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<----------------------->>------- IP Spoofing -------<<----------------------->
<----------------------->>------ In Scioltezza ------<<----------------------->
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<------------------ Autore: -------------------- ORK ------------------------->
<------------------ Data Pubblicazione: -------- Aprile 2001 ----------------->
<------------------ Versione Documento: -------- 1.0 ------------------------->
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Indice.
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0     - Informazioni su questo testo
1     - Nozioni di base sui protocolli di rete
1.1   - Nozioni di base sul protocollo IP
1.2   - Nozioni di base sul protocollo TCP
1.2.1 - Formato dell'Header di un pacchetto TCP
1.2.2 - Creazione di una connessione
1.2.3 - Gestione Sequence number e Acknowledgement number in una connessione
1.2.4 - Chiusura di una connessione
1.3   - Nozioni di base sul protocollo ICMP
1.4   - Introduzione all'IP Spoofing
2     - IP Spoofing non Cieco
2.1   - Chiusura di una connessione esistente
2.1.1 - Chiusura di una connessione esistente usando il flag RST
2.1.2 - Chiusura di una connessione esistente usando il flag FIN
2.2   - Hijacking
2.2.1 - Stato di Desincronizzazione
2.2.2 - L'attacco
2.2.3 - Il problema dell'ACK Storm
3     - IP Spoofing Cieco
3.1   - Piccolo dettaglio tecnico
3.2   - Generazione del Sequence Number
3.2.1 - Generazione in base alla regola dei 64k
3.2.2 - Generazione in base al Tempo
3.2.3 - Generazione Random
3.3   - Predizione del Sequence Number
3.4   - L'attacco
4     - Denial of Service (DOS)
4.1   - Smurf
4.2   - SYN Flood
5     - Riferimenti


0 - Informazioni su questo testo
--------------------------------
Questo testo è stato scritto con l'intento di far capire cosa sia l'IP Spoofing
e quali siano le potenzialità degli attacchi che si possono attuare con questa 
tecnica. Ho cercato di dare un'impronta semplice e chiara in maniera da rendere
facile la comprensione. E' richiesta comunque una conoscenza minima sul 
funzionamento delle reti.
Tutte le informazioni di seguito riportate sono da considerare a scopo 
informativo e didattico. Tutto quello che troverete scritto è reperibile in 
rete in numerosi altri documenti (molti dei quali in inglese). 


1 - Nozioni di base sui protocolli di rete
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Prima di cominciare è necessario avere delle nozioni di base sul funzionamento
dei protocolli di rete. 
Lo standard per il software di gestione delle reti (usato per il funzionamento 
di internet) prevede la strutturazione di quest'ultimo in 4 livelli. Ognuno di 
questi livelli si occupa di svolgere una certa tipologia di funzioni. Un 
determinato livello di una macchina può conversare (cioè può essere capito) 
solo con lo stesso livello di un'altra macchina. Le regole e le convenzioni 
adottate in queste conversazioni sono chiamate protocolli e per ogni livello 
ne sono stati stabiliti uno o più.
Quando dobbiamo comunicare dei dati in rete, questi ultimi vengono inseriti nel
livello più alto. A partire da lì ogni livello passa al livello immediatamente 
inferiore i dati ricevuti dal livello superiore con l'aggiunta di alcune 
informazioni di controllo. Arrivati al livello 1 il pacchetto finale, ottenuto 
dai dati da trasmettere più le aggiunte di tutti i dati di controllo dei 4 
livelli, viene trasmesso al dispositivo di rete attraverso il quale avviene la 
comunicazione. Quando il pacchetto di dati arriva all'host destinazione fa la 
strada inversa e cioè parte dal livello 1 e sale fino al 4. Ogni livello 
preleva ed interpreta i dati di controllo inseriti dallo stesso livello 
dell'host sorgente e passa il pacchetto al livello superiore. 
Questo modello può essere schematizzato così:


         Host                       Host        Descrizione Livello
       Sorgente                 Destinazione    
     ___________                ___________
    |           |              |           |
    | LIVELLO 4 |              | LIVELLO 4 |    Livello di Applicazione
    |-----------|              |-----------|
    | LIVELLO 3 |              | LIVELLO 3 |    Livello di Trasporto (TCP)
    |-----------|              |-----------|
    | LIVELLO 2 |              | LIVELLO 2 |    Livello Internet (IP)
    |-----------|              |-----------| 
    | LIVELLO 1 | --> Rete --> | LIVELLO 1 |    Livello Host-Rete
    |___________|              |___________|


Per ogni livello i dati sono racchiusi in pacchetti. Ogni pacchetto ha 2 aree
logiche distinte: l'header e la parte dati. Quando i dati devono percorrere
la pila dall'alto verso il basso ogni livello crea un pacchetto contenente 
nella parte dati il pacchetto ricevuto dal livello superiore e nella parte 
header i dati di controllo aggiunti da quel livello. Quando i dati devono
risalire la pila dal livello 1 al 4 ogni livello preleva l'header e lo 
interpreta, poi passa al livello superiore la parte dati. Lo schema seguente
illustra un pacchetto di livello 2.

       _______________
      |   Header IP   |
      |_______________| Come si può vedere il pacchetto
      |  ___________  | TCP è contenuto nella zona
      | |Header TCP | | DATI dal pacchetto del IP.
      | |___________| | Il pacchetto di livello 4 a sua 
      | | Pacchetto | | volta è formato da una parte dati 
      | |    di     | | e un  header ed è contenuto nella 
      | | Livello 4 | | parte dati del pacchetto TCP.
      | |___________| | 
      |_______________|


I livelli di interesse per questo articolo sono il secondo e il terzo. Il  
secondo livello si occupa dell'instradamento dei pacchetti, ovvero si prende
carico di portare un pacchetto dall'host sorgente a quello destinazione. Il  
terzo livello invece si occupa della gestione delle conversazioni tra host 
sorgente e destinazione.
In internet il protocollo di livello 2 usato per l'instradamento dei pacchetti 
è il protocollo IP. Per il livello 3 invece sono usati diversi protocolli tra 
cui il TCP, l'UDP e l'ICMP.


