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【技术分享】Scapy Fuzz实现——S7协议从建连到“正常交流“(一)

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作者：DropsAm4zing

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酝酿了“三秒钟“，准备理清逻辑写写我学习的心得，自认为和Siemens S7协议有过一段时间浅浅的“交流”，所以这过程中涉及到了自己整理的自认为有用的东西，涉及工具、脚本这般，发出来让大家都能看到，逻辑也许简单，但努力写的尽量不那么的潦草。


0x01 环境介绍

Kali 2.0、Python2.7、Pycharm 


0x02 初次尝试

都说scapy是很强势的第三方库，很多人用它实现端口扫描，那么我通过学习它并且尝试实现针对Siemens S7协议的Fuzz脚本。

首先需要明白几个特别重要的点，在下面一一总结。首当其中当然是做个最简单的三次握手，TCP没有三次握手又怎么能行呢？

#!/usr/bin python
# -*- encoding: utf-8 -*-
from scapy.all import *
src = sys.argv[1]
dst = sys.argv[2]
dport = int(sys.argv[3])
def tcpConnect():
    SYN = TCP(sport=sport, dport=dport, flags='S', seq=0)
    try:
        SYNACK = sr1(ip / SYN, timeout=1)
        print SYNACK[1][0]
    except:
        print "TCP Connect Error."
    else:
        ACK = TCP(sport=sport, dport=dport, flags='A', seq=SYNACK[1][0].ack, ack=SYNACK[1][0].seq + 1)
        send(ip / ACK)
        return SYNACK
if __name__ == __main__:
    sport = random.randint(1024, 65535)
    ip = IP(src=src, dst=dst)
    tcpConnect()

代码很简单的四行，实现的原理就是指定“源IP”、“目的IP”、“目的端口”完成三次握手的过程，我们可以通过运行这个Python脚本结合Wireshark抓包来分析具体的过程:

在外部主机通过TCP/UDP调试工具模拟开启服务端，在虚拟机运行脚本。

我们注意到，通过Wireshark抓包应该你会看到三次握手并没有像预想的那样建立，是被本机Reset掉了，是什么原因呢?

Iptables收到了返回的ACK数据包，而它检测到系统本身没有发送过任何的SYN握手包，所以重置这个握手连接（举个例子：你在一家饭店坐着，一句话没说服务员就端上一盘龙虾说“这是您点的龙虾”，其实是某位顾客给你叫的，你的本能可能也会是拒绝。）

怎样来避免出现这样的情况，可以添加iptables规则来解决，比如下面这条直接丢弃掉所有的RST包(当然最好自己根据实际的情况去添加规则，举例的这个规则有点儿极端)。

iptables -A OUTPUT -p tcp --tcp-flags RST RST -j DROP

添加规则之后，再次执行脚本，我们看到通过三次握手，建立连接。

0x03 Scapy几个函数

三次握手简单的实现了，但是我们从这个简单的代码中需要知道Scapy的几个函数:

Send(): 这个函数只会将数据包发送出去，也就是只发不收。

Sr1(): 这个函数会在发送数据包之后，接收返回的第一个数据包(如，你发送了一个数据包，对方先返回一个ACK数据包，之后返回了带有数据的数据包，那么这个函数会接收到第一个返回的ACK数据包)

Sr(): 这个函数会发送并接收数据包，区别于上面的Sr1()，这个函数会接收返回的所有数据包。

那么我们自然也可以明白在三次握手的代码中，我们首先用到Sr1()函数发送SYN数据包之后接收返回的ACK数据包，然后再收到ACK后Send()给对方一个ACK数据包。


0x04 Ack和Seq

每次数据的交互，从一次完整的三次握手开始，Ack和Seq的值是跟随着每一步在变化，在建立三次连接之后的数据交互过程中Ack和Seq的变化关系到通过Scapy伪造的数据包能不能正常被接收以及被回复。

这是之前做的一个很简陋的过程的图片，我们从这个过程中需要通过这样的变化规律来不断的改变Ack和Seq的值，以此来发送正确的数据包达到与目标设备正常交互的过程。

通过Wireshark抓包我们看到的效果是最直观的看到交互过程中Seq和Ack值的变化，最终在代码中如何实现，需要利用Scapy接收到数据包的格式来确定下一个数据包的Ack和Seq。需要发送的伪造的数据包的Seq值为接收到的数据包的Ack值，伪造的数据包的Ack值可以将接收到的数据包的Seq值加数据部分data的长度确定。

