DNS Hacking 小番外之：談談 zone walk

如前一篇提過的，前陣子為了快速且大量掃描網域相關的問題，我寫了個自動化工具來找 zone transfer、zone walk、subdomain takeover 等問題，其中在測試 zone walk 的時候發現了關於業界防治 zone walk 的一個有趣的現象，所以想寫一個短篇聊聊。

# zone walk recap

關於 zone walk 的原理，這裡簡單再複習一下。

為了補足傳統 DNS 不符合完整性的問題，發展出以數位簽章方式建構信任鍊的 DNSSEC 機制，從此每一筆紀錄都會有另一筆紀錄『背書』，類似網路憑證的原理來證明 DNS 紀錄的可信度。但是， DNSSEC 只能保證『你拿到的是真的』而不能保證『你沒拿到是真的沒有』而不是被惡意丟包。為了支援 DNSSEC 的這個小小的不足，並達到真正的、正負面陳述都滿足的完整性，衍生出了一種新紀錄：NSEC。

NSEC 利用標示端點的方式，宣稱『在 A 到 B 的區間內不存在任何網域』，也就是說如果 cymetrics.com 的 zone 裡只有四個子網域，前綴分別為 crystal, huli, jo, nick，那就會 sort 後用一個類似 linked list 的方式把他們轉成下面這樣，之後當有人來詢問的不存在的網域時（例如 david.cymetrics.io），我會給他下列第二筆紀錄，表達『 crystal 的下一個是 huli，中間沒有別人了』：

cymetrics.com.          300	IN	NSEC	crystal.cymetrics.com.    A SOA RRSIG NSEC
crystal.cymetrics.com.  300	IN	NSEC	huli.cymetrics.com.       A NS RRSIG NSEC
huli.cymetrics.com.     300	IN	NSEC	jo.cymetrics.com.         A MX RRSIG NSEC
jo.cymetrics.com.       300	IN	NSEC	nick.cymetrics.com.       A TXT RRSIG NSEC
nick.cymetrics.com.     300	IN	NSEC	cymetrics.com.            A TXT RRSIG NSEC

但是這樣有一個很大的問題，那就是我只要沿這著個 linked list 一直爬，就可以得到這個 zone 下面所有的網域，要枚舉簡直輕而易舉！用了 DNSSEC 之後反而把資訊通通告訴別人了，藏都藏不住，簡直得不償失。

為了應付這個問題，NSEC3 誕生了，利用 hash 把真正的網域名用一層面具藏起來，這樣就算駭客可以爬出所有的結果，也都是看不懂的東西！

NSEC3 版本（hash 只是示意，一般不會這麼短的 XDDD）：

FOS7E3K     300	IN	NSEC    1 0 10 1234567890ABCDEF     LCA56W1     A SOA RRSIG NSEC
LCA56W1     300	IN	NSEC    1 0 10 1234567890ABCDEF     O8H5F0P     A TXT RRSIG NSEC
O8H5F0P     300	IN	NSEC    1 0 10 1234567890ABCDEF     QEE453Y     A NS RRSIG NSEC
QEE453Y     300	IN	NSEC    1 0 10 1234567890ABCDEF     VS75HE2     A MX RRSIG NSEC
VS75HE2     300	IN	NSEC    1 0 10 1234567890ABCDEF     FOS7E3K     A TXT RRSIG NSEC

不過這方法也是治標不治本，畢竟駭客也可以 hash 好一張很大的彩虹表，然後再一一比對找出本來的網域名稱，尤其網域命名通常都是有含義的，例如用產品名稱（vpn.、cms.）、環境名稱（internal.、dev.、test.）、公司簡寫等再搭配數字或其他變化，其實是很容易 fuzz 出來的。

不過無妨，現實總是不完美的。在知道了以上的機制後，我們可以寫一個簡單的程式去實作 zone walk。

def zone_walk(domain):
    doms = list()
    
    # zone 沒有用 DNSSEC 或 NSEC3, 不做 zone walk 
    ans = query_record(domain, "DNSKEY")
    if len(ans) == 0:
        print('[*] Not using DNSSEC, no zone walk possible!')
        return doms
    
    # zone 用 NSEC3, 不做 zone walk
    ans = query_record(domain, "NSEC3PARAM")
    if len(ans) > 0:
        print('[*] Using NSEC3, not vulnerable to zone walk! If you would like to traverse zone and crack hashes, use nsec3walker instead.')
        return doms

    doms = [domain]
    while True:
        ans = query_record(domain, "NSEC")
        # zone 用 DNSSEC, 但沒有簽任何 NSEC ？？
        if len(ans) == 0:
            print('[*] No NSEC record found!')
            return doms
        
        nextdom = ans[0].split()[0].strip('.')
        if nextdom == doms[0]:
            print('[*] Finished zone walk')
            break
        else:
            doms.append(nextdom)
            domain = nextdom
    
    return doms

l = [] # 測試的 domain 清單
for d in l:
    print(d)
    print(zone_walk(d))