1.1 - Nozioni di base sul protocollo IP
---------------------------------------
L'header di un pacchetto IP è formato da (almeno) 20 byte in cui sono contenuti 
vari campi. I campi che ci interessano per capire questo articolo sono i 
seguenti:
- Indirizzo IP sorgente (32 bit): questo è l'indirizzo che verrà Spoofato
- Indirizzo IP destinazione (32 bit)


1.2 - Nozioni di base sul protocollo TCP
----------------------------------------

1.2.1 - Formato dell'Header di un pacchetto TCP
-----------------------------------------------
L'header di un pacchetto TCP è formato da (almeno) 20 byte in cui sono 
contenuti vari campi. I campi che ci interessano sono i seguenti:
- Porta Sorgente (16 bit)
- Porta Destinazione (16 bit)
- Sequence number (32 bit)
- Acknowledgement number (32 bit)
- Window Size (16 bit): grandezza della finestra di comunicazione
- Flag SYN (1 bit): usato per creare una connessione 
- Flag ACK (1 bit): indica che il campo Acknowledgement è valido
- Flag FIN (1 bit): usato per chiudere una connessione
- Flag RST (1 bit): usato per far reinizializzare una connessione


1.2.2 - Creazione di una connessione
------------------------------------
In TCP, per creare una connessione viene usato il protocollo three-way 
handshake che funziona, come dice il nome, in tre passi:
1 - Il client spedisce un pacchetto TCP avente il flag SYN impostato, il flag
    ACK non impostato e con un valore X del Sequence number
2 - Il server risponde con entrambi i flag SYN e ACK impostati, con il
    Sequence number con un valore Y e Acknowledgement number con valore X+1
3 - Il client risponde con il flag ACK impostato, con il Sequence number con 
    valore X+1 e Acknowledgement number con valore Y+1

                 SYN=1 ACK=0 SEQ-NUM=X        
CLIENT  --------------------------------------> SERVER

           SYN=1 ACK=1 SEQ-NUM=Y ACK-NUM=X+1
CLIENT <--------------------------------------  SERVER

             ACK=1 SEQ-NUM=X+1 ACK-NUM=Y+1        
CLIENT  --------------------------------------> SERVER

Dopo che la connessione è stata inizializzata si può procedere al trasferimento
dei dati. Nel seguito verrà indicato con pacchetto SYN il primo dei tre, con
SYN/ACK il secondo e con ACK il terzo.


1.2.3 - Gestione Sequence number e Acknowledgement number in una connessione
-----------------------------------------------------------------------------
Il TCP realizza una connessione affidabile, è in grado cioè di recuperare 
pacchetti persi, duplicati e fuori ordine. Tutto questo è possibile grazie 
all'assegnamento di un numero di sequenza (Sequence number) ad ogni byte 
trasmesso e alla richiesta di conferma dei dati ricevuti dal destinatario 
(Acknowledgement number). All'interno di un pacchetto il Sequence number 
indica il numero di sequenza del primo byte di dati contenuto, mentre 
l'Acknowledgement number indica il numero del prossimo byte atteso e conferma 
la ricezione fino al byte indicato meno 1.
Prendiamo in esame il seguente esempio per capire meglio.

      SEQ-NUM=1000 ACK-NUM=5000 DATI=100 byte
1) A -----------------------------------------> B

      SEQ-NUM=5000 ACK-NUM=1100 DATI=250 byte
2) A <----------------------------------------- B

      SEQ-NUM=1100 ACK-NUM=5250 DATI=150 byte
3) A -----------------------------------------> B

      SEQ-NUM=5250 ACK-NUM=1250 DATI=0 byte
4) A <----------------------------------------- B

Nel caso 1) A spedisce a B 100 byte il cui primo byte ha come numero di 
sequenza 1000. Inoltre conferma la ricezione dei byte ricevuti in precedenza 
fino al 4999 ed indica che si aspetta che il prossimo byte trasmesso sia
quello con numero di sequenza 5000.
Nel caso 2) B spedisce ad A 250 byte il cui primo byte ha come numero di 
sequenza 5000. Inoltre conferma la ricezione dei byte ricevuti in precedenza 
fino al 1099 ed indica che si aspetta che il prossimo byte trasmesso sia
quello con numero di sequenza 1100.
Nel caso 3) A spedisce a B 150 byte il cui primo byte ha come numero di 
sequenza 1100. Inoltre conferma la ricezione dei byte ricevuti in precedenza 
fino al 5249 ed indica che si aspetta che il prossimo byte trasmesso sia
quello con numero di sequenza 5250.
Nel caso 4) B non ha dati da spedire, si limita solo a confermare i dati 
ricevuti. Questo pacchetto non verrà confermato in quanto non contiene dati.


1.2.4 - Chiusura di una connessione
-----------------------------------
Sebbene le connessioni TCP siano full duplex, per comprendere la chiusura 
di una connessione è meglio pensarle come una coppia di connessioni simplex.
Ogni connessione simplex viene chiusa indipendentemente dall'altra. Per 
chiudere una connessione entrambe le parti possono spedire un pacchetto TCP 
contenente il flag FIN impostato a indicare che non ci sono più dati da 
spedire. Quando viene confermata la ricezione del flag FIN quella connessione
viene spenta. Quando entrambe le direzioni vengono chiuse la connessione
viene rilasciata. Quindi normalmente occorrono 4 passaggi per chiudere una 
connessione.


1.2.5 - Il Flag RST
-------------------
Il flag RST viene usato per far reinizializzare una connessione che è diventata 
instabile per qualche motivo, per rifiutare un pacchetto non valido o per
rifiutare l'apertura di una connessione. In generale se si riceve un pacchetto
con il flag RST impostato significa che c'è un problema.


