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[스위치 계층 보안②] 레이어2 공격 유형(1)
2003년 10월 09일 00:00:00 공성철 인젠 컨설팅 본부 컨설턴트
스위치 계층(L2)의 공격은 장비 공격과 트래픽 흐름을 변경하는 네트워크 공격으로 크게 분류할 수 있다. 장비공격은 스위치의 허술한 보안설정, 관리정책과 동작원리 등의 취약점을 이용한 공격이며, 네트워크 공격은 스위치 계층의 통신원리를 이용해 불법적으로 트래픽 흐름을 변조하는 공격이다. 이번 호에는 네트워크 공격에 해당되는 MAC 플루딩, ARP 스푸핑, 스패닝 트리 공격의 원리와 위협, 대책을 살펴본다.


MAC 플루딩

스위치의 지능적인 기능 중의 하나인 MAC 정보의 저장은 허브와 같은 공유된 이더넷 방식의 문제점을 해결하고 고성능을 제공하는 획기적인 기능이었지만, 스위치 역시 하드웨어이므로 저장할 수 있는 물리적 공간의 제약으로 저장 가능한 최대 MAC 주소가 제한된다. MAC 플루딩(Flooding) 공격은 이러한 점을 이용해 스니핑이 가능하도록 하는 공격 방법이다. 우선 정상적인 MAC 테이블의 동작을 살펴보자.



<그림1> 정상적인 MAC 테이블 동작


<그림 1>을 보면 현재 스위치에 저장된 MAC 정보는 포트 1과 3에 MAC A, C를 파악하고 있다. MAC A가 B와 통신하기 위해서 데이터를 전송하면, 스위치는 MAC B에 대한 저장된 정보가 없으므로, 플루딩을 실시한다. 플루딩이란 스위치가 MAC B에 대한 정보가 없어 허브의 동작과 동일하게 포트에 연결된 모든 호스트로 데이터들을 전송하는 것을 말한다. 스위치와 연결된 모든 호스트들은 MAC A가 전송한 데이터를 수신하며, 자신의 MAC 주소가 아닌 호스트들은 데이터를 폐기하지만, MAC B 호스트는 MAC A로 데이터를 전송한다. MAC B가 MAC A로 데이터를 전송하면, 스위치는 MAC B가 포트 2번에 연결되어 있음을 파악하고 MAC정보와 포트정보를 저장한다. 다시 MAC A가 MAC B와 통신을 할 경우 스위치는 저장된 MAC 정보를 이용해 플루딩하지 않고 바로 포트 2를 통해 MAC B로 전송하므로 MAC C에는 데이터가 전송되지 않는다.

개요

MAC 플루딩 공격은 한 포트에서 수 천 개의 호스트가 스위치와 연결되어 있는 것으로 보이지만 실제는 변조된 MAC 정보를 공격 호스트에서 발생시키는 것이다. macof라는 유명한 공격 툴은 약 130여줄의 C로 짜여진 프로그램으로 분당 15만5천개의 MAC 주소를 발생할 수 있다. 짧은 시간 대량의 위장된 MAC 주소를 특정 포트에서 발생시키면, 스위치는 발생된 MAC 주소를 내부에 저장하게 되는데 스위치의 하드웨어 공간 제약으로 인해 최대 저장할 수 있는 MAC 주소 공간이 위조된 MAC 주소로 채워지게 된다.

공격이 진행되고 있는 상태에서 스위치와 연결된 정상적인 호스트가 통신할 때, 스위치의 MAC 정보에는 이미 공격자의 위조된 MAC 주소만이 존재한다. 이때 풀루딩이 가동된다. 플루딩 동작으로 데이터가 모든 호스트에 전달되므로, 공격자는 자신의 호스트에서 스니퍼를 이용한 스니핑이 가능하다.

보안 위협

스위치화된 이더넷 환경에서 불가능한 스니퍼를 이용한 스니핑이 가능하게 한다. 스니핑이 가능하다는 의미는 결국 스니핑으로 통한 주요 정보 유출이 가능하므로 허브 구성의 패킷 스니핑(Packet Sniffing)의 보안위협과 동일하게 된다.

