對Biorren通信協(xié)議的與檢測

對BitTorrent通信協(xié)議的分析與檢測C2007年1月30日11:00

電信科學(xué)程磊

陳鳴

周駿

風(fēng)靡一時的應(yīng)用程序BitTorrent（BT）曾在短期內(nèi)改變了因特網(wǎng)的流量構(gòu)成，對IP網(wǎng)絡(luò)的運營、維護和管理產(chǎn)生了巨大影響。

本文建立了分析BT協(xié)議的環(huán)境，通過俘獲BT分組并對照BT協(xié)議規(guī)范，分析了BT通信協(xié)議的交互過程，并據(jù)此配合BT的特征字符串、特征端口及行為特征，提出了一種檢測通信流中存在BT通信的方法。

1、概述

傳統(tǒng)的因特網(wǎng)服務(wù)如Web、FTP、DNS等均使用客戶機/服務(wù)器（C/S）模式進行通信。在通信過程中，提供服務(wù)的程序稱為服務(wù)器，請求服務(wù)的程序稱為客戶機。因此，在復(fù)雜通信的過程中，一個服務(wù)器很可能在另一次通信中變?yōu)榭蛻魴C，反之亦然。C/S模式的特征是：服務(wù)器是總是打開的主機，具有永久的IP地址，并可擴展為服務(wù)器池；客戶機與服務(wù)器直接通信，可以間歇地與服務(wù)器連接，可以具有動態(tài)的IP地址，并且客戶機彼此之間不直接通信。C/S模式的最大特點是服務(wù)和資源集中，所有對服務(wù)請求的處理通常是由服務(wù)器完成的。

對等方到對等方（peer-to-peer，P2P）是近年來流行起來的通信模式，但實際上因特網(wǎng)正是基于這種理念建立起來的。隨著因特網(wǎng)用戶和服務(wù)的增多，服務(wù)器面臨的壓力越來越大，P2P又重新回到了人們的視線中。在P2P模式中，無總是打開的應(yīng)用服務(wù)器，任意的端系統(tǒng)之間可直接通信，對等方間歇地連接，并可改變IP地址。P2P模式的特征是：服務(wù)和資源分布化，資源不集中存儲在某些設(shè)備上，而是分散存儲在運行P2P程序的設(shè)備上，每一個對等方都可以為其他對等方提供服務(wù)。例如，主機A要從網(wǎng)上下載一個文件a，如果以P2P模式工作，那么它工作的基本過程是：定位具有文件a的對等方，向?qū)Φ确教岢鱿螺d請求，并獲得該文件。值得注意的是，主機A在下載文件a的同時，可能也在為其他用戶提供文件（包括文件a）下載。根據(jù)定位文件a的方式不同，可將P2P應(yīng)用方式分為3類：集中式目錄、分布式查詢和結(jié)合這兩者的混合方式[1]。集中式目錄模式屬于第一代P2P應(yīng)用，使用一臺大型服務(wù)器（或服務(wù)器場）來提供目錄服務(wù)，其代表是Napster[2]，缺點是存在單點故障、性能瓶頸和侵犯版權(quán)等問題。分布式查詢將目錄服務(wù)完全分布在覆蓋網(wǎng)絡(luò)的所有對等方中，每一個對等方負責(zé)維護一部分目錄內(nèi)容。系統(tǒng)采用洪泛查詢（queryflooding）算法使用戶獲得文件信息，收到該報文的主機向它們的所有鄰居轉(zhuǎn)發(fā)該報文，這些鄰居又依次向它們的所有鄰居轉(zhuǎn)發(fā)該報文等，其代表是Gnutella[3]。第3種方式是前兩種方式的結(jié)合，其中一種實現(xiàn)方法是將覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的對等方劃分為若干小組，每個小組選取一個具有高帶寬連接和高因特網(wǎng)連接性的成員作為組長，組長負責(zé)管理組內(nèi)成員及與其他組長通信。在小組內(nèi)使用集中式目錄服務(wù)，服務(wù)器就是該組的組長。各組長之間使用分布式的目錄服務(wù)。混合方式目前在P2P應(yīng)用中使用最為廣泛，其代表是KaZaA、BitTorrent（BT）[4]。

由于BT使用廣泛，其通信協(xié)議引起的流量巨大，BT對因特網(wǎng)的運營、維護和管理具有重要影響。為此，參考文獻[5]對BT的一般工作原理進行了介紹，參考文獻[6]在分析BT工作原理的基礎(chǔ)上，比較了BT與C/S模式應(yīng)用程序的特點，提出了一種BT改進建議，但這些文獻都沒有詳細地分析BT通信協(xié)議（簡稱BT協(xié)議）原理和交互過程。為此本文深入分析了BT通信協(xié)議和其交互過程，研究了BT通信的特點，并由此提出了一種檢測通信流中存在BT通信的方法。2、建立BT的分析環(huán)境

