两种基于HTTP的通用IDS躲避技术

作者：Daniel J. Roelker

概要:本文描述了两种可以基于HTTP协议的通用IDS躲避技术。这些技术包括旧式的HTTP躲避技术和新式的HTTP躲避技术。虽然躲避技术的类型不同，但它们都位于HTTP协议的请求URI部分，使用标准的HTTP/1.0和HTTP/1.1协议。请求URI地址中的躲避技术，通常与URL的编码有关系。对于Apache和IIS来说，存在多种合法的URL编码方式，文中会对每 一种编码进行解释，并给出具体的例子。

本文还会使用HTTP协议的属性来展示对抗IDS的HTTP IDS躲避技术。通过阅读本文，读者会了解HTTP IDS躲避技术的原理，并且能够使用这些通用的原则和例子，实现符合自己需要的HTTP IDS躲避。

索引术语: 计算机安全、超文本传输协议、入侵检测、网络扫描

I．介绍

自从Rain Forest Puppy（RFP）的网络扫描器whisker首次公布于众以来［1］，HTTP IDS躲避技术已经逐渐流行。原先许多的HTTP IDS技术，都是从whisker的第一个版本出现的，包括简单的使用多个“/”的混淆目录技术，也包括更复杂的 － 在URL里插入“HTTP/1.0”以躲避那些搜索URL地址的IDS算法。

除了whisker中出现的躲避技术，还有其他类型的HTTP混淆方法。其中的一个混淆URL的方法就是使用绝对URI与相对URI［2］。虽然这些方法很有趣，但是都不如whisker扫描中使用的方法常见。

下一个流行的躲避方法也是RFP发布的，利用了微软互联网信息服务器（IIS）的UTF-8 unicode解码漏洞［3］。虽然是IIS的一个严重漏洞，它同时也给出了一个IDS未曾实现的URL编码方法。目前为止，大部分IDS仍然只是关注以前whisker的ASCII编码与目录遍历躲避技术，对Unicode的UTF-8编码却没有相应的保护。Eric Hacker对这种类型的HTTP IDS躲避技术，写了一篇非常专业的文章［4］。本文也会对Hacker文中的一些观点分析并解释。我们将继续Hacker的观点并深入了解：这些编码到底意味着什么，怎样才能造出更奇怪的编码。

本文介绍的其他种类的HTTP IDS躲避技术，使用了HTTP协议的属性。其中之一就是请求管道，以及使用内容编码头并将HTTP请求的参数放置到请求负载中的技术。

II．IDS HTTP协议分析

为了能够识别URL攻击，IDS必须检查HTTP的URL字段，看是否有恶意内容。两种最流行的IDS检测方法 － 模式匹配和协议分析 － 都需要检测URL中是否含有恶意内容（通过某种形式的模式匹配或者HTTP协议分析）。

两种方法的不同之处取决于你的目的，协议分析法只搜索HTTP流URL字段部分的恶意内容，而模式匹配法的搜索范围是整个数据包。

这两种方法在处理恶意URL之前的行为是类似的。之后，协议分析法只需要对URL字段添加合适的解码算法即可（它已经有内建的HTTP协议解码引擎）。而模式匹配算法并不知道需要对包的哪一部分正常化，因此需要与某种形式的协议分析相结合，找到相应的URL字段，才能使用相应的解码算法。某种形式的HTTP协议分析被添加到模式匹配法中，之后两者又行为类似了。

由于这些IDS方法的类似性，本文讨论的HTTP IDS躲避方法适用于各种类型的IDS。

第一种通用的IDS躲避方法是无效协议解析。举个例子，如果HTTP URL没有被正确发现，那么恶意URL就不能被检查出来，原因是：IDS没有发现URL，就不能对URL进行解码。

如果URL是正确的，IDS必须知道正确的解码算法，否则，仍然不能得到正确的URL。这就是第二种IDS躲避技术 － 无效协议字段解码。

A. 无效协议解析

使用无效协议解析IDS躲避技术，在RFP的whisker［1］和Bob Graham的SideStep［5］中给出了很多例子。这两个程序的区别在于：whisker使用了有缺陷的IDS协议解析来躲避检查，而SideStep使用正常的网络层协议来躲避IDS的协议解码器。

这种情况下，无效协议解析的躲避技术，对于HTTP协议的两个字段URL和URL参数是非常有效的。

例如：如果IDS的HTTP解码器假设每个请求包只有一个URL，那么一个包里包含两个URL，IDS就不能对第二个URL正确解析。这种技术在请求管道躲避技术中还会提到。

B．无效协议段解码

无效协议段解码可以测试IDS是否能够处理特定协议段的各种类型的解码。

如果是HTTP，主要的目标就是URL字段。对于IDS，需要测试它与HTTP RFC编码标准的符合程度，还要看是否能支持特定Web服务器的编码类型（例如IIS）。如果IDS不能对某种URL编码进行正确解码，攻击者就能利用该编码跳过对恶意URL的检测。

