扫盲 DNS 原理 兼谈“域名劫持”和“域名欺骗/域名污染”

扫盲 DNS 原理,兼谈"域名劫持"和"域名欺骗/域名污染"

前天下午(1月21日),咱们天朝发生了全国性的互联网故障,导致大量国内网站无法访问。这次故障说白了就是一次全国性大范围的域名污染。所以俺借此机会,给大伙儿扫盲一下 DNS 的常识。既然是扫盲 DNS,也顺带说说"域名劫持"和"域名污染"这两个很容易混淆的概念。提醒一下:这两者的其中之一是 GFW 的大杀器,爱翻墙的同学有必要了解。

★DNS 是啥?

DNS 是洋文"Domain Name System"的缩写,直译过来就是"域名系统"。

★DNS 有啥用?

咱们每天打交道的这个互联网,其底层的基石是"IP"。IP 是"Internet Protocol"的缩写,中文就"互联网协议"(光看名字就知道这玩意儿很重要)。咱们日常用的那些互联网软件(浏览器、聊天工具、下载工具、等等)在工作时,必须依靠【IP地址】才能进行网络数据传输。

"IP地址"是设计给软件用滴——虽然软件很容易处理,但对于人类而言,却很难记忆。于是,后来又发明了 DNS。有了 DNS,人类就不需要记住长长的一串 IP地址,而只需记住"域名"(域名通常更短,也更具有可读性)。

比如你上网的时候,只需在地址栏输入网站的"域名",而不用输入网站的"IP地址"。然后电脑系统会利用 DNS 来把"域名"翻译成"IP地址"。这个翻译的过程术语叫"域名解析/DNS解析"。

★域名的结构是咋样滴?

域名是按照"树形结构"组织的。不懂得啥是"树形结构"的同学,可以对照一下电脑硬盘上的目录结构。域名的结构和目录结构很类似,目录结构是用"斜杠"作� �隔符,而域名是用小数点作分隔符。两者的主要区别在于:目录结构名称的形式是从左到右(上级在左,下级在右),而域名是从右到左(上级在右,下级在左)。
  
以俺博客的域名为例:

program-think.blogspot.com 的上级域名是 blogspot.com
blogspot.com 的上级域名是 com
这里的 com 就被称为顶级域名(Top-Level Domain,简称 TLD),跟 com 类似的那些 net org gov 也是顶级域名。还有那些以国家/地区的代码命名的(比如 cn tw hk jp 等等)也是顶级域名。

★"域名解析"是咋实现滴?


  如果你曾经配置过电脑的网卡,应该记得上面除了有IP地址、掩码等设置,还有一项设置是"DNS服务器/域名服务器"。这项设置就是用� ��帮助你的电脑进行域名解析的。你可以把这个"DNS服务器"想象成114查号台。每当电脑需要翻译某个域名,就找这个域名服务器查询,然后域名服务器会告诉你的电脑,要查询的域名对应的IP地址是啥。

下面简单说一下,你的电脑进行域名解析的过程。

为了叙述方便,以俺博客为例。当你在浏览器的地址栏中输入 http://program-think.blogspot.com/,然后敲回车,这时候电脑软件会进行如下一系列事情。

1. 首先根据输入的网址,提取出域名(在本例中,也就是 program-think.blogspot.com

2. 如果你在系统中配置了 Hosts 文件,那么电脑会先查询 Hosts 文件,看这个 program-think.blogspot.com 否已经在 Hosts 里面有了对应的记录。如果有,直接就可以拿到该记录中的 IP地址,过程就结束了。

3. 如果 Hosts 里面没有这个别名,那么电脑会看你有没有设置域名服务器(DNS 服务器)。如果你系统没有设置过域名服务器,那电脑就没辙了,浏览器直接会报错,说网站找不到。过程就结束了。

4. 如果你设置过"域名服务器",那么电脑会向这个域名服务器发送一个域名查询(DNS query)的请求,然后等候域名服务器的回应。

5. 如果域名服务器始终没有回应(比如域名服务器挂了,或域名服务器的IP填错了,或请求被 GFW 拦截了),那么电脑还是没辙(浏览器会报错)。

6. 如果域名服务器回应了,那么你的电脑就可以根据域名服务器的应答信息,得到该域名的 IP地址。之后浏览器就会向这个 IP地址 对应的 Web 端口发送 HTTP 请求。

通常情况下,电脑拿到的(DNS服务器)应答信息是正确的,也就是说,应答中的 IP地址 确实对应那个域名——这种情况下,你的网络软件就可以正常工作了。

但是在天朝这个奇葩的国家,电脑拿到的 DNS 应答有可能是【错的】。为啥会这样捏,本文的后半部,俺会介绍一下"域名劫持"和"域名污染"。

★域名服务器如何知道这些信息?

