27、网络安全与通信技术全解析-优快云博客

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网络安全与通信技术全解析

1. Nmap扫描工具

Nmap是一款强大的网络扫描工具，许多发行版都自带Nmap包，也可以从 http://www.insecure.org/ 获取。当监听本地计算机端口时，建议从至少两个点进行Nmap扫描：本地计算机和另一台（可能是本地网络之外的）计算机，这样能了解防火墙的屏蔽情况。

需要注意的是，如果要在他人管理的网络中进行Nmap扫描，务必先获得许可，因为网络管理员会监控端口扫描，通常会禁用进行扫描的计算机的访问权限。

执行通用主机扫描的命令是 nmap host ，例如：

$ nmap 10.1.2.2
Starting Nmap 5.21 ( http://nmap.org ) at 2015-09-21 16:51 PST
Nmap scan report for 10.1.2.2
Host is up (0.00027s latency).
Not shown: 993 closed ports
PORT     STATE SERVICE
22/tcp   open  ssh
25/tcp   open  smtp
80/tcp   open  http
111/tcp  open  rpcbind
8800/tcp open  unknown
9000/tcp open  cslistener
9090/tcp open  zeus-admin
Nmap done: 1 IP address (1 host up) scanned in 0.12 seconds

从这个扫描结果可以看出，有多个服务处于开放状态，其中很多在大多数发行版中默认是未启用的，只有端口111（rpcbind）通常是默认启用的。

2. 远程过程调用（RPC）

RPC即远程过程调用，是位于应用层底层的系统。它的设计初衷是让程序员更方便地访问网络应用，利用程序调用远程程序中的函数（由程序编号标识），并让程序返回结果代码或消息。

RPC的实现使用TCP和UDP等传输协议，需要一个特殊的中间服务将程序编号映射到TCP和UDP端口，这个服务就是rpcbind，任何想使用RPC服务的计算机都必须运行它。

要查看计算机上有哪些RPC服务，可以执行以下命令：

$ rpcinfo -p localhost

RPC是一种难以淘汰的协议，NFS（网络文件系统）和NIS（网络信息服务）都使用RPC，但在独立计算机上它们并非必需。不过，即使你认为已经消除了对rpcbind的需求，还是会有新的需求出现，比如GNOME中的FAM（文件访问监控）支持。

3. 网络安全基础

由于Linux是PC平台上非常流行的Unix变体，尤其是广泛用于Web服务器，因此吸引了很多试图入侵计算机系统的人。虽然防火墙是网络安全的一部分，但这并不是全部。

以下是一些基本的网络安全规则：
- 最小化服务运行 ：入侵者无法攻击系统中不存在的服务。如果知道某个服务但目前不用，不要仅仅因为未来可能会用就启用它。
- 使用防火墙进行最大程度的屏蔽 ：Unix系统有许多内部服务，可能不为用户所知（如TCP 111端口的RPC端口映射服务器），应避免其他系统知晓这些服务。使用有效的防火墙规则，并在路由器上安装防火墙。
- 监控提供给互联网的服务 ：如果运行SSH、Postfix等服务器，要保持软件更新，并获取适当的安全警报。
- 为服务器使用“长期支持”的发行版 ：安全团队通常会将工作重点放在稳定且有支持的发行版上，开发和测试版本（如Debian Unstable和Fedora Rawhide）得到的关注较少。
- 不随意授予系统账户 ：从本地账户获得超级用户权限比远程入侵更容易。不要认为朋友能妥善保护密码。
- 避免安装可疑的二进制包 ：它们可能包含特洛伊木马。

网络攻击主要有以下三种基本类型：
| 攻击类型 | 描述 |
| ---- | ---- |
| 完全控制 | 攻击者试图获得计算机的超级用户权限（完全控制），可以通过攻击服务（如利用缓冲区溢出）或控制保护不足的用户账户，再利用编写不当的setuid程序来实现。 |
| DoS攻击（拒绝服务攻击） | 这种攻击会阻止计算机运行网络服务或使计算机以其他方式运行不正常，无需特殊访问权限。此类攻击较难预防，但响应相对容易。 |
| 恶意软件 | Linux用户大多对蠕虫和简单的电子邮件病毒免疫，因为他们的电子邮件客户端不会轻易执行附件中的程序。但Linux恶意软件确实存在，应避免从陌生来源下载和安装软件二进制文件。 |