1.3 - Nozioni di base sul protocollo ICMP
-------------------------------------------
L'ICMP è un protocollo di test e diagnostica della rete. Quando avviene 
qualcosa di inatteso, l'evento viene segnalato tramite un pacchetto ICMP.
Alcuni dei messaggi ICMP più importanti sono:
- DESTINATION UNREACHABLE, che sta ad indicare che l'host non è raggiungibile;
- TIME EXCEEDED, che sta ad indicare che il pacchetto è stato scartato a causa
   del suo contatore che ha raggiunto lo zero.
- ECHO REQUEST e ECHO REPLY, usati per controllare se una destinazione è 
   raggiungibile e attiva. Alla ricezione di un Echo Request l'host è 
   vincolato a rispondere con un Echo Reply.
- TIMESTAMP REQUEST e TIMESTAMP REPLY, differiscono dai precedenti solo dal 
   fatto che il tempo di arrivo della richiesta e il tempo di partenza della
   risposta vengono registrati nella risposta stessa. Questo servizio viene
   usato per misurare le prestazioni della rete.


1.4 - Introduzione all'IP Spoofing.
-----------------------------------
Le basi principali della sicurezza in Internet sono rappresentate dai controlli
sui numeri IP sorgenti delle connessioni. Ad esempio controlli di questo tipo 
sono fatti dai TCP Wrapper e dai Firewall. Inoltre servizi tipo rlogin o rsh
permettono a certi host fidati di accedere alle risorse del sistema senza 
bisogno di password. L'IP Spoofing consiste nel falsificare l'indirizzo IP
sorgente della connessione in modo da far credere di essere un altro host per 
poter superare certe difese o per portare a termine certe tipologie di 
attacchi. Poiché i protocolli TCP, UDP, ICMP (e altri) sono incapsulati in
pacchetti IP tutti questi protocolli sono di riflesso teoricamente Spoofabili.
A seconda della tipologia di attacco che l'attaccante vuole portare a 
termine e della posizione sulla rete in cui egli si trova ci sono differenti 
tecniche basate sull'IP Spoofing. Le tre categorie di attacchi che esaminerò
in questo testo sono IP Spoofing non cieco, IP Spoofing cieco e DOS.
Il concetto di Spoofing non cieco è molto semplice: l'attaccante cerca di farsi 
passare per un host che fa parte della sottorete in cui egli stesso si trova, 
quindi i pacchetti indirizzati all'host sono visibili anche a lui e perciò 
è a conoscenza del Sequence number e dell'Acknowledgement number aggiornati.
Per quanto riguarda lo Spoofing cieco, l'attaccante sta cercando di farsi 
passare per un host qualsiasi (che non è nella sua sottorete) e quindi in 
qualche maniera dovrà cercare di "indovinare" il Sequence number corretto per 
continuare la connessione.
Infine gli attacchi di tipo DOS (Denial of Service) sono attacchi diretti a 
bloccare un determinato host impedendogli di svolgere le sue normali attività e
quindi negando agli utenti di poter accedere ai servizi a cui l'host era 
preposto.


2 - IP Spoofing non Cieco.
--------------------------
Solitamente i vari host di una sottorete sono collegati da apparecchi (HUB)
che, per far arrivare un pacchetto ad un determinato host, lo trasmettono in 
broadcast a tutti i computer della sottorete. Quando il pacchetto arriva ad
un determinato host, quest'ultimo esamina l'indirizzo di destinazione contenuto
nel pacchetto. Se questo indirizzo coincide con quello dell'host stesso, il 
pacchetto viene processato, altrimenti viene scartato in quanto era destinato 
ad un altro host. Tuttavia esiste una modalità particolare in cui è possibile 
impostare la scheda di rete: la modalità promiscua. Quando la scheda di rete 
si trova in questa modalità, permette di processare tutti i pacchetti che 
arrivano.
Come già accennato sopra, nel caso dello Spoofing non cieco l'attaccante sta 
cercando di farsi passare per un host che fa parte della sua sottorete; quindi, 
impostando la scheda di rete in modo promiscuo, egli riesce a leggere tutti i 
pacchetti indirizzati all'host che intende impersonare e può così scoprire 
Sequence number e Acknowledgement number della connessione in corso e cercare 
di inserirvisi. Alcuni tipi di attacchi che possono essere messi a segno con 
questa tecnica sono la chiusura di una connessione esistente e l'Hijacking.
C'è da notare che ultimamente al posto degli HUB sono sempre più usati degli 
apparecchi chiamati switch che invece di trasmettere i pacchetti in broadcast 
li trasmettono solo al destinatario corretto. Questo permette di eliminare
certe tipologie di attacchi quali sniffing e IP Spoofing Cieco aumentando allo
stesso tempo le prestazioni della rete.


2.1 - Chiusura di una connessione esistente
-------------------------------------------
Avendo a disposizione Sequence number e Acknowledgement number di una 
connessione in corso l'attaccante può spedire in un momento preciso un 
pacchetto creato accuratamente con l'intento di far cadere la connessione. Per 
aggiungere questo obiettivo può usare uno dei due flag RST o FIN compresi 
nell'header dei pacchetti TCP.


2.1.1 - Chiusura di una connessione esistente usando il flag RST
----------------------------------------------------------------
Il flag RST, tra le altre cose, viene utilizzato per reinizializzare una 
connessione che è diventata instabile per qualche motivo.
Un pacchetto TCP avente lo scopo di resettare una connessione ha solamente il 
Sequence number valido, l'Acknowledgement number è disabilitato.
Per procedere al reset di una connessione esistente l'attaccante procede 
secondo alcuni passi. Immaginiamo esista una situazione di questo tipo:

A ------H---R------------ B     A e C = Host della stessa sottorete
        |                       B     = Host di una rete diversa da A e C
C ------/                       H     = HUB 
                                R     = Router che delimita la sottorete

Supponiamo che tra gli host A e B esista una connessione e che l'attaccante si 
trovi nella postazione C. Per cercare di resettare la connessione esistente, 
come prima cosa l'attaccante aspetterà di ricevere un pacchetto proveniente 
dalla connessione A-B. Supponendo che riceva un pacchetto proveniente da B 
verso A, egli prima calcolerà il Sequence number a partire dall'Acknowledgement 
number del pacchetto ricevuto, poi costruirà e spedirà un pacchetto con le 
seguenti impostazioni:

Campi del pacchetto IP:
IP sorgente     = A (IP Spoofato)
IP destinazione = B

Campi del Pacchetto TCP:
Porta Sorgente     = Porta usata dall'host A
Porta Destinazione = Porta usata dall'host B
Sequence number contenente il valore appena calcolato
Flag RST impostato 

Il risultato sarà il reset della connessione. Ci sono però dei problemi 
tecnici: questo metodo, infatti, funziona solo se il pacchetto dell'attaccante 
arriva prima della reale risposta dell'host A. L'host B riceverà due pacchetti 
con lo stesso Sequence number (uno mandato dall'attaccante, e l'altro mandato 
dall'host A), quindi prenderà per buono il primo arrivato e scarterà il secondo 
credendolo un duplicato.