另一个HTTP无效协议段编码，是通过目录混淆，操纵目录属性来实现的。例如：对于/cgi-bin/phf，可以使用多个“/”而不是一个“/”来改变目录的“外貌”，或者使用目录遍历来混淆目录路径。需要注意的是，只有当IDS共同查找目录和文件时，目录混淆才能隐藏恶意URL。对于“/cgi-bin/phf”来说，如果IDS在“cgi-bin”目录中寻找“phf”文件时，我们的攻击例子才能奏效；如果IDS只寻找“phf”文件，目录混淆方法就不管用了。

III．无效协议段解码

URL混淆的前题是HTTP服务器所接受的各种类型的编码方法。实际上，大部分的编码方法都与IIS有关，为了文章的完整性，每种编码类型都对每种HTTP服务器进行测试。

利用URL编码来混淆Web攻击的思想依据，是大部分的IDS缺乏对不同类型Web服务器编码的足够分析。IDS的模式匹配与协议检测技术都存在问题。

对于URI请求的编码，只有两个RFC标准：十六进制编码和UTF－8 Unicode编码。这两种方法都使用“％”来表示编码。Apache也只支持这两种URL编码类型。

我们研究的大部分其他编码类型，都是服务器相关的，不符合RFC标准。微软的IIS Web服务器就属于这一类。在这一段也包括了URL混淆。

A．十六进制编码

十六进制编码方法是对URL进行编码的符合RFC要求的一种方式，也是最简单的URL编码方法。该方法只须在每个编码字符的十六进制字节值前，加一个“％”。如果我们想对大写的A进行十六进制编码（ASCII的十六进制值是0x41），编码的结果是：

• %41 = ‘A’

B．双百分号十六进制编码

双百分号十六进制编码是基于正常的十六进制编码。具体的方法是将百分号编码并后接信息编码的十六进制值。对大写的A进行编码，结果是：

• %2541 = ‘A’

你可以看到，百分号的编码是％25（等价于“％”），该值解码后变成了％41（等价于“A”）。这种编码方法受到微软IIS的支持。

C．双四位十六进制编码

双四位十六进制编码也是基于标准的十六进制编码，每个四位十六进制使用标准的十六进制编码方法。例如，对大写的A编码，结果是：

• %%34%31 = ‘A’

正常的A，十六进制编码是％41。双四位十六进制编码的方法是对每个四位进行编码，因此，4被编码为％34（这是数字4的ASCII值），第二个四位，1，被编码为％31（这是数字1的ASCII值）。

在第一次URL解码后，四位值变成了数字4和数字1。因为4和1前边有一个％，第二遍会将％41解码为大写的A。

D．首四位十六进制编码

首四位十六进制编码类似于双四位十六进制编码，不同之处在是只有第一个四位被编码。因此对于大写的A，双四位十六进制编码后为%%34%31，而按照首四位十六进制编码结果为：

• %%341 = ‘A’

像以前一样，第一次URL解码以后，％34被解码为数字4，因此第二次解码时的对象就成了％41，最后的结果依然是大写的A。

E．后四位十六进制编码

后四位十六进制编码与首四位十六进制编码完全相同，只不过只执行标准解码的后四位。因此大写A的编码结果是：

• %4%31 = ‘A’

第一次解码时，％31解码为数字1，第二次解码的对象就是％41，最终的结果是“A”。

F．UTF-8编码

1） UTF-8 介绍

UTF-8编码允许大于单字节（0－255）的值以字节流的形式表示。HTTP服务器使用UTF-8编码来表示大于ASCII代码范围之外（1－127）的Unicode码。

UTF-8工作的时候，字节的高位有特殊的含义。两字节的UTF-8和三字节的UTF-8序列表示如下：

110xxxxx 10xxxxxx (二字节序列)

1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx (三字节序列)

UTF-8序列的第一字节是最重要的，通过它你可以知道这个UTF-8序列有多少字节，这是通过检查第一个0之前的1的个数来获得的。例子中，两字节的UTF-8序列，0之前的高位有两个1。第一个UTF-8字节0后边的位可以用来计算最终的值。后边的UTF-8字节格式相同，最高位是1，次高位是0，两位用于鉴别UTF-8，剩下的6位用来计算最终的值。

为了对URL进行UTF-8编码，每个UTF-8字节都是用一个百分号进行转换。一个例子是：%C0%AF = ‘/’.

2）Unicode码点简介

可以使用UTF-8编码来对Unicode码点值进行编码。码点值的范围通常是0－65535，HTTP URL中的任何大于127的码点值都使用UTF-8编码。

值为0－127的Unicode码点，将会映射成单独的ASCII值。这样，就剩下65408个值，可以表示其他语言中的字符（例如匈牙利语或者日语）。通常，这些语言有自己的Unicode代码页，从Unicode代码页中可以得到Unicode的码点值。每种Unicode代码页有自己独特的值，因此如果Unicode代码页变了，Unicode码点值所代表的字符也就不同了。这一概念对于下一节的URL编码是很重要的。

3）把躲避手段综合起来

IDS很难处理UTF-8编码的Unicode码点值，主要有三个原因：

第一个原因是，UTF-8编码可以将一个码点值或者ASCII值用不止一种方式表示，这在最近的Unicode标准中已经修正，但是在Web服务器中仍然很常见（包括Apache）。