보안 대책

MAC 플루딩 공격은 특정 호스트가 대량의 변조된 MAC 주소를 생성하므로 이를 차단하면 가능하다. 즉 각 포트마다 사용하는 MAC 주소를 스위치에 설정하거나, 포트마다 수용할 수 있는 최대 MAC 주소의 개수를 제한하는 것이다.

스위치가 인식할 수 없는 MAC 주소를 감지하게 되면 해당 MAC 주소를 차단하거나, 포트를 사용하지 못하도록 하는데, 이러한 기능은 네트워크 장비 벤더와 장비 모델에 따라 지원여부를 확인해야 한다. 일례로 시스코 경우는 포트 보안(Port Security)이라는 기능이며, 해당장비와 자세한 기술정보는 <표 1>과 같다.

<표1> 시스코 포트 보안
지원장비
Cat 29XX, 4K, 5K, and 6K in CatOS 5.2; 29/3500XL in 11.2(8)SA; 2950 in 12.0(5.2)WC(1); 3550 in 12.1(4)EA1
기술정보
Http://cisco.com/univercd/cc/td/doc/product/lan/cat5000/rel_5_4/
config/sec_port.htm



ARP 스푸핑

ARP 스푸핑(spoofing)은 MAC 플루딩처럼 스위치를 직접적으로 공격하는 유형이 아니라, 트래픽의 흐름을 변경하는 트래픽 흐름 변경(traffic redirection) 형태의 공격이다. 일반적으로 네트워크 내의 호스트 A가 C와 통신을 하고자 할 때, 호스트 A는 네트워크 상에 ARP 요청(request)을 브로드캐스트(broadcast)하고 ARP 리퀘스트를 수신한 네트워크상의 모든 호스트 중 해당 호스트 C가 자신의 MAC 주소를 포함해 ARP 회신(reply)을 A로 전송한다.

스위치화된 네트워크 환경에서도 ARP 요청은 네트워크로 브로드캐스트된다.

공격자의 호스트가 B라고 하면, 공격자 역시 ARP 요청 정보를 수신하고, 호스트 A로 변조된 ARP 회신을 전송하되, 자신의 MAC 주소로 변조돼 있다.

변조된 ARP 회신 응답을 수신한 호스트 A는 자신이 파악한 C의 MAC 주소로 통신을 하지만, 실제로 A가 알고 있는 MAC 주소는 C의 MAC 주소가 아닌 공격자가 변조해서 전송한 공격자 호스트 B의 MAC 주소이므로, 실제 통신은 공격자 호스트다. 이러한 공격이 트래픽 흐름 변경을 이용한 공격이다.

개요

ARP 스푸핑 공격은 스위치로의 직접적인 공격이 아닌 트래픽의 흐름을 변경하는 트래픽 흐름 변경 공격이라고 언급했다.

과연 공격자가 트래픽 흐름 변경 기능으로 무엇을 할 수 있을까? 공격자는 위조된 ARP 회신 패킷을 전송함으로써 네트워크에 존재하는 호스트의 ARP 테이블에 공격자의 MAC 주소를 모두 성공적으로 업데이트했지만, 이것만으로는 완벽한 공격의 성공이라고 보기는 어렵다.

비록 MAC 주소의 변조로 공격자의 호스트로 트래픽이 전달되더라도 공격자가 통신하는 응답을 정상적으로 제공해야만 공격자가 있음을 알지 못하고 계속 통신을 할 것이다. 비정상적인 통신 응답이 발생하면 접속을 중지하든지 혹은 원인 파악을 위해 노력하므로, 공격자는 더 이상의 정보를 얻을 수 없다.



<그림> ARP 스푸핑 공격


<그림 2>는 공격자가 ARP 스푸핑을 이용해 호스트의 서버 접속, 인터넷 접속이 공격자를 경유하고 있음을 보여준다. 공격자는 서버로 접속하는 프로토콜(텔넷과 같은)과 인터넷 접속에 사용하는 프로토콜(웹 서비스와 같은)을 호스트에게 정상적인 응답을 전달해야만 가능하다.