2.1.2 - Chiusura di una connessione esistente usando il flag FIN
----------------------------------------------------------------
Il flag FIN sta ad indicare "non ci sono più dati da parte del mittente".
Se, dopo che un host ha spedito il flag FIN e questo è stato accettato, vengono
ricevuti altri pacchetti questi vengono ignorati.
Per procedere alla chiusura di una connessione esistente usando il flag FIN
l'attaccante procede in modo simile al caso precedente, con alcune differenze.
La caratteristica di questa tecnica è che l'attaccante ha la possibilità di 
controllare se la connessione è stata chiusa in quanto l'host che riceverà il 
pacchetto di FIN risponderà con un pacchetto di Acknowledgement.
A differenza del caso precedente, il pacchetto che verrà costruito deve avere 
sia il Sequence number che l'Acknowledgement number validi.
Riprendiamo la situazione precedente:

A ------H---R------------ B     A e C = Host della stessa sottorete
        |                       B     = Host di una rete diversa da A e C
C ------/                       H     = HUB 
                                R     = Router che delimita la sottorete

Supponiamo che tra gli host A e B esista una connessione e che l'attaccante si 
trovi nella postazione C. Per cercare di chiudere la connessione esistente, 
come prima cosa l'attaccante aspetterà di ricevere un pacchetto proveniente 
dalla connessione A-B. Supponendo che riceva un pacchetto proveniente da B 
verso A, egli prima calcolerà il Sequence number e l'Acknowledgement number 
in base al pacchetto ricevuto, poi costruirà e spedirà un pacchetto con le 
seguenti impostazioni:

Campi del pacchetto IP:
IP sorgente     = A (IP Spoofato)
IP destinazione = B

Campi del Pacchetto TCP:
Porta Sorgente     = Porta usata dall'host A
Porta Destinazione = Porta usata dall'host B
Sequence number contenente il valore appena calcolato
Acknowledgement number contenente il valore appena calcolato
Flag FIN impostato 

A questo punto resterà in ascolto in attesa di un pacchetto di Acknowledgement 
da parte di B. Se lo riceve é sicuro che da questo momento B risponderà a 
tutti i pacchetti ricevuti da A con un pacchetto di reset credendo siano bugs
facendo, tra l'altro, cadere anche l'altro senso di connessione. 


2.2 - Hijacking
---------------
L'Hijacking è una tecnica molto raffinata che permette di intromettersi in una 
connessione esistente e prenderne il controllo. Molte volte l'Hijacking viene
snobbato in quanto trovandosi già nella sottorete dell'host che si vuole 
impersonare basterebbe usare uno sniffer per catturare username e password per 
poi collegarsi "legalmente". Tuttavia è possibile trovarsi in situazioni in 
cui, ad esempio, vengono usate password "usa e getta" e quindi, anche se 
l'attaccante riuscisse a sniffarne qualcuna, quando andrà ad usarle queste 
saranno già scadute.


2.2.1 - Stato di Desincronizzazione
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Prima di proseguire con la spiegazione sul funzionamento dell'Hijacking è 
necessario chiarire cosa si intende per stato di desincronizzazione di una 
connessione. Per semplicità da adesso in poi indicheremo con:
SVR_SEQ il Sequence number del prossimo byte che il server spedirà
SVR_ACK il prossimo byte che il server si aspetta di ricevere
SRV_WND la grandezza della finestra di ricezione del server
CLT_SEQ il Sequence number del prossimo byte che il client spedirà 
CLT_ACK il prossimo byte che il client si aspetta di ricevere
CLT_WND la grandezza della finestra di ricezione del client

In una situazione di "calma" durante una connessione, cioè un momento in cui 
non vengono spediti dati da entrambe le parti, le seguenti equazioni sono vere: 
SVR_SEQ = CLT_ACK e CLT_SEQ = SRV_ACK
Invece mentre sono trasferiti dei dati sono vere queste altre espressioni:
CLT_ACK <= SVR_SEQ <= CLT_ACK + CLT_WND 
SRV_ACK <= CLT_SEQ <= SRV_ACK + SRV_WND
da cui si può capire che un pacchetto è accettabile se il suo Sequence number
appartiene all'intervallo [SRV_ACK, SRV_ACK + SRV_WIN] per il server e 
[CLT_ACK, CLT_ACK + CLT_WIN] per il client. Se il Sequence number supera o 
precede questo intervallo il pacchetto viene scartato e viene spedito un 
pacchetto contenente nell'Acknowledgement number il Sequence number del
prossimo byte atteso.
Il termine desincronizzazione si riferisce ad una situazione in cui durante una
connessione in un periodo di "calma" sono vere le seguenti equazioni
SVR_SEQ != CLT_ACK e CLT_SEQ != SRV_ACK (dove != sta a significare diverso). 
Se una connessione si trovasse in una situazione di questo tipo e dei dati 
venissero spediti da una delle parti potrebbero presentarsi due casi distinti:
- Se CLT_SEQ < SVR_ACK + SVR_WND e CLT_SEQ > SVR_ACK il pacchetto è accettabile
  e i dati vengono memorizzati per un uso futuro, ma non vengono processati.
- Se CLT_SEQ > SVR_ACK + SVR_WND o CLT_SEQ < SVR_ACK il pacchetto non è 
  accettabile e viene scartato. 
In pratica se una connessione è in questo stato i due host non possono 
scambiarsi dati.


