2.6. 域名系统

2.6.1. 简介

DNS是一个简单的请求-响应协议，是将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网。DNS使用TCP和UDP协议的53端口。

2.6.2. 术语

2.6.2.1. mDNS

Multicast DNS (mDNS)，多播DNS，使用5353端口，组播地址为 224.0.0.251 或 [FF02::FB] 。在一个没有常规DNS服务器的小型网络内可以使用mDNS来实现类似DNS的编程接口、包格式和操作语义。mDNS协议的报文与DNS的报文结构相同，但有些字段对于mDNS来说有新的含义。

启动mDNS的主机会在进入局域网后向所有主机组播消息，包含主机名、IP等信息，其他拥有相应服务的主机也会响应含有主机名和IP的信息。

mDNS的域名是用 .local 和普通域名区分开的。

2.6.2.2. FQDN

FQDN (Fully-Qualified Domain Name) 是域名的完全形态，主要是包含零长度的根标签，例如 www.example.com. 。

2.6.2.3. TLD

Top-Level Domain (TLD) 是属于根域的一个域，例如 com 或 jp 。

TLD一般可以分为 Country Code Top-Level Domains (ccTLDs) 、Generic Top-Level Domains (gTLDs) 以及其它。

2.6.2.4. IDN

Internationalized Domain Names for Applications (IDNA) 是为了处理非ASCII字符的情况。

2.6.2.5. CNAME

CNAME即Canonical name，又称alias，将域名指向另一个域名。

2.6.2.6. TTL

Time To Live，无符号整数，记录DNS记录过期的时间，最小是0，最大是2147483647 (2^31 - 1)。

2.6.3. 请求响应

2.6.3.1. 响应码

  • NOERROR
  1. No error condition
  • FORMERR
  1. Format error - The name server was unable to interpret the query
  • SERVFAIL
  1. Server failure - The name server was unable to process this query due to a problem with the name server
  • NXDOMAIN
  1. this code signifies that the domain name referenced in the query does not exist
  • NOTIMP
  1. Not Implemented - The name server does not support the requested kind of query
  • REFUSED
  1. Refused - The name server refuses to perform the specified operation for policy reasons
  • NODATA
  1. A pseudo RCODE which indicates that the name is valid, for the given class, but [there] are no records of the given type A NODATA response has to be inferred from the answer.

2.6.4. 域名系统工作原理

DNS解析过程是递归查询的，具体过程如下：

  • 用户要访问域名www.example.com时，先查看本机hosts是否有记录或者本机是否有DNS缓存，如果有，直接返回结果，否则向递归服务器查询该域名的IP地址
  • 递归缓存为空时，首先向根服务器查询com顶级域的IP地址
  • 根服务器告知递归服务器com顶级域名服务器的IP地址
  • 递归向com顶级域名服务器查询负责example.com的权威服务器的IP
  • com顶级域名服务器返回相应的IP地址
  • 递归向example.com的权威服务器查询www.example.com的地址记录
  • 权威服务器告知www.example.com的地址记录
  • 递归服务器将查询结果返回客户端

2.6.5. 根服务器

根服务器是DNS的核心，负责互联网顶级域名的解析，用于维护域的权威信息，并将DNS查询引导到相应的域名服务器。

根服务器在域名树中代表最顶级的 . 域， 一般省略。

13台IPv4根服务器的域名标号为a到m，即a.root-servers.org到m.root-servers.org，所有服务器存储的数据相同，仅包含ICANN批准的TLD域名权威信息。

2.6.6. 权威服务器

权威服务器上存储域名Zone文件，维护域内域名的权威信息，递归服务器可以从权威服务器获得DNS查询的资源记录。

权威服务器需要在所承载的域名所属的TLD管理局注册，同一个权威服务器可以承载不同TLD域名，同一个域也可以有多个权威服务器。

2.6.7. 递归服务器

递归服务器负责接收用户的查询请求，进行递归查询并响应用户查询请求。在初始时递归服务器仅有记录了根域名的Hint文件。

2.6.8. DGA

DGA（Domain Generate Algorithm，域名生成算法）是一种利用随机字符来生成C&C域名，从而逃避域名黑名单检测的技术手段，常见于botnet中。一般来说，一个DGA域名的存活时间约在1-7天左右。

通信时，客户端和服务端都运行同一套DGA算法，生成相同的备选域名列表，当需要发动攻击的时候，选择其中少量进行注册，便可以建立通信，并且可以对注册的域名应用速变IP技术，快速变换IP，从而域名和IP都可以进行快速变化。

DGA域名有多种生成方式，根据种子类型可以分为确定性和不确定性的生成。不确定性的种子可能会选用当天的一些即时数据，如汇率信息等。

2.6.9. 安全机制

作为主流的防御方案，DNS加密有五种方案，分别是 DNS-over-TLS (DoT)、DNS-over-DTLS、DNS-over-HTTPS (DoH)、DNS-over-QUIC以及DNSCrypt。

2.6.9.1. DoT

DoT方案在2016年发表于RFC7858，使用853端口。主要思想是Client和Server通过TCP协议建立TLS会话后再进行DNS传输，Client通过SSL证书验证服务器身份。

2.6.9.2. DNS-over-DTLS

DNS-over-DTLS和DoT类似，区别在于使用UDP协议而不是TCP协议。

2.6.9.3. DoH

DoH方案在发表RFC8484，使用 https://dns.example.com/dns-query{?dns} 来查询服务器的IP，复用https的443端口，流量特征比较小。DoH会对DNS服务器进行加密认证，不提供fallback选项。目前Cloudflare、Google等服务商对DoH提供了支持。

2.6.9.4. DNS-over-QUIC

DNS-over-QUIC安全特性和DoT类似，但是性能更高，目前没有合适的软件实现。

2.6.9.5. DNSCrypt

DNSCrypt使用X25519-XSalsa20Poly1305而非标准的TLS，且DNSCrypt的Client需要额外的软件，Server需要的专门的证书。

2.6.10. DNS隧道

DNS隧道工具将进入隧道的其他协议流量封装到DNS协议内，在隧道上传输。这些数据包出隧道时进行解封装，还原数据。

2.6.11. 参考链接

2.6.11.1. RFC

2.6.11.2. 工具

2.6.11.3. 研究文章

  • DGA域名的今生前世：缘起、检测、与发展
  • Plohmann D, Yakdan K, Klatt M, et al. A comprehensive measurement study of domain generating malware[C]//25th {USENIX} Security Symposium ({USENIX} Security 16). 2016: 263-278.
  • An End-to-End Large-Scale Measurement of DNS-over-Encryption: How Far Have We Come?