中科大DNS+2018是该校2018年研发的域名解析系统，聚焦安全高效，采用智能调度技术提升解析性能，保障
中科大DNS+2018：技术解析与实战攻防
背景与赛事
1 中科大DNS+赛事定位
中科大DNS+是网络安全领域特色赛事，聚焦DNS协议安全研究，2018年赛事以"DNS协议深度挖掘与攻防对抗"为核心，吸引全国高校及安全团队参与，重点考察选手对DNS协议栈、异常流量分析、隐写术的掌握能力。
2 赛事亮点技术
| 技术方向 | 考核重点 |
|---|---|
| 协议畸形构造 | 非常规DNS报文结构设计 |
| 流量隐蔽传输 | TLS/DNS隧道、分段重组技术 |
| 隐写与提取 | 魔改查询字段、时间戳编码 |
| 防御绕过 | 绕过DNSSEC验证、缓存投毒 |
核心技术解析
1 DNS协议结构深度剖析
DNS报文由12字节固定首部+可变长度问答部分组成：
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5
++++++++++++++++
| ID |QR| OPCODE|AA|TT|R| CD|RC |Z| AD|CD|
++++++++++++++++
| QUERY NAME |
++
| QUERY TYPE |
++2 典型攻击向量分析
(1) 缓存投毒攻击
通过伪造权威服务器响应，污染递归DNS缓存,2018年出现组合式投毒：
- 构造相同TTL值的合法/恶意记录
- 利用TXT记录覆盖特性实施渐进污染
- 多级域名跳转实现持久化缓存驻留
(2) DNS隧道通信
采用域生成算法(DGA)动态生成子域名：
# 示例Python代码片段
domain = "{}.{}.example.com".format(
hex(int(time.time())[2:]),
random.choice(["a","b","c"])
)
通过DNS查询参数传递加密数据，单次传输容量可达48字节（含EDNS0扩展）。
3 流量特征隐匿技术
| 特征维度 | 规避手段 |
|---|---|
| 查询频率 | 指数退避算法控制请求速率 |
| 域名熵值 | 混合正常业务域名降低熵值 |
| TTL值 | 模拟CDN节点特征(530s范围) |
| 协议兼容性 | 同时支持DoH/DoT/Do53 |
2018实战题目复盘
1 题目"隐渊"解析
考点：DNS查询字段隐写
环境：目标服务器启用DNSSEC验证
解题思路：
- 构造合法DS记录通过验证
- 在NSEC3链中插入伪记录
- 利用RRSIG签名盲区传输数据
2 流量分析挑战赛
提供1小时pcap文件,要求识别：
- 基于DNS OVER HTTPS的隧道通信
- 压缩点阵图隐写（每像素1bit）
- 多阶段域名生成算法(MDGA)
关键特征提取：
- 统计TOP50域名访问频次标准差<0.3
- EDNS0 Client Subnet字段异常分布
- NXDOMAIN响应率突降30%以上
工具与防御体系
1 常用攻防工具集
| 工具类别 | 代表工具 | 功能特点 |
|---|---|---|
| 协议模糊测试 | dnsviz | 自动生成畸形报文 |
| 流量分析 | Bro+dns_mix | 深度解析DNS会话 |
| 隧道检测 | DTunnelDetector | 特征指纹匹配 |
| 防御系统 | Unbound+dnscrypt | DNSoverHTTPS加固 |
2 企业级防护方案
graph TD
A[客户端] > B{DNS查询}
B > C[递归服务器]
C > D[威胁情报联动]
D > E[行为分析引擎]
E > F[缓存投毒检测]
F > G[应答重构]
G > H[权威服务器]
H > I[数据加密回传]
常见问题与解答
Q1：如何区分正常DNS查询与隧道通信？
A：需综合以下特征：
- 查询类型分布：隧道常使用TXT/MX等非主流记录
- NXDOMAIN率：正常业务通常<5%，隧道可能>30%
- TTL值突变：持续出现非常规TTL（如质数序列）
- 子域名熵值：Huffman编码后熵>4.5bit/字符应警惕
Q2：DNSOVERHTTPS(DoH)如何实现数据加密？
A：通过以下技术组合：
- 应用层：HTTPS建立TLS隧道
- 传输层：DNS查询封装在POST请求中
- 数据层：Base64编码+AESGCM加密
- 认证机制：DANE协议实现证书自动化
实际抓包可见：
POST /dnsquery HTTP/2
Host: dns.example.com
ContentType: application/dnsmessage
... [Encrypted DNS payload] ...