2.2.2 - L'attacco
-----------------
Riprendiamo la situazione precedente:

A ------H---R------------ B     A e C = Host della stessa sottorete
        |                       B     = Host di una rete diversa da A e C
C ------/                       H     = HUB 
                                R     = Router che delimita la sottorete

Supponiamo che esista una connessione telnet da A verso B e che l'attaccante si 
trovi nella postazione C. Cosa succederebbe se quest'ultimo in un periodo di 
"calma" della connessione tra A e B mandasse un pacchetto spoofato a B in modo 
da far credere che provenga da A? 
Semplice, B aggiornerebbe l'Acknowledgement number di A (SVR_ACK) in base al 
pacchetto ricevuto desincronizzandosi dal Sequence number reale di A (CLT_SEQ). 
A questo punto i pacchetti spediti da A verranno scartati in quanto per B hanno 
un Sequence number errato. Vediamo un esempio per capire meglio:


  SEQ=100 ACK=500 DATI=10    A spedisce un pacchetto contenente 10 Byte di Dati
A -----------------------> B Sequence number=100 e Acknowledgement number=500


B si aggiorna Sequence number e Acknowledgement number:
Sequence number = 500
Acknowledgement = 100 + 10


  SEQ=500 ACK=110 DATI=15    B spedisce un pacchetto contenente 15 Byte di Dati
A <----------------------- B Sequence number=500 e Acknowledgement number=110

Il pacchetto arriva ad A che si riaggiorna Acknowledgement number e 
Sequence number: 
Sequence number = 110
Acknowledgement = 500 + 15

A questo punto si intromette l'attaccante con un pacchetto Spoofato, usando il 
Sequence number e l'Acknowledgement number corretti.


     SEQ=110 ACK=515 DATI=20    C spedisce un pacchetto spoofato contenente 
A(C) -----------------------> B 20 Byte di Dati Sequence number=110 e 
                                Acknowledgement number=515


B si aggiorna Sequence number e Acknowledgement number:
Sequence number = 515
Acknowledgement = 110 + 20

A questo punto B è desincronizzato rispetto ad A in quanto il prossimo byte
che B si aspetta da A è il 130, mentre il Sequence number di A è a 110. Quindi
i pacchetti che A spedirà a B da questo momento in poi verranno scartati.
L'attaccante però sa cosa si aspetta B e perciò può mandare dei pacchetti
creati appositamente per essere accettati. Ricordiamo che nel nostro esempio
la connessione in corso era una sessione telnet, quindi adesso l'attaccante può
mandare comandi di shell a B come se fosse A.
C'è da notare che nell'esempio appena descritto non c'è una desincronizzazione
da entrambe le parti, infatti abbiamo che CLT_SEQ != SRV_ACK ma SVR_SEQ = 
CLT_ACK. Quindi l'host A accetterà tutti i pacchetti spediti da B come risposta 
ai comandi dell'attaccante, e quindi vedrà tutto quello che questi sta facendo.
Per evitare ciò l'attaccante deve creare una situazione di desincronizzazione 
anche nell'altro senso di trasmissione spedendo un pacchetto spoofato ad A come 
se provenisse da B. Ricordiamo che essendo l'attaccante nella stessa sottorete 
di A é in grado di vedere l'output dei propri comandi sniffando i pacchetti di 
risposta spediti da B.

Ci sono varie tecniche per ottenere la desincronizzazione di una connessione. 
Quella vista nell'esempio è quella usata solitamente e consiste appunto nello 
spedire un pacchetto spoofato contenente dei dati sia al server che al client. 
Più è grande il numero di byte spediti in questi pacchetti e più è grande la 
desincronizzazione che si andrà a creare tra i due host.
Esiste comunque un secondo e più raffinato metodo di desincronizzazione, che
consiste nell'intromettersi nel protocollo three-way handshake usato per creare
una connessione. Il funzionamento si può sintetizzare in 4 punti: 
1 - L'attaccante aspetta di ricevere il pacchetto SYN/ACK, proveniente dal 
    server e diretto verso il client (secondo passo del three-way handshake), 
    della connessione da desincronizzare. 
2 - Appena lo ha identificato spedisce un pacchetto di RST (Spoofato) verso il
    server e immediatamente dopo uno di SYN (sempre Spoofato) con gli stessi 
    parametri (porta TCP e indirizzo IP) usati per la connessione da 
    desincronizzare, ma con un differente Sequence number.
3 - Il server chiuderà la prima connessione grazie al pacchetto RST, e ne 
    aprirà una uguale ma con un Sequence number diverso, spedendo il pacchetto 
    SYN/ACK.
4 - L'attaccante non appena identifica quest'ultimo, spedisce il pacchetto ACK
    necessario a completare l'instaurazione della connessione.
A questo punto la connessione è aperta, ma è in uno stato di desincronizzazione
in quanto per il client il Sequence number corretto è quello che era presente
nel pacchetto SYN/ACK intercettato dall'attaccante al punto 1, mentre per il 
server quello corretto è quello introdotto dall'attaccante nel punto 2.


2.2.3 - Il problema dell'ACK Storm
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Come visto nel paragrafo 2.2.1 se il Sequence number di un pacchetto supera o 
precede l'intervallo di accettazione il pacchetto viene scartato e viene 
spedito un pacchetto contenente il Sequence number del prossimo byte atteso.
Se ci si trova in uno stato di desincronizzazione con tutta probabilità i 
pacchetti che il client e server si scambieranno avranno errori di questo tipo, 
e quindi verranno generati questi pacchetti di errore che però a loro volta non 
sono validi. Questo genera un loop di pacchetti di Acknowledgement chiamato
appunto ACK Storm. Se la desincronizzazione è completa, cioè da entrambe i
sensi di comunicazione, viene creato un ACK Storm per ogni pacchetto spedito
da entrambe gli host. Se la desincronizzazione è parziale (solitamente viene
desincronizzata solo la direzione del client verso il server) verrà creato un
ACK Storm solo dai pacchetti che provengono da quella direzione. Quando vengono 
spediti dei dati in un canale desincronizzato c'è da notare che oltre ad essere 
provocato un ACK Storm, il pacchetto non viene confermato e quindi dopo un pò 
il mittente lo ritrasmetterà credendo che sia andato perso, creando un altro 
ACK Storm. Sarà compito dell'attaccante spedire dei pacchetti di conferma per 
impedire questi ulteriori ACK Storm. Questi loop si fermeranno solo quando uno
dei pacchetti dell'ACK Storm andrà perso.