4. 常见漏洞及防护

常见的网络漏洞主要有两种：
- 直接攻击 ：最常见的是利用缓冲区溢出，粗心的程序员没有检查缓冲区数组的边界。攻击者在大量数据中创建栈帧，将这些数据发送到远程服务器，然后等待服务器覆盖程序数据并执行新的栈帧。虽然这种攻击在某种程度上比较复杂，但很容易被复制。
- 明文密码嗅探 ：一旦攻击者获取了明文密码，就可以轻松获得本地超级用户权限，还可能将计算机用作攻击其他主机的中间节点。

如果某个服务没有原生的加密支持，可以尝试使用Stunnel（ http://www.stunnel.org/ ），它是一个类似于TCP包装器的加密包装包，特别适合包装inetd服务。

以下是一些应始终禁用的服务，因为它们由于实现和设计不佳，容易成为攻击目标：
- ftpd ：所有FTP服务器似乎都存在大量漏洞，且大多数使用明文密码。如果需要在计算机之间传输文件，可以考虑基于SSH的解决方案或rsync服务器。
- telnetd、rlogind、rexecd ：它们都会以明文形式传输远程会话数据（包括密码），除非有支持Kerberos的版本，否则应避免使用。
- fingerd ：攻击者可以使用该服务获取用户列表和其他信息。

5. 网络安全相关资源

以下是一些有用的网络安全相关网站：
- http://www.sans.org/ ：提供培训、服务、每周免费时事通讯（列出当前主要的漏洞）、安全策略示例等信息。
- http://www.cert.org/ ：查找严重问题的地方。
- http://www.insecure.org/ ：获取Nmap信息以及各种网络漏洞测试工具的参考资料。

如果对网络安全感兴趣，建议学习TLS（传输层安全）及其前身SSL（安全套接层）。Davies的《Implementing SSL/TLS Using Cryptography and PKI》（Wiley，2011）是一本很好的指南。

6. 网络服务器实践

如果想尝试一些复杂的网络服务器，常见的有Web服务器Apache和电子邮件服务器Postfix。特别是Apache，易于安装，大多数发行版都提供了相应的包。如果计算机位于防火墙或启用了NAT的路由器后面，可以放心地进行各种配置实验，无需担心安全问题。

7. 网络通信中的套接字

在Unix系统中，进程使用套接字来标识与网络的通信时间和方式。套接字是进程通过内核访问网络的接口，代表了用户空间和内核空间的边界，通常也用于进程间通信（IPC）。

不同类型的套接字用于不同的网络访问方式，例如：
- TCP连接 ：由流套接字（stream sockets，程序员视角为SOCK_STREAM）表示。
- UDP连接 ：由数据报套接字（datagram sockets，SOCK_DGRAM）表示。

配置网络套接字可能比较复杂，需要考虑套接字类型、IP地址、端口和传输协议等因素。但一旦解决了初始细节，服务器将使用标准方法处理网络传入流量。

许多服务器处理传入流套接字连接的流程如下：

graph TD;
    A[主进程使用监听套接字查找网络连接] --> B{是否有新连接};
    B -- 是 --> C[主进程使用accept()接受连接，创建读写套接字];
    C --> D[主进程使用fork()创建子进程处理连接];
    D --> E[原监听套接字继续等待新连接];
    B -- 否 --> A;

进程配置好特定类型的套接字后，就可以根据套接字类型进行交互。这使得套接字具有灵活性，如果需要更改底层传输层，大部分情况下只需修改初始化代码。

对于程序员来说，W. Richard Stephens、Bill Fenner和Andrew M. Rudoff的《Unix Network Programming, Volume 1, 3rd edition》（Addison - Wesley Professional，2003）是学习套接字接口的经典指南，第2卷还讨论了进程间通信。