在上图中Wireshark数据包中解析已经显示了下一个Seq值，但实际上这一点并没有在数据包中提现，所以只是Wireshark自己计算并显示了这个值，可能用于方便抓包分析的人识别数据包的对应关系？不得而知……

对于如何通过Scapy来实现对这些参数的伪造呢？

我们通过Scapy的sniff模块来嗅探并过滤几个数据包来举例查看数据的格式，我们可以看到Scapy模块接收到的数据以元组的方式存储，那么Sr()、Sr1()都是以元组的方式呈现接收到的数据包。我们通过元组的访问方式取得数据包中每层对应的参数。可以具体一步步调试确定准确的位置。

这样的话我们可以通过sniff模块中的各部分的具体参数来获取接收到数据的长度，获取上一个数据包中的Ack和Seq值，和自己准备的数据长度结合即可确定下一个数据包中Ack和Seq的准确值，同时还可以通过判断flags这个参数获取数据包的类型: S/SA/PA。

这样看来，我们基本已经完成了准备工作:

三次握手、Ack和Seq的变化，我们需要的是准备自己的Fuzz数据就可以实现一个简单的Fuzz脚本，基于Scapy实现的Fuzz脚本。


0x05 脚本实现流程

这一部分就先来确定自己实现一个简单脚本的思路流程，通过自己制作的一个糙的流程图来看:

TCP的三次握手

S7协议的建连

Fuzz数据的交互

日志收集


0x06 S7 建连过程

S7协议和TCP的感觉有点儿类似，需要一个建立连接的过程，在三次握手之后，需要发送S7协议自己的建立连接的数据，之后才能与设备建立连接进行数据的传输。

Wireshark中内置了S7协议的解析模块，不是对每个模块的功能都有完全的解释，但是在对协议理解的上手过程中会起到很重要的作用，可以帮助我这样的新手一定程度上很好的理解。

我们可以看到Wireshark在很大的程度上已经对协议数据中每个部分的内容进行了解释，同时我们可以在实现的时候通过整个数据进行重放来实现建立连接的过程。

def hello_plc(self):
    hello_data = str2byte(hello)
    hello_packet = TCP(sport=sport, dport=dport, flags='PA', seq=self.ack, ack=self.seq + 1)
    COTPACK = sr(ip / hello_packet / hello_data, multi=True, timeout=5)
    comm_data = str2byte(set_comm)
    comm_pkt = TCP(sport=sport, dport=dport, flags='PA',
                   seq=COTPACK[0][1][1].ack, ack=COTPACK[0][1][1].seq + len(COTPACK[0][1][1].load))
    COMMACK = sr(ip / comm_pkt / comm_data, multi=True, timeout=5)
    comm_ack = TCP(sport=sport, dport=dport, flags='A',
                   seq=COMMACK[0][2][1].ack, ack=COMMACK[0][2][1].seq + len(COMMACK[0][2][1].load))
    send(ip/comm_ack)
    return COMMACK

这个函数里面可能有几个参数需要简单说一下，因为它们的作用保证了这个Fuzz脚本可以正确的接收到返回的带有数据的数据包。

Sr()函数的“multi”和“timeout”，设置发出数据包后等待时间和超时时间，因为在实际的环境运行的时候，如果使用Sr1()，容易出现发送数据后设备先返回一个ACK数据包(不包含任何数据)，使用Sr()会在接收异常的时候一直等待或一直接收，不能准确的定位到我们需要的数据部分，所以添加这两个参数有足够的时间等待接收到返回的带有数据的数据包，同时也避免了一直接收其他无关的异常数据。


0x07 暂告一段

到此为止，我们已经从TCP的三次握手，到通过与设备的Siemens S7协议进行交互建立连接，以及在过程中如何确保数据包中个参数的变化情况，保证伪造的数据包有效。剩下的部分就是如何针对自己的环境去实现一个简单的Fuzz脚本对协议进行Fuzz测试。我仍然在不断整理不断总结。