그러므로 ARP 스푸핑 공격과 함께 공격자는 호스트가 통신하고자 하는 프로토콜(웹, ftp, 텔넷, 이메일 등)을 정상적으로 이용할 수 있도록 일종의 서비스 제공 기능을 갖춰야 한다. 일부 알려진 툴들은 이러한 서비스들을 놀라울 정도로 제공한다. <그림 3>은 arpspoof라는 툴을 이용해 10.5.1.109의 ARP정보가 변조됨을 알 수 있다. 공격자는 계속 arpspoof 공격을 진행하면서, 정상적인 사용자가 이용할 프로토콜에 대해 서비스를 제공함으로써 패스워드 정보 등 불법적으로 정보를 수집해야 할 것이다.

패스워드 전문 스니핑 툴 중에 dsniff라는 툴이 있는데, 30여가지 이상의 표준 프로토콜 혹은 애플리케이션 프로토콜을 선택적으로 이용할 수 있다. 이를 나열하면 FTP, 텔넷, SMTP, HTTP, POP, poppass, NNTP, IMAP, SNMP, LDAP, Rlogin, RIP, OSPF, PPTP MS-CHAP, NFS, YP/NIS, SOCKS, X11, CVS, IRC, AIM, ICQ, 넵스터(Napster), PostgreSQL, 미팅 메이커(Meeting Maker), 시트릭스 ICA, 시만텍 피씨애니웨어, NAI 스니퍼, 마이크로소프트 SMB, 오라클 SQL쪻Net, 사이베이스 et Microsoft SQL 등이다.

<그림 4>는 dsniff를 이용해 웹서비스(http)의 계정 및 패스워드를 파악한 예이다. 공격자는 dnsspoof를 이용해 dsniff가 설치된 호스트로 DNS정보를 변조할 수 있다. 분명 www.amazon.com의 DNS 조회결과는 15.1.1.25가 아닐 것이다. 심지어 dniff는 SSL과 SSH 세션까지도 가로챈 뒤 거짓 인증서 정보를 제공할 수도 있다. 또한 dsniff는 Arpspoof, Dnsspoof, Dsniff, Filesnarf, Macof, Mailsnarf, Msgsnarf, Tcpkill, Tcpnice, Urlsnarf, Webspy, Sshmitm, Webmitm 등의 툴들이 구성요소로 포함되어 있어 다양한 공격도 가능하다.

보안 위협

누차 강조하지만 ARP 스푸핑은 스위치로의 직접적인 공격이 아니라 트래픽 흐름을 변경하는 트래픽 흐름 변경 공격 유형이다. 따라서 단순하게 ARP 스푸핑 공격만을 이용하기보다는 여러 가지 툴들을 이용해 조합된 공격을 하는 것이 특징이다.

MAC 플루딩 공격보다 좀 더 지능적이며, 모든 트래픽이 공격자의 호스트로 전송되므로 트래픽 분석을 통한 주요 정보 유출 가능성이 존재하는 스니핑의 전형적인 보안 위협과 동일하다.

보안 대책

우선 존알람(ZoneAlarm) 등과 같은 개인방화벽 제품(상용/프리웨어 포함)들을 이용해 공격을 탐지할 수 있다. 물론 제품에 따라서 기능 지원 차이가 있으므로 확인해 보는 것도 좋다. 스니핑의 필수조건인 프로미스큐어스 모드(promiscuous mode)의 네트워크 카드를 탐지하는 전용 툴을 사용하는 것도 시도해 볼 만 하다.

ARP 와치(Watch)도 ARPspoof 공격의 보안대책으로 매우 효과적이다. arpwatch라는 툴은 호스트들의 ARP 정보를 모니터링하고 있으며, 중복되는 경우 탐지해 알람 등의 방법으로 관리자에게 알려주게 된다. 하지만 무엇보다 장비의 보안설정을 강화하는 것이야말로 핵심이다.

이는 네트워크장비에서 제공하는 보안기능을 활용하면 된다. 물론 장비 벤더, 모델마다 기능지원 여부 등이 상이하므로 확인해 봐야 한다.

