[论文解读] Stalloris: RPKI Downgrade Attack

Tomáš Hlaváček, Philipp Jeitner+3 more|arXiv (Cornell University)|May 12, 2022

Network Security and Intrusion Detection被引用 7

一句话总结

该论文提出Stalloris，这是首个利用RPKI中连通性与安全性之间权衡的降级攻击，通过导致数据包丢失或依赖方连接在发布点处停滞，从而禁用路由来源验证。该攻击使60%的RPKI保护的IPv4地址空间变得易受攻击，其中47%的公共存储库易受基于速率限制的中间人攻击。

ABSTRACT

We demonstrate the first downgrade attacks against RPKI. The key design property in RPKI that allows our attacks is the tradeoff between connectivity and security: when networks cannot retrieve RPKI information from publication points, they make routing decisions in BGP without validating RPKI. We exploit this tradeoff to develop attacks that prevent the retrieval of the RPKI objects from the public repositories, thereby disabling RPKI validation and exposing the RPKI-protected networks to prefix hijack attacks. We demonstrate experimentally that at least 47% of the public repositories are vulnerable against a specific version of our attacks, a rate-limiting off-path downgrade attack. We also show that all the current RPKI relying party implementations are vulnerable to attacks by a malicious publication point. This translates to 20.4% of the IPv4 address space. We provide recommendations for preventing our downgrade attacks. However, resolving the fundamental problem is not straightforward: if the relying parties prefer security over connectivity and insist on RPKI validation when ROAs cannot be retrieved, the victim AS may become disconnected from many more networks than just the one that the adversary wishes to hijack. Our work shows that the publication points are a critical infrastructure for Internet connectivity and security. Our main recommendation is therefore that the publication points should be hosted on robust platforms guaranteeing a high degree of connectivity.

研究动机与目标

• 调查在缺乏ROA时，优先考虑连通性而非验证的RPKI安全权衡问题。
• 证明中间人攻击者可通过诱导数据包丢失或连接停滞来绕过RPKI保护机制。
• 使用速率限制和恶意发布点等实用技术，评估RPKI降级攻击在现实世界中的可行性与影响。
• 识别RPKI依赖方实现与发布点基础设施中的系统性漏洞。
• 提供切实可行的建议，以增强RPKI部署对这类攻击的防护能力。

提出的方法

• 开发了一种低速率数据包伪造技术，与依赖方刷新间隔同步，以触发RPKI发布点上的速率限制机制。
• 通过从受害者IP地址发送伪造数据包，利用速率限制行为，导致合法依赖方查询被丢弃。
• 设计了Stalloris攻击，利用恶意发布点通过创建复杂且响应缓慢的委派，使依赖方停滞。
• 结合中间人数据包丢失与连接停滞技术，迫使依赖方因超时而放弃RPKI验证。
• 测量了依赖方的刷新间隔（例如Routinator的10分钟间隔），以精确 timing 攻击以实现最大效果。
• 在60个公共存储库中评估了漏洞情况，发现47个（77%）同时易受速率限制和子前缀劫持攻击。

实验结果

研究问题

• RQ1 中间人攻击者能否在不破坏BGP或RPKI基础设施的前提下，禁用RPKI路由验证？
• RQ2 RPKI发布点上的速率限制机制在多大程度上使实际的降级攻击成为可能？
• RQ3 Stalloris攻击在使依赖方停滞并导致其跳过RPKI验证方面有多高效？
• RQ4 在实际中，有多少比例的RPKI保护的IPv4地址空间易受此类降级攻击？
• RQ5 RPKI中哪些连通性与安全性之间的系统性权衡使得此类攻击成为可能？

主要发现

• 47%的公共RPKI存储库易受基于速率限制的中间人降级攻击，对应60%的RPKI保护的IPv4地址空间。
• 所有当前的RPKI依赖方实现均易受恶意发布点攻击影响，覆盖20.4%的IPv4地址空间。
• Stalloris攻击通过使依赖方停滞，将所需攻击迭代次数减少至一次，使攻击极为高效。
• 即使实现全面的RPKI部署，此类攻击依然有效，因为其利用了在ROA不可用时允许“未知”验证状态的设计选择。
• 在60个易受攻击的存储库中，有47个（77%）也易受子前缀劫持攻击，表明存在级联风险。
• 该攻击对弱攻击者而言具有可行性，他们仅需伪造IP地址，无需中间位置或特权访问。