(本小节的内容偏技术化,技术菜鸟请仔细理解)

刚才介绍了"客户端域名解析"的过程。接下来说说域名服务器是如何得到这些信息的。

◇域名的缓存

大伙儿平时使用的域名服务器,技术术语叫"递归域名服务器"。"递归服务器"是面向普通网友的。刚才介绍"域名解析"的时候提到的服务器就是"递归服务器"。

"递归服务器"的内部通常会有一个 DNS记录 的缓存——这个缓存是为了提高查 询效率的。当某台电脑向递归服务器发起域名查询时,递归服务器首先看自己的缓存中有没有该域名的记录,如果有,直接就回复该记录给查询的电脑。

万一对方想要查询的域名没找到,咋办捏?这时候就要进行缓存的同步。

◇缓存的同步

下面就拿俺博客的域名为例,说说这种情况的处理流程。

1. 对方查询 program-think.blogspot.com 这个域名,"递归服务器"发现自己的缓存中没有

2. "递归服务器"会先去找"根域名服务器"帮忙,"根服务器"会告诉"递归服务器"说:这个域名属于 com 这个分支之下,你去找 com 这个域名的"权威服务器",这个权威服务器的 IP地址 是 xxx。

3. 然后"递归服务器"根据拿到的这个 xxx地址,又去找"com 域名的权威服务器"。"com 域名的权威服务器"告诉它:你应该去找"blo gspot.com 域名的权威服务器",这个权威服务器的 IP地址 是 yyy

4. 然后"递归服务器"又屁颠屁颠地去找"blogspot.com 域名的权威服务器"。这时候"blogspot.com 域名的权威服务器"才会告诉它,program-think.blogspot.com 这个域名的 IP地址 到底是多少。

大伙儿看到没有?整个过程如同"踢皮球",效率是很低的。所以俺前面提到,"递归域名服务器"必须得有一个缓存,以此来优化效率(不用每次查询都来一次"踢皮球")。

◇同步的周期

说完了"域名的同步",顺便提一下"同步的周期"。

因为互联网上的域名信息是有可能发生变化的。比如增加了某个新域名,注销了某个旧域名,或者某个域名对应的 IP地址 变了。所以,"递归服务器"上保留的缓存中,每一条域名记录都有一个生命周期(可能是几分钟,也可能是几小时)。如果某条记录的生命周期过了,就会被删除,然后重新同步。

★啥是"域名劫持"?


刚才说了,域名服务器上都会保存一大堆的域名记录(每条记录包含"域名"和"IP地址")。当收到域名查询的时候,域名服务器会从这堆记录中找到对方想要的,然后回应给对方。

如果域名服务器上的某条记录被【人为修改】了(改成错的),那么一旦要查询这条记录,得到的就是错误的结果。这种情况称之为"域名劫持"。

★谁有"域名劫持"的企图?

"域名劫持"通常是电信运营商(ISP)干的好事儿。很多宽带用户用的域名服务器就是 ISP 提供给你的。而天朝的 ISP 也是很奇葩的——经常耍流氓。

举例:

前几年曾经出现过:某个 ISP 跟百度勾结,把谷歌的流量重定向到百度。具体搞法是:该 ISP 篡改自己的域名服务器的记录,把里面跟 google.com 相关的域名记录的 IP地址 修改为百度服务器的 IP地址。如此一来,假设你用的是这个 ISP 的域名服务器,当你在浏览器输入 www.gooogle.com 的时候,你的电脑查询到的 IP地址 其实是百度的 IP地址,所以浏览器打开的是"百度"的主页。

★如何对付"域名劫持"?

刚才说了,"域名劫持"的根源在于:域名服务器上的记录被人给改了。要对付这种耍流氓,最直接的办法就是不要使用这种流氓 ISP 提供的域名服务器,改用国外那些比较靠谱的。目前口碑最好的,大概是 Google 提供的两个域名服务器,IP地址 分别是 8.8.8.8 和 8.8.4.4 ——这俩不光是地址好记,更重要的是,不会耍流氓。

★啥是"域名污染"?

先提醒一下:"域名污染"这 个词还有其它几个别名,分别是"域名欺骗"、"域名缓存投毒"(洋文叫:DNS cache poisoning)。今后看到这几个别名,要晓得是同一个意思。

"域名污染"的原理,简单说来是这样滴:当你的电脑向域名服务器发送了"域名查询"的请求,然后域名服务器把回应发送给你的电脑,这之间是有一个时间差的。如果某个攻击者能够在域名服务器的"DNS应答"还没有到达你的电脑之前,先伪造一个错误的"DNS应答"发给你电脑。那么你的电脑收到的就是错误的信息,并得到一个错误的 IP地址。

★谁有"域名污染"的企图?