前面在實際去爬 NSEC 之前，我們先判斷是否符合情境，否則就不用試了。要知道有沒有用 DNSSEC，我們可以看看有沒有 DNSKEY 紀錄，再來要知道是不是有用 NSEC3，可以看看有沒有 NSEC3PARAM 紀錄。當然不一定要用這兩個判斷，你也可以用 RRSIG，如果有 DNSSEC 就會得到回答，有 NSEC3 更是可以從簽署的 RRSet 看出來，像下面這樣。

bankchb.com.		7081	IN	RRSIG	NSEC3PARAM 8 2 7200 20220327154117 20220323151159 28470 bankchb.com. gSQghpTzVa7dZ1gD09K/fHq/BYluFaWRQco0z6xk+Cb/a3t6UzwyNKB1 XWgwUJ20cveJcLWhX3bGmw0MCjDCydxrjMc+jTuDj/pBe2BAV0UIoDGH oTz+B+HGyzqqnr6nSPUj13NYMEKIh/eNPcz5DZFlfTz0Z1gZkcxskJLD WNnZE83L/AVOnWGueHJMAVTsXPYexY58WqBfKwuAYLZZRO4UDLu21MYg uRfZK2LfZKHEJ8f1TWcT019XmEW2K3hJ/BO2nZ+jZsnFb3MZS19YT50P EmejkDpxbkLvLnYHRAqouoTvQUKC0x+4GhXMAFCGz5EoDBzriT23ftkb VEA2uA==
bankchb.com.		21481	IN	RRSIG	SOA 8 2 86400 20220328002618 20220323232618 28470 bankchb.com. eA0XM21R1Je+UELOeB2n0tBP4pnPwcQDsQy0T2cOYw3u1VGR5axF5s6/ uGQX2e0aqKwHFgY1sQ3dR0lrYKDOTQIX7FbYneM5hy7Ya+JahzdsonIp YlZ97bVjFUYpuC80RSiwIMcwLbDQZgm82lRZJ6nq1GQZks+Uzhp/73TD 0JXwioejoey3W+pTTs7c/gGlkSao9h0PGviBuoTuiKiM1FElLQ8E4VyC Nq0mbxqV3dtJPn0folZO4qYCDjIZB0tzhxFjotly0QSgPhxFau3BjBuo Ar/tSlAv5OPYav2nszYfGb3eR26Mvinh6YVrKIFUFYhr2i6swlaGWj9E xG5L6w==

回到程式碼，在迴圈裡會判斷繞到頭了才結束，應該要把所有的網域都爬出來，存到陣列之後回傳。理論上，有用 DNSSEC 的話就要有 NSEC 紀錄，所以不應該撞到這個分支，但要是因為沒有使用 NSEC 或是其他設置原因還沒有紀錄，就把截至當下找到的紀錄們傳出來，方便我再進一步驗證。

# \000？？？

對著大量的網域測試的時候，我卻很意外的發現大量的結果都是有 DNSSEC 卻沒有 NSEC 紀錄，而且清一色結果都是根網域的 NSEC 指向了一筆 \000 前綴的網域：

crypto.com
[*] No NSEC record found!
['crypto.com', '\\000.crypto.com']
kraken.com
[*] No NSEC record found!
['kraken.com', '\\000.kraken.com']
whitebit.com
[*] No NSEC record found!
['whitebit.com', '\\000.whitebit.com']

這就奇怪了，怎麼連了一個就斷掉了呢？

為了解開這個謎題，我開始搜尋有哪些 RFC 提到這樣的實作。過去也有相當大的聲量在討論 zone walk 的問題，所以直覺上我認為說不定是某個與 NSEC3 並行的做法，雖然看不出是 proxy 還是什麼涵義。

過程中查到在 RFC4470 Minimally Covering NSEC Records and DNSSEC On-line Signing 中有這樣一段敘述：

This mechanism involves changes to NSEC records for instantiated names, which can still be generated and signed in advance, as well as the on-demand generation and signing of new NSEC records whenever a name must be proven not to exist. ... Whenever an NSEC record is needed to prove the non-existence of a name, a new NSEC record is dynamically produced and signed. The new NSEC record has an owner name lexically before the QNAME but lexically following any existing name and a "next name" lexically following the QNAME but before any existing name.

