Fwknop：单包授权与端口试探工具 – 作者:周大涛-安全小百科

介绍

fwknop实现了一种称为单包授权（SPA）的授权方案，用于隐藏服务。SPA将单个数据包经过加密，不可重放，并通过HMAC进行身份验证，以便在传达到隐藏在防火墙后面的服务。

SPA的主要应用场景是防火墙来过滤一切SSH等服务流量，从而使漏洞的利用(包括0day的和未打补丁)变得更加困难。由于没有开放端口，因此无法使用Nmap扫描SPA隐藏的任何服务。

fwknop项目支持四种不同的防火墙：Linux，OpenBSD，FreeBSD和Mac OS X上的iptables，firewalld，PF和ipfw。

SPA基本上是下一代Port Knocking（PK），但在保留其核心优势的同时，解决了PK所表现出的许多限制。PK局限性包括难以防止重放攻击，不对称密码和HMAC计划,通常不可能可靠地支持,这是非常简单的挂载一个DoS攻击PK服务器通过欺骗一个额外的包成PK顺序遍历网络(因此令人信服的PK服务器客户端不知道正确的序列)。所有这些缺点都通过SPA得到了解决。

同时，SPA将服务隐藏在默认的drop防火墙策略后面，被动地获取SPA数据(通常通过libpcap或其他方法)，并为SPA包身份验证和加密/解密实现标准的加密操作。

由fwknop生成的SPA数据包利用HMAC在加密然后验证模型中进行身份验证加密。虽然HMAC的使用目前是可选的（通过--use-hmac命令行开关启用），但有三个原因强烈建议使用：

1.如果没有HMAC，除非使用GnuPG，否则fwknop不可能进行加密的强身份验证，但即使这样，仍然应该应用HMAC。

2.加密后应用的HMAC可防止密码分析CBC模式填充oracle攻击，例如Vaudenay攻击和相关欺骗（如最近的针对SSL的“Lucky 13”攻击）。

3.wknopd守护进程验证HMAC所需的代码比解密SPA包所需的代码要简单得多，因此没有正确的HMAC的SPA包甚至不会通过解密例程发送。

上面的最后一个原因是，即使SPA数据包使用GnuPG加密，仍然应该使用HMAC，因为SPA数据不是通过libgpgme函数发送的，除非HMAC首先检出。GnuPG和libgpgme是相对复杂的代码体，因此限制潜在攻击者通过HMAC操作与此代码交互的能力有助于保持更强的安全性。生成用于SPA通信的HMAC除了普通加密密钥之外还需要专用密钥，并且可以使用该--key-gen选项生成两者。

fwknop使用Rijndael分组密码或通过GnuPG和相关的非对称密码对SPA数据包进行加密。如果选择了对称加密方法，则通常在客户端和服务器之间共享加密密钥（/etc/fwknop/access.conf有关详细信息，请参阅文件）。用于Rijndael加密的实际加密密钥是通过标准PBKDF1密钥导出算法生成的，并且设置了CBC模式。如果选择GnuPG方法，则加密密钥从GnuPG密钥环导出。

用例

使用单数据包授权（SPA）或安全性受到挑战的同类端口 Knocking（PK）的人通常访问在部署SPA / PK软件的同一系统上运行的SSHD。也就是说，在主机上运行的防火墙对所有传入的SSH连接都有一个默认删除策略，这样就不能扫描SSHD，但是SPA守护进程会重新配置防火墙，暂时授予对被动认证的SPA客户机的访问权：

fwknop支持上述内容，但也更加牛批，并且使用NAT（对于iptables / firewalld防火墙）。毕竟，重要的防火墙通常是网络之间的网关，而不是仅部署在独立主机上。NAT通常用于此类防火墙（至少用于IPv4通信），以便为RFC 1918地址空间上的内部网络提供Internet访问，并允许外部主机访问内部系统上托管的服务。

由于fwknop与NAT集成，因此可以利用SPA 通过外部Internet上的用户通过防火墙访问内部服务。虽然这在现代传统网络上有很多应用，但它也允许fwknop支持亚马逊的AWS等云计算环境：

用户界面

官方跨平台fwknop客户端用户界面fwknop-gui （下载，github）由Jonathan Bennett开发。支持大多数主要的客户端SPA模式，包括NAT请求，HMAC和Rijndael密钥（尚不支持GnuPG），fwknoprc节点保存等。目前fwknop-gui在Linux，Mac OS X和Windows上运行。

这是来自OS X的截图：

教程

有关fwknop的综合教程可以在这里找到：

http://www.cipherdyne.org/fwknop/docs/fwknop-tutorial.html

特征

以下是fwknop项目支持的完整功能列表：

1.在Linux上的iptables和firewalld防火墙，* BSD和Mac OS X上的ipfw防火墙以及OpenBSD上的PF上实现单个数据包授权。

2.fwknop客户端在Cygwin下的Linux，Mac OS X，* BSD和Windows上运行。此外，还有一个Android应用程序可以生成SPA数据包。