8. Unix域套接字

使用网络资源的应用程序不一定需要涉及两个不同的主机。许多应用程序采用客户端 - 服务器或点对点系统架构，同一计算机上的进程使用进程间通信（IPC）来协商工作分配。例如，systemd和NetworkManager等守护进程使用D - Bus来监控和响应系统事件。

进程可以使用本地主机（127.0.0.1）上的普通IP网络进行通信，但通常会使用一种特殊的套接字，即Unix域套接字。当进程连接到Unix域套接字时，其行为与网络套接字非常相似，可以监听和接受连接，还可以选择不同类型的套接字来模拟TCP或UDP。

需要注意的是，Unix域套接字不是网络套接字，背后没有网络，使用时甚至不需要配置网络，也不一定与套接字文件关联，进程可以创建无名Unix域套接字并与其他进程共享地址。

9. Unix域套接字对开发者的优势

开发者喜欢使用Unix域套接字进行IPC，主要有以下两个原因：
- 访问控制和安全性 ：开发者可以使用文件系统中的特殊套接字文件来控制访问，没有访问权限的进程无法使用该套接字。而且由于不涉及网络交互，这种解决方案更简单，也更不容易受到传统网络入侵的影响。例如，D - Bus的套接字文件通常位于 /var/run/dbus ：

$ ls -l /var/run/dbus/system_bus_socket
srwxrwxrwx 1 root root 0 Nov  9 08:52 /var/run/dbus/system_bus_socket

性能优势 ：Linux内核在处理Unix域套接字时，无需经过网络子系统的多个层次，因此性能通常更好。

编写Unix域套接字的代码与支持普通网络套接字的代码差别不大。由于优势明显，一些网络服务器既支持网络通信，也支持Unix域套接字通信。例如，MySQL数据库服务器 mysqld 可以接受远程主机的客户端连接，通常也会在 /var/run/mysqld/mysqld.sock 提供Unix域套接字。

10. 列出Unix域套接字

可以使用 lsof -U 命令查看系统中当前正在使用的Unix域套接字列表：

# lsof -U
COMMAND     PID       USER   FD   TYPE     DEVICE SIZE/OFF     NODE NAME
mysqld    19701      mysql   12u  unix 0xe4defcc0      0t0 35201227 /var/run/mysqld/mysqld.sock
chromium- 26534      juser    5u  unix 0xeeac9b00      0t0 42445141 socket
tlsmgr    30480    postfix    5u  unix 0xc3384240      0t0 17009106 socket
tlsmgr    30480    postfix    6u  unix 0xe20161c0      0t0    10965 private/tlsmgr
--trecho omitido--

由于许多现代应用程序大量使用无名套接字，列表可能会很长，可以通过输出中 NAME 列的 socket 来识别无名套接字。

网络安全与通信技术全解析

11. Unix域套接字的实际应用案例

Unix域套接字在实际应用中有着广泛的用途，下面为大家介绍几个常见的场景。

11.1 数据库服务

以MySQL数据库为例， mysqld 不仅可以通过网络接受远程客户端的连接，还会在 /var/run/mysqld/mysqld.sock 提供Unix域套接字。当本地应用程序需要与MySQL数据库进行交互时，使用Unix域套接字可以避免网络开销，提高数据传输的效率。以下是一个简单的Python示例，展示如何使用Unix域套接字连接到MySQL数据库：

import mysql.connector

# 使用Unix域套接字连接到MySQL
mydb = mysql.connector.connect(
    unix_socket='/var/run/mysqld/mysqld.sock',
    user='your_username',
    password='your_password',
    database='your_database'
)

mycursor = mydb.cursor()
mycursor.execute("SELECT * FROM your_table")
myresult = mycursor.fetchall()

for x in myresult:
    print(x)