簡單來說，就是把本來區間的兩個端點往內縮一些，不要剛好標在『存在的網域上』，並且端點的選擇每次都會隨機，只要包圍的區間不涵蓋任何真正存在的網域就好。例如前面的情況，我們想詢問不存在的 david.cymetrics.io，這時就不會回 crystal.cymetrics.com NSEC huli.cymetrics.com 而是動態產生另一筆 NSEC 紀錄，例如 custard.cymetrics.com NSEC garlic.cymetrics.com。因為 custard 跟 garlic 也都是不存在的，不過 NSEC 標示的區間還是有效的，而且 NSEC 紀錄之間沒有連結了，駭客就無法做 zone walk。另外，NSEC 也要否決萬用字元（*, wildcard）的可能性，所以還要多回傳一筆 NSEC 紀錄是 \).com NSEC +.com。

但即使是如此，我們還是透露了『確定沒有網域』的區間，等同幫駭客用刪去法縮減了可能性，剛剛的例子中，我雖然不知道存在 crystal 跟 huli，但我至少知道 daky 跟 garfield 都是不存在的，省了需要猜的次數。所以為了盡可能不透露資訊，內縮的端點的選擇要盡可能貼近被詢問的網域，讓區間盡可能縮小，駭客要找到存在的網域的機率幾乎等同於亂猜直接猜中的機率。例如比起前面隨機選的，現在更好的選擇可能是 daviczzzzz.cymetrics.com 跟 davieaaaaa.cymetrics.com，這樣駭客就無法知道更多了。

甚至，他還提出了更好的選擇方式（RFC 內稱為 epsilon function），左端點把 query 最後一個字元換成前一個字母加上一串 \255，右端點在 query 加上前綴 \000，所以這一串下來：

query: david.cymetrics.com

# original
crystal.cymetrics.com    	NSEC	huli.cymetrics.com

# random choice
custard.cymetrics.com   NSEC	garlic.cymetrics.com

# even better!
daviczzzzz.cymetrics.com    NSEC	davieaaaaa.cymetrics.com

# proposed epsilon (with wildcard)
davie\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255
     \255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255
     \255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255
     \255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255
     \255.example.com 3600 IN NSEC \000.david.example.com

\)\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255
     \255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255
     \255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255
     \255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255
     \255\255.example.com 3600 IN NSEC \000.*.example.com

終於看到 \000 開頭的東西了！難道 RFC4470 就是我們的答案了嗎！本來是這樣想的，不過實際 dig 一下，好像又有些出入？

dig nsec '*.whitebit.com'

# expected
\)\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255
     \255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255
     \255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255
     \255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255\255
     \255\255.whitebit.com.		3600	IN	NSEC	\000.*.whitebit.com

# actually
*.whitebit.com.		3600	IN	NSEC	\000.*.whitebit.com

回去看了一下大量測試的結果，注意到有 \000 前綴現象的，居然大多是用 Cloudflare 的服務，那看來這也許是跟 Cloudflare 特殊的實作方式有關！

再追一下，發現了這篇文章 Economical With The Truth: Making DNSSEC Answers Cheap，裡面提到 NSEC 本來設計上的缺陷，包含 zone walk 的問題、資源消耗過多（每一次詢問需要回傳兩筆 NSEC 紀錄，區間跟 wildcard），還有 RFC4470 沒有解決的困難，例如還是需要回兩筆紀錄、且推薦的 epsilon function 回傳的資料過長但不查詢 zone file 的情況下又難以選擇端點。以 Cloudflare 每天需要簽署 569 億筆紀錄的服務來說，效能是極為重要的，那就把 RFC4470 的概念再進化、執行的更淋漓盡致吧！

趣味知識：RFC4470 又被暱稱 White Lies（白色的謊言），因為是出於善意而『欺騙』resolver，故意回答不存在的、虛構的端點。Cloudflare 自稱他們的解法為 Black Lies（黑色的謊言），就是為了利益（Cloudflare 的效能）而說謊的意思！