3.支持Rijndael和GnuPG方法用于SPA数据包的加密/解密。

4.支持Rijndael和GnuPG的HMAC认证加密。操作顺序是加密 – 然后验证以避免各种密码分析问题。

5.通过有效传入SPA数据包的SHA-256摘要比较来检测和阻止重播攻击。还支持其他摘要算法，但SHA-256是默认算法。

6.通过libpcap从导线上被动地嗅探SPA包。fwknopd服务器还可以从由单独的以太网嗅探器（例如with tcpdump -w <file>），iptables ULOG pcap writer或直接通过UDP套接字--udp-server模式写入的文件中获取数据包数据。

7.对于iptables防火墙，fwknop添加的ACCEPT规则在自定义iptables链中添加和删除（在可配置的超时之后），以便fwknop不会干扰可能已经加载到系统上的任何现有iptables策略。

8.支持经过身份验证的SPA通信的入站NAT连接（仅适用于iptables防火墙）。这意味着可以将fwknop配置为创建DNAT规则，以便您可以从开放Internet访问RFC 1918 IP地址上的内部系统上运行的服务（如SSH）。还支持SNAT规则，它实质上将fwknopd转换为SPA验证网关，以从内部网络访问Internet。

9.fwknop服务器支持多个用户，并且可以通过/etc/fwknop/access.conf文件为每个用户分配自己的对称或非对称加密密钥。

10.通过https://www.cipherdyne.org/cgi-bin/myip自动解析外部IP地址（当从NAT设备后面运行fwknop客户端时，这非常有用）。由于外部IP地址在此模式下在每个SPA数据包内进行加密，因此中间人（MITM）会攻击内联设备拦截SPA数据包并仅从其他IP转发以获取访问权限受到阻碍。

11.SPA数据包的目标端口以及通过iptables NAT功能建立后续连接的端口支持端口随机化。后者适用于转发到内部服务的连接以及授予运行fwknopd的系统上的本地套接字的访问权限。

12.与Tor集成（如本DefCon 14演示文稿中所述）。请注意，由于Tor使用TCP进行传输，因此通过Tor网络发送SPA数据包要求每个SPA数据包都通过已建立的TCP连接发送，因此从技术上讲，这打破了“单数据包授权”的“单一”方面。但是，Tor提供的匿名优势在某些部署中可能超过这一考虑因素。

13.实现SPA通信的版本化协议，因此很容易扩展协议以提供新的SPA消息类型，同时保持与旧的fwknop客户端的向后兼容性。

14.支持代表有效SPA数据包执行shell命令。

15.fwknop服务器可以配置为对入站SPA数据包施加多个限制，超出加密密钥强制执行的限制和重放攻击检测。即，包年龄，源IP地址，远程用户，对请求端口的访问等。

16.捆绑了fwknop是一个全面的测试套件，它发布了一系列测试，旨在验证fwknop的客户端和服务器部分是否正常工作。这些测试涉及通过本地环回接口嗅探SPA数据包，构建临时防火墙规则，根据测试配置检查相应的访问权限，并解析来自fwknop客户端和fwknopd服务器的输出，以获得每个测试的预期标记。测试套件输出可以很容易地匿名化，以便与第三方进行通信以进行分析。

17.fwknop是第一个将端口敲击与被动操作系统指纹识别相结合的程序。但是，单包授权提供了除端口 knocking之外的许多安全优势，因此通常不推荐端口 knocking操作模式。

License

fwknop项目根据GNU通用公共许可证（GPL v2）或（根据您的选择）任何更新版本的条款作为开源软件发布。最新版本可在http://www.cipherdyne.org/fwknop/找到。

升级

如果您从旧版本的fwknop升级（这也包括原始的perl实现），那么您将需要阅读以下链接以确保顺利过渡到fwknop-2.5或更高版本：

http://www.cipherdyne.org/fwknop/docs/fwknop-tutorial.html#backwards-compatibility

Building fwknop

此发行版使用GNU autoconf来设置构建。INSTALL有关使用autoconf的一般基础知识，请参阅文件。

有一些特定于fwknop的“配置”选项。它们是（从./configure –help中提取）：

  --disable-client        Do not build the fwknop client component. The
                          default is to build the client.
  --disable-server        Do not build the fwknop server component. The
                          default is to build the server.
  --with-gpgme            support for gpg encryption using libgpgme
                          [default=check]
  --with-gpgme-prefix=PFX prefix where GPGME is installed (optional)
  --with-gpg=/path/to/gpg Specify path to the gpg executable that gpgme will
                          use [default=check path]
  --with-firewalld=/path/to/firewalld
                          Specify path to the firewalld executable
                          [default=check path]
  --with-iptables=/path/to/iptables
                          Specify path to the iptables executable
                          [default=check path]
  --with-ipfw=/path/to/ipfw
                          Specify path to the ipfw executable [default=check
                          path]
  --with-pf=/path/to/pfctl
                          Specify path to the pf executable [default=check
                          path]
  --with-ipf=/path/to/ipf Specify path to the ipf executable [default=check
                          path]

Examples:

./configure --disable-client --with-firewalld=/bin/firewall-cmd
./configure --disable-client --with-iptables=/sbin/iptables --with-firewalld=no