3 - IP Spoofing Cieco
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Quando si parla di IP Spoofing solitamente ci si riferisce all'IP Spoofing 
cieco. Con questa tecnica l'attaccante cerca di farsi passare per un host 
qualunque di internet, non facente parte della sottorete in cui si trova. In 
questo caso si parla di Spoofing cieco in quanto l'attaccante non avrà nessuna 
possibilità di vedere i pacchetti mandati in risposta ai pacchetti (spoofati) 
che ha spedito.
Questi ultimi infatti saranno indirizzati all'host che egli sta impersonando,
impedendogli quindi di venire a conoscenza del Acknowledgement number e 
Sequence number corretti per continuare la connessione. 
Come si può dedurre le possibilità dello Spoofing cieco sono infinitamente
inferiori a quelle che si poteva avere con lo Spoofing non cieco, ma comunque
qualcosa si può fare ...
Molte volte alcuni server danno un accesso privilegiato a degli host fidati 
attraverso servizi di rlogin senza password o servizi simili. In un caso di
questo tipo l'unico controllo è fatto sul numero IP sorgente della connessione,
quindi se un attaccante riuscisse ad aprire una connessione spoofando il 
proprio IP potrebbe lanciare dei comandi al server facendogli credere di essere 
l'host fidato. Se siete stati attenti fino qua avrete già intuito che questa 
non è un'operazione troppo facile. Andiamo a rivedere brevemente il contenuto 
dei 3 pacchetti TCP necessari per instaurare una connessione:

Pacchetto 1: Direzione: Client  --->  Server
             Flag Attivi: SYN
             Sequence number: X (numero generato dal client)

Pacchetto 2: Direzione: Server  --->  Client
             Flag Attivi: SYN, ACK
             Sequence number: Y (numero generato dal server)
             Acknowledgement number: X + 1

Pacchetto 3: Direzione: Client  --->  Server
             Flag Attivi: ACK
             Sequence number: X + 1
             Acknowledgement number: Y + 1

Se un attaccante tentasse di instaurare una connessione con il proprio IP 
Spoofato, come detto prima, non sarebbe in grado di vedere il pacchetto di 
risposta del server, ovvero il secondo dei 3 pacchetti. Questo è un problema, 
in quanto non sapendo il Sequence number del pacchetto 2 non saprà qual'è 
l'Acknowledgement number corretto per il pacchetto 3 e quindi l'instaurazione
della connessione non potrà andare a buon fine. L'unica soluzione a questo 
problema è cercare di predire il Sequence number corretto.
Sebbene questa tipologia di attacco fosse stata introdotta a livello teorico
molto tempo prima, la prima registrazione ufficiale risale alla vigilia di 
natale del 1994 e fu portata a termine dall'Hacker Kevin Mitnick. 


3.1 - Piccolo dettaglio tecnico
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Supponiamo che un attaccante voglia mettere in pratica quanto appena descritto, 
cioè tentare di aprire una connessione con un server spoofando il proprio IP in 
maniera da farsi passare per un host fidato. Un problema che si presenta 
all'attaccante ancora prima della predizione del Sequence number del secondo 
pacchetto è che l'host che egli cerca di impersonare, non appena riceverà il 
secondo pacchetto, si renderà conto che non sta cercando di aprire una 
connessione: quindi avviserà il server mandandogli un pacchetto di reset 
rendendo nullo il lavoro dell'attaccante.
Per impedire che ciò accada, quest'ultimo o aspetta che l'host da impersonare 
sia spento, o può cercare di "buttarlo giù" con un attacco del tipo Denail of 
Service. L'attacco classico è il SYN flood (spiegato nella sezione 4), anche 
se ultimamente molti host incorporano una protezione per questo tipo di 
attacco. Se l'host dovesse avere questo tipo di protezione, l'attaccante 
potrà provare con un altro dei numerosi DOS esistenti.


3.2 - Generazione del Sequence Number
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E adesso veniamo al problema vero e proprio, come fa l'attaccante a predire un 
numero a 32 bit? 
Bisogna tenere conto che il TCP è stato creato per la gestione di connessioni e 
non per risolvere problemi di sicurezza, quindi non dobbiamo stupirci se molti 
sistemi operativi relativamente vecchi risultano vulnerabili a questa tipologia 
di attacco. Per capire com'è possibile predire il Sequence number andiamo a 
vedere come i server scelgono questo numero. Fondamentalmente esistono 3 modi 
in cui il Sequence number può essere generato, due dei quali sono vulnerabili 
all'IP Spoofing. Vediamoli in dettaglio.


3.2.1 - Generazione in base alla regola dei 64k
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Questo sistema è molto semplice, ma nonostante ciò è molto usato. Le regole
usate per generare il Sequence Number sono le seguenti:
- Incrementa ogni secondo il contatore del Sequence Number di una costante, 
  solitamente 128000
- Se è stata aperta una connessione incrementa il contatore del Sequence 
  Number di un'altra costante, solitamente 64000


3.2.2 - Generazione in base al Tempo
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Anche questa è una tecnica semplice ed abbastanza usata. Per generare il
Sequence Number, dopo un'inizializzazione casuale al boot, il contatore del 
Sequence Number viene incrementato ogni periodo di tempo prefissato. Un esempio
può essere l'incremento di 1 ogni microsecondo.


3.2.3 - Generazione Random
--------------------------
Con questa tecnica il Sequence Number viene generato quasi casualmente, ed è 
pressoché impossibile predirlo. Un esempio di questa tecnica si può trovare
nei nuovi kernel di Linux. 