在 Cloudflare 的做法中，只要是不存在的網域都會回傳 \000 前綴的答案，所以才會出現：

whitebit.com.	NSEC	\000.whitebit.com

這樣做有幾個好處。第一，因為不是標記區間而是針對詢問的網域直接回答，所以不再需要回覆萬用字元的 NSEC 紀錄，也不需要多做一次線上簽署。

第二，整個紀錄大小小很多，省略了前面一卡車 \255 也不需要耗費 CPU 去隨機計算合適的端點。

第三，對於 Cloudflare 查詢資料庫來說更有效率，不過要更清楚地解釋這點，我們要先複習另一個 NSEC 紀錄的特點：NODATA。前一篇我們稍微提過，NSEC 記錄尾巴有一串紀錄類型的字串，代表了這個 NSEC 擁有者有的紀錄類型，所以假設你找 crystal.cymetrics.com 的 MX 紀錄但這個網域沒有，他可以回你 crystal.cymetrics.com NSEC huli.cymetrics.com A NS RRSIG NSEC 來表達存在的只有 A NS RRSIG NSEC 這四種而已。這種回覆就叫做 NODATA。對 Cloudflare 來說，為了證明『其中一筆紀錄不存在』還要去搜資料庫找出『所有存在的紀錄』實在是太不划算了，所以為了可以不用查資料庫，Cloudflare 決定 NODATA 的回覆就在 NSEC 記錄後面加上所有的紀錄類型，唯獨除了請求的那種。如此一來，不僅不用查資料庫也不會多洩漏任何資訊，Cloudflare 稱之為 DNS shotgun。範例如下，會看到唯獨沒有 MX：

crystal.cymetrics.com    	NSEC	huli.cymetrics.com  A WKS HINFO TXT AAAA LOC SRV CERT SSHFP IPSECKEY RRSIG NSEC TLSA HIP OPENPGPKEY SPF

Cloudflare 的做法並沒有違反現行的 RFC，所以不會有相容性的問題，而且這一套目前也已經被 Amazon Route53、NS1 等大型 DNS 供應商採用，看來未來可能會逐漸普遍，甚至 Cloudflare 也在推相應的 Internet Draft 希望 Black Lies 未來能變成正式規範。雖然目前還沒有 RFC，不過 IETF DNS Operations Working Group 也有在會議中持續關注進展。

加入檢查 black / white lies 的完整版：

def zone_walk(domain):
    doms = list()
    # zone 沒有用 DNSSEC 或 NSEC3, 不做 zone walk 
    ans = query_record(domain, "DNSKEY")
    if len(ans) == 0:
        print('[*] Not using DNSSEC, no zone walk possible!')
        return doms
    
    # zone 用 NSEC3, 不做 zone walk
    ans = query_record(domain, "NSEC3PARAM")
    if len(ans) > 0:
        print('[*] Using NSEC3, not vulnerable to zone walk! If you would like to traverse zone and crack hashes, use nsec3walker instead.')
        return doms

    # 符合 black lies, 不做 zone walk
    ans = query_record('.'.join(['ireallydontexist',domain]), "NSEC")
    if len(ans) != 0 and ans[0].split()[0].strip('.').startswith("\\000"):
        print('[*] Domain is using "Black lies" proposed by Cloudflare to block zone walking.')
        return doms

    doms = [domain]
    while True:
        ans = query_record(domain, "NSEC", timeout=10.0)    # setting this larger so walk doesn't break
        # zone walk 斷掉了？可能是網路 timeout 或是符合 white lies（NSEC 指向一個不存在的網域，所以下一個就找不到了）
        if len(ans) == 0:
            print('[*] NSEC chain broken! There may be a connection issue, or the domain may be following RFC4470, dubbed "White Lies", to prevent zone walking.')
            break
        nextdom = ans[0].split()[0].strip('.')
        if nextdom == doms[0]:
            print('[*] Finished zone walk')
            break
        else:
            doms.append(nextdom)
            domain = nextdom
    
    return doms

l = [] # 測試的 domain 清單
for d in l:
    print(d)
    print(zone_walk(d))

# 結論

本來只是在測試的時候觀察到特別的現象，沒想到深入一看發現有各種抵抗 zone walk 的實作。除了用 NSEC3 之外，用 RFC4470 White Lies 或 Cloudflare 的 Black Lies 都是常見的選項，還有其他獨特的方法，例如看到 DNSimple 要特別指定 NSEC3 才會給你 NSEC 紀錄（？），或是一些開源自架的服務也會有自己的實作（畢竟就算是遵循 RFC4470 也還是留有很多彈性）。

前一篇有提過，已經有開源工具 ldns-walk 或 nsec3walker 可以幫你做 zone walk，不過其實自己簡單寫一個也是很容易的，有興趣的話也可以試試自動化大範圍掃，畢竟流量其實不大不太會被擋 XDDD

附上一點點數據：

統計百大台灣企業百大數位貨幣交易所
No DNSSEC9758
NSEC331
White Lies03
Black Lies038

可見比起國外，台灣企業大多都沒有設置 DNSSEC，而使用 Black Lies 的數位貨幣交易所幾乎都是用 Cloudflare，市佔好高

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#Security #DNS

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crystal
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