在这个示例中，我们通过指定 unix_socket 参数，使用Unix域套接字连接到MySQL数据库，并执行了一个简单的查询操作。

11.2 系统服务间通信

像 systemd 和 NetworkManager 这样的系统守护进程，使用D - Bus进行系统事件的监控和响应。D - Bus底层就是基于Unix域套接字实现的，通过Unix域套接字可以实现不同系统服务之间高效、安全的通信。这种通信方式避免了网络通信带来的复杂性和安全风险，确保了系统服务之间的稳定交互。

12. 网络安全的持续监测与响应

网络安全是一个持续的过程，需要不断地进行监测和响应。以下是一些关于网络安全监测和响应的建议：

12.1 日志监控

定期查看系统和应用程序的日志文件，从中发现潜在的安全问题。例如，查看 /var/log/auth.log 文件可以了解用户的登录情况，是否存在异常的登录尝试。可以使用 grep 命令来查找特定的关键字，如：

$ grep "Failed password" /var/log/auth.log

这个命令会查找 auth.log 文件中所有包含 “Failed password” 的行，帮助我们发现可能的暴力破解尝试。

12.2 入侵检测系统（IDS）

使用入侵检测系统来实时监测网络流量和系统活动，发现异常行为。常见的开源入侵检测系统有Snort和Suricata。以下是安装和配置Snort的基本步骤：
1. 安装Snort ：在Ubuntu系统上，可以使用以下命令进行安装：

$ sudo apt-get install snort

配置Snort ：编辑 /etc/snort/snort.conf 文件，配置规则集和网络接口等参数。
启动Snort ：使用以下命令启动Snort：

$ sudo snort -A console -q -u snort -g snort -c /etc/snort/snort.conf -i eth0

这个命令会以控制台模式启动Snort，监听 eth0 网络接口，并使用指定的配置文件。

12.3 应急响应计划

制定应急响应计划，当发现安全事件时能够迅速采取行动。应急响应计划应包括以下几个方面：
| 步骤 | 描述 |
| ---- | ---- |
| 事件识别 | 及时发现安全事件，如系统异常、网络流量异常等。 |
| 事件评估 | 评估事件的严重程度和影响范围。 |
| 隔离受影响的系统 | 防止事件进一步扩散。 |
| 调查和分析 | 找出事件的原因和攻击者的手段。 |
| 恢复和修复 | 恢复受影响的系统和数据，修复安全漏洞。 |
| 总结和改进 | 总结事件处理过程中的经验教训，改进安全策略和措施。 |

13. 网络通信技术的未来发展趋势

随着技术的不断发展，网络通信技术也在不断演进。以下是一些未来的发展趋势：

13.1 5G与物联网（IoT）

5G技术的高速、低延迟和大容量特点，将推动物联网的快速发展。大量的物联网设备将通过网络进行连接和通信，这对网络安全和通信技术提出了更高的要求。例如，智能家居、智能交通等领域的应用将更加普及，需要确保设备之间的通信安全和数据隐私。

13.2 人工智能与网络安全

人工智能技术在网络安全领域的应用将越来越广泛。通过机器学习和深度学习算法，可以对网络流量进行实时分析，发现潜在的安全威胁。同时，人工智能还可以用于自动化的应急响应，提高安全事件的处理效率。

13.3 量子通信

量子通信技术具有高度的安全性，能够有效防止信息被窃取和篡改。虽然目前量子通信技术还处于发展阶段，但未来有望在金融、政府等对信息安全要求较高的领域得到广泛应用。

14. 总结

网络安全和通信技术是当今数字化时代的重要组成部分。通过了解和掌握Nmap扫描工具、RPC协议、网络安全规则、套接字（包括Unix域套接字）等知识，我们可以更好地保护自己的计算机系统和网络安全。同时，关注网络安全的持续监测和响应，以及网络通信技术的未来发展趋势，有助于我们在不断变化的技术环境中保持领先地位。希望本文能够为大家在网络安全和通信技术方面提供有价值的参考和指导。

在实际应用中，大家可以根据自己的需求和场景，选择合适的技术和方法，不断提升网络安全防护能力和通信效率。同时，也要不断学习和更新知识，以适应技术的快速发展。