例如，大写字母A可以用两字节的UTF-8序列编码：

• %C1%81 (11000001 10000001 = 1000001 = ‘A’)

同样，大写字母A也可以用三字节的UTF-8序列编码：

• %E0%81%81 ( 11100000 10000001 10000001 = 1000001 = ‘A’)

因此，使用UTF-8来对ASCII字符进行编码，会得到很多结果。

第二个原因，某些非ASCII的Unicode码点也可以映射为ASCII字符。例如，Unicode码点12001可以映射为大写字母A。如果想要知道哪一个码点可以映射到ASCII字符，要么阅读整个Unicode码的映射，要么对服务器测试所有不同的Unicode码点。目前，唯一这么做的Web服务器就是微软的IIS服务器。

第三个原因与第二个原因有关。如果Unicode码的映射改变或者未知，翻译后的Unicode码点就有可能是无效的。这一点很重要，这是因为中国、日本、波兰等国的IIS Web服务器使用不同的代码页，因此如果IDS不了解Web服务器使用的代码页，对URL进行UTF-8解码的结果就有可能是错误的。因此如果一个IDS不能对所监视服务器使用的Unicode代码页进行配置，对于IDS没有监测的代码页，任何Web服务器都是不受保护的。

G． UTF-8 空字节编码

UTF-8空字节编码与UTF-8编码类似，区别在于并不适用百分号进行转意，发送的字节就是实际的字节，如果A被编码，结果是：

• 0xC1 0x81 = ‘A’

这种类型的编码只被微软的IIS服务器所支持。

H．微软％U编码

微软的％U编码使用一种独特的方式来对Unicode码点值小与65535（或者两个字节）的对象编码。格式很简单，％U后边是Unicode码点值的4个四位值的十六进制：

• %UXXXX

例如，大写A可以编码成：

• %U0041 = ‘A’

这种编码被微软的IIS所支持。

I．不匹配编码

不匹配编码使用不同的编码方法来表示一个ASCII字符，不过这并不是一种单独的编码。

例如，我们使用微软的％U编码方法来对大写A进行编码。因为IIS要对URL进行双解码，我们可以使用其他的方法来对％U方法进行编码。比如，我们可以对％U方法中的“U”进行十六进制编码。这样，一个简单的％U0041就变成了％％550041。我们也可以对0041进行十六进制编码，或者使用别的编码方法。下边是一个针对IIS服务器的更加复杂的不匹配编码，使着分析这串字符到底代表什么ASCII字符：

• %U0025%550%303%37

IV． 无效协议解析

A．使用请求管道来实现URL躲避

请求管道的躲避方法，是一种无效协议解析的躲避方法。它使用了HTTP协议版本1.1的请求管道来使URI更加模糊。

请求管道标准允许Web客户端在一个数据包中发送多个请求，这个与HTTP的保持连接头有所不同，不要混淆。请求管道把所有的请求放在一个包中，而HTTP保持连接是为了保持TCP流一直开放，接受更多的请求。

我们使用请求管道特性在一个包中嵌入多个URL。大部分的IDS都能正确解析第一个URL，但基本上都不能正确解析其余的URL。这为躲避技术打开了大门，其他的URL虽然能被服务器解码，但是却被大多数的IDS忽略。比如，下列的数据负载使用了请求管道的技术来躲避对URL的检测：

• GET / HTTP/1.1\r\nHost: \r\n\r\nGET /foobar.html \r\nHost: \r\n\r\nGET /cgi%2Dbin%2Fph%66 HTTP/1.1\r\nHost: r\n

B． 使用POST和Content-Encoding参数进行躲避

另一个在攻击中包含恶意数据的HTTP协议字段，就是URL的参数字段。大部分数据库和cgi类型的攻击，都使用了该字段，而大部分的IDS都有相应的规则来检测恶意的参数键和参数值。一种躲避IDS的简单方法，就是使用与编码URL相同的技术来对参数进行编码，但大部分的IDS对参数字段也进行了解码。我们的方法是：使用POST请求将参数字段放到HTTP请求头的末尾。如果参数字段是名文形式，IDS就能很容易的发现恶意内容，因此我们使用了头选项，Content-Encoding，对参数字段进行BASE64编码。除非IDS对POST的内容也进行BASE64解码，攻击就有可能不断进行；即使IDS对POST实现了BASE64编码，这也是一个非常耗时的过程，因此如果发送大量包含巨型参数字段的POST请求，甚至会对IDS造成DOS攻击。

V．结论

HTTP IDS躲避技术有两大类，分别是无效协议解析和无效协议字段编码。如果IDS对HTTP协议字段的编码类型不了解，就不能正确的解码URL，攻击躲避的事件就会发生。这也是经常讨论的编码技术。如果IDS对HTTP缺乏足够的了解，仍有可能发生漏报。请求管道与内容编码躲避技术就是需要注意的。通过对IDS协议解码的研究发现，大部分的漏报都是使用了这两项技术。