시스코의 경우 개인 가상랜(private VLAN) 기능을 이용하여 arpspoof에 대한 대책을 세울 수 있다. 개인 가상랜은 동일한 가상랜 내에서 포트 단위로 분리할 수 있는 기능으로, promiscuous/ isolated/ community의 포트 속성을 정의함으로써 트래픽 이동에 대한 제한이 가능하다.


스패닝 트리

스패닝 트리(Spanning Tree)는 레이어 2 계층에서 네트워크 무장애 운영을 위한 스위치의 리던던트 구성시 트래픽 전송의 물리적인 복수경로로 인한 트래픽의 루핑(looping) 현상을 막기 위한 기능으로, STP는 스패닝 트리 프로토콜의 약자다.



<그림5> 스패닝 트리 공격 사례


<그림 5>의 경우, 호스트 A와 B간 통신을 하는 구간이 다중으로 구성되어 있으나, STP에 의해 4번과 3번 스위치의 연결을 논리적으로 차단함으로써 트래픽 전송은 Aa 1a 2a 3a B의 경로로 전달된다. STP를 구현하는 환경에서는 스위치가 부팅하면, 루핑을 방지하기 위한 일련의 과정이 시작된다. 스위치는 루트 스위치라는 루트 브리지가 발견되면, 자신과 연결된 이중화 경로를 모두 차단하고 오직 루트 스위치와 연결된 경로만으로 트래픽을 전송함으로써, 트래픽 경로를 결정하게 된다.

루트 스위치를 경유한 트래픽 전송 경로가 선정되므로 루트 스위치를 잘못 설정하면 최적의 경로가 설정되지 못할 수도 있다. STP는 BPDU(Bridge Port Data Unit) 메시지라는 것을 상호 교환함으로써 STP의 모든 과정을 진행하고 판단한다.

개요

<그림 5>를 살펴보면 STP 구동을 1번 스위치가 루트가 되어 2번 스위치와 트래픽을 송수신하고 있다. 이때 공격자는 변조된 BPDU 메시지를 전송하여 강제로 스패닝 트리의 계산을 다시 하도록 함으로써 자신이 루트가 된다.

공격자가 루트가 됨으로써 트래픽 전송 경로는 1번-공격자-2번 스위치의 전송경로로 변경되며, 이때 공격자의 호스트는 브리지 역할을 수행하거나, 허브와 같은 장비를 이용하여 트래픽을 정상적으로 전달한다.

즉 트래픽 흐름을 끊기지 않게 한다는 것이다. 공격자는 자신의 호스트에 스니퍼 등의 스니핑 툴을 설치하여 불법적인 정보수집이 가능하다.

또한 일종의 DoS(Denial of Service) 공격 형태가 될 수 있다. 만약 1번과 2번 스위치 구간이 기가비트의 물리적인 대역을 통해 대량의 트래픽이 전송되고 있었는데, 공격자를 경유한 전송경로의 변경으로 기가비트 대역폭 대신 공격자를 경유한 10M 대역폭 구간으로 트래픽이 전송된다면 대역폭 부족으로 인한 패킷유실 및 공격자의 트래픽 전송이 저성능으로 네트워크의 성능 저하를 초래한다.

보안 대책

스패닝 트리 공격이 가능한 이유는 공격자가 BPDU 메시지를 스위치로 전송해 자신이 루트 스위치가 됨으로써, 전송경로가 변경되어 가능했다. 그렇다면 불법적으로 BPDU 메시지를 수용하지 않으면 공격은 불가능할 것이다. 각 네트워크 장비벤더에서는 BPDU 메시지의 전송으로 인한 문제점을 제거하기 위해서 여러 가지 기능을 제공하므로 기능들을 확인해야 한다.

시스코의 경우 스위치에 BPDU 가드 기능을 이용해 불필요한 스위치에 BPUD 메시지를 수용하지 않도록 하거나, 루트 가드(Root Guard) 기능을 이용해 BPDU 메시지로 인해 불필요한 스위치가 루트가 되지 않도록 설정하는 방법이 있다.

스패닝 트리는 중규모 이상의 네트워크에서 레이어 2 계층의 리던던트 구성을 하는 경우가 있으므로 네트워크 관리자는 스패닝 트리를 이용하는 장비의 보안기능을 검토, 적용해야 할 것이다.
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