3.3 - Predizione del Sequence Number
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Come fa quindi l'attaccante a predire il Sequence Number per portare a termine 
il suo attacco?
Prima di tutto deve scoprire quale dei tre algoritmi per la generazione del 
Sequence Number è in uso sul server che vuole colpire. Per fare ciò manda 
qualche pacchetto SYN non spoofato per vedere ed analizzare le risposte del 
server. Questi pacchetti di risposta gli permettono di capire con una certa 
facilità a quale dei tre algoritmi si trova di fronte.
Per vedere se il server sta usando l'algoritmo che usa la regola dei 64k gli è 
sufficiente calcolare la differenza tra 2 pacchetti ricevuti e vedere se il 
numero ottenuto è divisibile per 64000. 
Per capire se il server stà usando l'algoritmo che usa la regola in base al 
tempo dovrà fare dei campionamenti su una serie di pacchetti. Innanzitutto
spedirà una serie di pacchetti SYN e salverà il tempo in cui gli arriva il 
pacchetto SYN/ACK di risposta e il relativo Sequence Number. Quindi andrà a 
calcolare la differenza tra i vari tempi registrati ottenendo l'intervallo di 
tempo trascorso tra due generazioni del Sequence Number. Infine, facendo la 
divisione tra il risultato ottenuto e la differenza tra i Sequence Number 
corrispondenti ai tempi presi in considerazione otterrà l'incremento per ogni 
unità di tempo. Se i risultati di tutti i campionamenti danno un valore simile
si può pensare che il server usi questo algoritmo per generare i Sequence 
Number.
Chiaramente se questi due test non vanno a buon fine probabilmente il server 
usa un algoritmo di generazione random del Sequence Number e per l'attaccante 
non sarà possibile continuare l'attacco. Se così non è il passo successivo sarà
cercare di indovinare il prossimo Sequence Number che verrà generato.
Nel caso della generazione in base alla regola dei 64k predire il Sequence 
Number è abbastanza semplice. Infatti all'attaccante sarà sufficiente spedire 
un pacchetto SYN non spoofato al server, leggere il Sequence Number del 
pacchetto giunto in risposta ed aggiungerci 64000. Il risultato con tutta 
probabilità sarà il prossimo Sequence Number per meno di un secondo, tempo dopo
cui verrà incremento di 128000. Come si può intuire 1 secondo nel mondo dei 
computer è un tempo molto grande, quindi questo algoritmo è particolarmente 
vulnerabile ad un attacco di IP-Spoofing.
Nel caso della generazione in base al tempo, invece, le cose per l'attaccante 
si complicano un po'. Il Sequence Number in questo caso verrà calcolato in base
ai risultati dei campionamenti fatti in precedenza.


3.4 - L'attacco
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Adesso che sappiamo come l'attaccante fa a predire il Sequence Number possiamo 
passare ad analizzare i passi successivi di un attacco di IP Spoofing cieco. 
Per prima cosa l'attaccante si assicurerà che l'host che intende impersonare 
sia spento, e nel caso non lo fosse, prenderà qualche iniziativa (come visto 
nel paragrafo 3.1).
Dopo aver capito di fronte a che tipo di algoritmo per la generazione del 
Sequence Number si trova procederà secondo i seguenti passi:
1 - spedirà un pacchetto SYN non spoofato 
2 - in base al pacchetto SYN/ACK di risposta e all'algoritmo usato calcolerà 
    il prossimo probabile Sequence Number.
3 - spedirà un pacchetto SYN spoofato con l'indirizzo sorgente dell'host fidato
4 - spedirà il pacchetto ACK spoofato con l'indirizzo sorgente dell'host fidato
    con il Sequence Number appena calcolato + 1.
In certi casi, specialmente in quelli in cui il Sequence Number viene calcolato
in base al tempo, indovinare il numero corretto è abbastanza difficile. 
Certe implementazioni del protocollo TCP in alcuni sistemi facilitano il 
compito all'attaccante. In questi sistemi quando viene ricevuto un Sequence 
Number troppo alto rispetto a quello corretto viene generato un pacchetto di 
reset. Se, invece, il Sequence Number è più basso di quello corretto non viene 
fatto assolutamente niente. Questo fatto viene sfruttato spedendo una serie di 
pacchetti ACK con Sequence Number crescenti partendo da un valore leggermente 
inferiore a quello predetto per arrivare ad uno un pò più alto.
A questo punto l'attaccante non ha la sicurezza matematica di essere riuscito
ad aprire la connessione, ma ha comunque una probabilità abbastanza elevata.
Poichè stava cercando di aprire una connessione con il servizio rlogin non gli 
sarà chiesta nessuna password per entrare. Adesso con tutta probabilità, 
quindi, avrà accesso ad una shell. Il passo successivo solitamente sarà quello 
di inviare il comando

echo "+ +" > .rhosts

che ha l'effetto di consentire l'accesso al sistema senza password tramite 
servizi del tipo di rlogin a tutti i numeri IP. Comunque esistono modi diversi 
di procedere, tutto dipende della fantasia e dagli obiettivi dell'attaccante.
L'ultimo particolare da tenere in considerazione è che se il server spedisce 
dei dati, l'attaccante non saprà esattamente quando lo fa e quanti byte 
spedisce, quindi non potrà spedire i pacchetti di Acknowledgement per 
confermare la ricezione dei dati. Questo effettivamente non è un problema per
lui, infatti ciò causerà solamente la ristrasmissione dei dati dopo un 
certo tempo limite.


4 - Denial of Service (DOS)
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Un attacco di tipo DOS ha come scopo finale escludere un determinato host dalla
rete rendendolo irraggiungibile. Fondamentalmente esistono 4 categorie di DOS:
- Attacchi per l'esaurimento di banda, che si basano sull'inondare la rete
  dell'host bersaglio in maniera da consumare tutta la larghezza di banda a lui 
  disponibile. Questo tipo di attacco si può attuare in 2 modi distinti. Il 
  primo caso si ha quando l'attaccante ha a disposizione una connessione più 
  veloce della vittima e quindi riesce a saturarne la banda direttamente. Il 
  secondo metodo si ha quando l'attaccate pur non avendo una connessione veloce
  riesce a saturare la banda della vittima grazie all'utilizzo di altri host
  che hanno lo scopo di amplificare l'attacco.
- Attacchi per l'esaurimento delle risorse, che hanno come scopo colpire il 
  sistema piuttosto che la rete in cui si trova. In genere questo si traduce 
  con il consumo di risorse come cicli di CPU, della memoria, ecc.
- Attacchi contro difetti di programmazione, che vanno a colpire bug software o
  hardware. Solitamente si verificano quando vengono spediti dei dati non 
  previsti all'elemento vulnerabile.
- Attacchi DOS generici.

