
---
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
基于TCP Stack指纹的工具:
1. nmap
作者: Fyodor
下载: http://www.insecure.org/nmap
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
4. 基于多标记TCP Stack指纹 (Queso 方法).
比较基于TCP Stack指纹，Queso依靠7次检查而不是一次。当采Queso指纹时，将从源主机发送7个不同
标志的包到目标主机。下面是Queso指纹扫描类型的概念图：
+----------------+
| QueSO Concepts |
+-----------------------------------------------------+
| SEND | INFO |
|-----------------------------------------------------|
| | |
| SYN | Determine State of Port |
| | |
| SYN+ACK | SYN|ACK test |
| | |
| FIN | FIN test |
| | |
| FIN+ACK | FIN|ACK test |
| | |
| SYN+FIN | SYN|FIN test |
| | |
| PSH | PSH test |
| | |
| SYN+XXX+YYY | SYN|XXX|YYY test |
| | |
+-----------------------------------------------------+
测定端口状态
首先，一个SYN包发送去测定端口是否处于监听状态。如果是，我们将收到SYN|ACK，否则，我们将
收到RST|ACK回答。除了回答外，7个检查的每个方法都将测定seqnum, acknum, window是否在
包头出现。
头伪造
为了缩小大范围可能的操作系统，一个被发送到网上的Queso包(不管是SYN, SYN|ACK, FIN,...)
包含了伪造的IP和TCP头信息，而且附加信息里装入两个不常用的TCP标志(XXX和YYY)。TCP不常用
的标志，XXX和YYY分别使用在例子里，通常不要修改包的状态并且安全的和其它头的值保持协同。
下面是伪造的IP和TCP头的表，连同它的伪造值。这个表的包含信息在queso远程系统检测工具的
"tcpip.c"里定义。你可能需要修改它们的值来使他们符合要求，这取决于你用什么类型的指纹文件。
+-------------------+
| Forged IP Header |
|------------------------------------------+
| header length | 5 |
| ip version | 4 (IPv4) |
| tos | 0 |
| total length | 40 |
| offset | 0 |
| id | 31337 + <src-port> |
| ttl | 255 |
| source | <src-addr> |
| destination | <dest-addr> |
| ip checksum | variable |
| protocol | tcp |
+------------------------------------------+
+-------------------+
| Forged TCP Header |
|------------------------------------------+
| source port | <src-port> |
| destination port | <dest-port> |
| seq | variable |
| ack | 0 |
| ( x2_offset | 0x50 (80) ) |
| x2 (unused) | 0 unless x2_offset |
| offset | 5 unless x2_offset |
| flags | variable |
| tcp checksum | variable |
| window | 0x1234 (4660) |
| urgent pointer | 0 |
+------------------------------------------+
这些伪造的IP和TCP头是非常重要的准确测试的TCP标志。下面是一个对linux 2.0.35机器
的完全Queso扫描：(T1-7 == test1 到 test7)
T1 - SYN
+------------+ SYN +-------------------+
| | -----------------------------------> | |
| Source | | Destination |
| | <----------------------------------- | |
+------------+ SYN|ACK +-------------------+
|
+-------------------------+
| Packet Information: |
|-------------------------|
| |
| reply: SYN|ACK |
| seq: 1 (yes) |
| ack: 1 (yes) |
| window: 0x7FE0 (32736) |
+-------------------------+
| T1:SA:1:1:0x7FE0 |
+-------------------------+
T2 - SYN|ACK
+------------+ SYN|ACK +-------------------+
| | -----------------------------------> | |
| Source | | Destination |
| | <----------------------------------- | |
+------------+ RST +-------------------+
|
+-------------------------+
| Packet Information: |
|-------------------------|
| |
| reply: RST |
| seq: 0 (no) |
| ack: 0 (no) |
| wind