从技术上讲,只要攻击者能够位于"你"和"域名服务器"的传输线路中间,那么攻击者就有机会搞"域名污染"。能够做到这点的,可能是一个黑客/骇客,也可能是 ISP。不过这些都不是本节聊的重点。本节的重点是 GFW——它是最有资源搞域名污染的,同时也最有意愿搞域名污染的。在《如何翻墙?》这篇全面扫盲教程中,俺提到 GFW 最有名的三板斧,其中一板斧就是"域名污染"。

举例:

比如某个国外网站,长年累月地抹黑咱们伟大光荣正确的党国,搞得咱们的"伟光正"很没面子,很不爽。那么朝廷的"真理部"就会给 GFW 下达封杀令——要求 GFW 全面封锁某某网站。对于 GFW 而言,要全面封掉某个网站,最简单的一个办法就是直接污染该网站的域名。用了这招之后,那些不懂翻墙的网友只要是通过【域名的方式】访问该网站,他们的电脑进行 DNS查询 之后,多半会得到错误的结果(也就是说,查到的 IP地址 是假的);既然拿到假的 IP地址,当然就无法打开这个网站的页面啦。

★GFW 的两种"域名污染"

刚才俺解释了"域名污染"的原理,那种形式不妨称为"直接污染"。由于 GFW 的特殊性,它不但可以做到"直接污染",还可以做到"间接污染"。而普通的骇客顶多只能做到"直接污染",难以做到"大范围的间接污染"。

那么这两种污染有啥区别捏?且听俺细细道来。

◇GFW 部署在哪?

首先有必要先扫盲一下"GFW的部署位置"。咱们天朝的互联网只有少数几个国际出口(名气较大的是:北京出口、上海出口、广州出口)。如果你要访问天朝之外的网站,你的网络数据流就必定会经过其中的某个"国际出口"。而天朝的每一个国际出口都部署了 GFW 的设备。

说到这里,顺便插一句:

GFW 是洋文"Great FireWall"的缩写。很多同学包括很多懂技术的同学)都望文生义,想当然地以为 GFW 就是某种"防火墙"设备。其实不然。GFW 是基于 IDS(IDS是"入侵监测系统"的缩写)打造的。有空的话,俺再来聊聊 GFW 本身的技术细节。

◇GFW 的直接污染

因为 GFW 部署在天朝的国际出口。如果你用的是【国外的】域名服务器,你的"DNS请求"必定会经过国际出口;同样,域名服务器的"DNS应答"必定也会经过国际出口才能到你的电脑。这一来一回就给 GFW 提供了耍流氓的机会。

这种污染就是俺所说的"直接污染"。

◇GFW 的间接污染

刚才介绍了"使用国外域名服务器会被直接污染"。那如果你用的是【国内的】域名服务器捏?就会被"间接污染"。过程如下:

1. 比方说你用的是电信的 DNS服务器,然后你想要访问某个(被� ��杀的)反共网站。因为这个反共网站在国外,所以反共网站对应的"权威域名服务器"肯定也是在国外。

2. 当你向"电信的DNS服务器"查询反共网站的域名,这台"电信的DNS服务器"会去找这个反共网站的上一级域名对应的"权威域名服务器"去进行"域名查询"。

3. 因为是从国外进行域名查询,相关的数据流必定要经过国际出口。一旦经过国际出口,就会被 GFW 污染。

4. 如此一来,"电信的域名服务器"拿到的是已经被污染的域名记录(里面的IP是错的)。而且"电信的域名服务器"会把这条错误的记录保存在自己的域名缓存中。
5. 下次如果有另一个网友也找这台"电信的域名服务"查询这个反共网站,也会查到错误的结果。

上述过程不断重复,最终会导致:全国所有的域名服务器,它们的缓存中只要是包含了那反共网站的记录,记录中的 IP地址 必定是错的(这个错误的 IP地址 也就是 GFW 伪造的那个)。所以说"间接污染"是很牛逼的,可以把错误的域名记录扩散到全国。

刚才俺说了,"域名污染"也叫"域名缓存投毒"。"投毒"一词真的非常形象——就好象在某条河流的源头下毒,从而把整条河流的水都污染。在互联网时代搞"域名污染"是非常卑鄙下流的。因为 DNS 是互联网的基础设施,而"域名污染"直接破坏了互联网的基础设施。所以说,天朝是一个非常奇葩的国度;咱们面对的是一个做事情毫无底线的政府。

★咋对付"域名欺骗"?

这个话题有点大。因为有很多种招数可以对付"域名欺骗"。统统都写在这里,篇幅太长了。

所以俺决定:抽空另写一篇教程,专门谈这个问题。敬请关注。

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