Molti attacchi di tipo DOS per il loro funzionamento fanno uso dell'IP Spoofing
rendendo quasi impossibile capirne la provenienza. Andiamo adesso ad analizzare
due esempi abbastanza popolari di DOS che fanno uso dell'IP Spoofing.


4.1 - Smurf
-----------
Lo Smurf è un attacco DOS che ha lo scopo di esaurire l'intera banda dell'host 
vittima, sfruttando intere sottoreti che fungono da amplificatori. 
Solitamente ad ogni sottorete è associato un indirizzo IP di broadcast che ha 
per lo più funzioni diagnostiche. Se un pacchetto è indirizzato ad un indirizzo
di broadcast significa che deve essere elaborato da tutti gli host della 
sottorete. Questo può essere utile in certi casi, ad esempio per verificare 
quanti host sono attivi in una sottorete é sufficiente fare un ping 
all'indirizzo di broadcast, anziché farne uno ad ogni indirizzo.
Lo smurf combina questo meccanismo di risposta multipla, con l'IP Spoofing per
creare un attacco pressoché impossibile da fermare. Il funzionamento dello
smurf è molto semplice: l'attaccante spedisce una serie di pacchetti ICMP
"ECHO REQUEST" Spoofati con l'indirizzo dell'host vittima a degli indirizzi 
di broadcast. Il risultato è che tutti gli host della sottorete elaborano il
pacchetto e generano come risposta un pacchetto ICMP "ECHO REPLY" indirizzato
all'host vittima. Per capire meglio prendiamo in esame questo esempio:

A = Host Attaccante
V = Host Vittima
S = Sottorete contenente 100 Host
B = Indirizzo di broadcast della sottorete S

V(A) -----ECHO REQUEST------> B  A Spedisce un pacchetto ICMP "ECHO REQUEST"
                                 Spoofato con l'indirizzo di V all'indirizzo
                                 di broadcast della sottorete.

     ----------------------->    Tutti i 100 host della sottorete rispondono
     -----100 Pacchetti----->    con un pacchetto ICMP "ECHO REPLY" a V
S    ---------ICMP----------> V  credendo che sia lui ad aver spedito il
     ------ECHO REPLY------->    pacchetto precedente.
     -----------------------> 

Come si può capire con questa tecnica anche un host che ha a disposizione una
banda limitata, conoscendo l'indirizzo di broadcast di qualche rete che ha
un fattore di amplificazione elevato, può mettere in ginocchio connessioni 
molto veloci. Supponiamo infatti che l'attaccante abbia a disposizione una
comune connessione a 56 kbps e che riesca a inviare con continuità ad una 
velocità di 5 k/s pacchetti ICMP "ECHO REQUEST" a degli indirizzi di broadcast
che abbiano un fattore di amplificazione di 100. Facendo due semplici conti ci 
si accorge che l'attaccante riesce a generare un traffico di 500 k/s e cioè
4 Mbit al secondo. 


4.2 - SYN Flood
---------------
Il SYN Flood è un attacco DOS che ha come scopo ultimo l'esaurire le risorse 
del sistema vittima. Fino a qualche anno fa il SYN Flood era molto temuto, ma 
adesso molti sistemi incorporano delle protezioni che permettono loro di essere
immuni a questo tipo di attacco.
Come abbiamo visto più volte in questo articolo, quando un client vuole 
instaurare una connessione, spedisce al server un pacchetto SYN. Quando il 
server riceve questo pacchetto alloca una certa quantità di risorse per una
futura connessione e spedisce il pacchetto SYN/ACK aspettandosi il pacchetto 
ACK necessario per completare la connessione. Se il terzo e ultimo pacchetto 
non arriva entro un certo tempo (da qualche decina di secondi a qualche minuto 
a seconda del sistema) il server libera le risorse allocate in precedenza. Il 
problema sfruttato da SYN Flood è che i server, anche se molto potenti, 
esauriscono velocemente le risorse usate per la realizzazione dei collegamenti.
Quindi se in un piccolo lasso di tempo (inferiore al tempo necessario al server
per liberare le risorse) vengono ricevute molte richieste parziali di 
connessioni il server esaurisce le risorse. Ad esempio a sistemi, che sono in 
grado di gestire migliaia di connessioni contemporaneamente, possono bastare 
poche decine di richieste parziali di connessioni pendenti per esaurire questo 
tipo di risorsa. L'idea dell'attacco è spedire una serie di pacchetti SYN in un
breve lasso di tempo in modo da consumare tutte le risorse del server. C'è solo
un particolare da tenere in considerazione, e cioè che i pacchetti che 
l'attaccante spedisce devono avere l'indirizzo sorgente Spoofato con un 
indirizzo di un host inesistente o spento. Questo si spiega con il fatto che se
l'host esiste, non appena riceverà il pacchetto SYN/ACK spedito dal server, 
risponderà con un pacchetto di reset ed il server libererà le risorse rendendo
vani gli sforzi dell'attaccante. Ad un attaccante basterà spedire qualche 
pacchetto SYN ogni 10 secondi per tenere il server in una situazione di 
sovraccarico delle risorse. In una situazione di questo tipo infatti il server
non riuscirà mai a liberare le risorse in quanto non appena sarà passato il 
tempo necessario per deallocare un po' di risorse arriverà subito un pacchetto 
SYN che le riallocherà.
Come si può capire questo attacco è molto pericoloso in quanto si può attuare
anche con una connessione lenta, inoltre spoofando gli indirizzi IP sorgenti
diventa quasi impossibile risalire all'attaccante.


5 - Riferimenti
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- "A short overview of IP spoofing: PART I" reperibile in rete
- "A short overview of IP spoofing: PART II" reperibile in rete
- "IP-spoofing Demystified" tratto da "Phrack Magazine Issue 48"
- "A Simple Active Attack Aganinst TCP" reperibile in rete



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