支持BT協(xié)議的P2P應(yīng)用程序很多，如BitBuddy、FlashBT、BitComet和BitSpirit等，這里以應(yīng)用程序BT為例來分析BT協(xié)議。本文中的BT，如其后沒有“協(xié)議”兩字，表示的是BT應(yīng)用程序。

BT由如下幾部分組成：.torrent文件、種子提供站點、目錄服務(wù)器和內(nèi)容發(fā)布者/下載者。.torrent文件是一個文本文件，包含了tracker信息和文件信息兩部分。tracker信息主要是BT下載中需要用到的tracker服務(wù)器的地址和針對tracker服務(wù)器的設(shè)置；文件信息是指將目標文件計算處理后再根據(jù)BT協(xié)議的B編碼規(guī)則網(wǎng)編碼后得到的信息。BT的主要原理是把提供下載的文件虛擬分成大小相等的塊，塊大小必須為2Kbyte的整數(shù)次方（由于是虛擬分塊，硬盤上并不產(chǎn)生各個塊文件），并把每個塊的索引信息和Hash驗證碼寫入.torrent文件中，所以.torrent文件就是被下載文件的“索引”。種子提供站點也就是.torrent文件的提供站點，為下載者提供.torrent文件下載服務(wù)。目錄服務(wù)器記錄被下載的文件的索引信息及下載該文件的用戶的信息（主要是IP地址及端口號）。早期的BT協(xié)議只支持tracker服務(wù)器，這種目錄服務(wù)器是集中式目錄與分布式查詢的混合型；在BT協(xié)議的升級版本中，增加了對DHT（分布式Hash表）網(wǎng)絡(luò)的支持，該網(wǎng)絡(luò)中目錄服務(wù)器是分布式的。本文的討論只涉及tracker服務(wù)器。內(nèi)容發(fā)布者/下載者是BT網(wǎng)絡(luò)的主體，最終的下載由它們完成。構(gòu)成BT網(wǎng)絡(luò)的這幾部分的相互關(guān)系如圖1所示。

圖1

BT覆蓋網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

根據(jù)BT的工作原理，為了分析BT協(xié)議的交互過程，本文重點關(guān)注本地BT客戶機的運行過程。圖2顯示了BT協(xié)議的測試環(huán)境，其中BT客戶機的IP地址是79，使用ActivePorts工具獲取BT使用的端口號，ActivePorts的版本號為1.4。使用協(xié)議分析儀Ethereal俘獲BT協(xié)議分組的交互過程，運行Ethereal協(xié)議分析儀的IP地址是79，Ethereal版本號為。它們通過路由器與因特網(wǎng)相連，BT服務(wù)器位于因特網(wǎng)，BT版本號為4.20.2。BT協(xié)議的測試環(huán)境歇下暴3臉、B簡T協(xié)欺議的孩工作奸過程瞞柳錄BT格協(xié)議迫主要距包括脆3個批部分趕：.擺to喜rr倦en袋t文號件的蠶格式課、t追ra瑞ck崗er竿HT殿TP證/H霧TT撞PS索協(xié)議接和P餃ee冷rw長ir睬e協(xié)叮議（繼使用丘TC閃P）首。其塊中t普ra呈ck紡er樂HT青TP叛/H長TT層PS網(wǎng)協(xié)議取是B紗T客污戶機眾與t承ra侍ck年er雀服務(wù)材器之辨間的嘩通信排協(xié)議吼，P就ee勒r賭wi騾re著協(xié)議氧是B舌T客蠟戶機槽之間太的通妥信協(xié)盜議。斥些區(qū)或使用沸Et送he士re紗al鍋跟蹤澇分析然下載忌一個花文件纏的過鴉程中貪BT指協(xié)議涌的具份體交率互過威程，謝結(jié)合街BT倡協(xié)議漁規(guī)范艱，繪約制了獸BT射協(xié)議展各組微件的膚工作促時序可圖（專參見光圖3遣）。弦珠嗓圖3印泥BT絹協(xié)議忘各組大件的蔥工作嚴時序種胖喝3.伸1.疏to模rr樓en短t文殊件的猾結(jié)構(gòu)悶拒閘圖4戴是下塑載中瓶使用想的.段to婚rr愧e搏nt伍文件級的一脖段主扮要內(nèi)倡容，逆采用宮了B騎編碼花。B醬編碼犯是一宴種簡瓶潔的環(huán)數(shù)據(jù)癥組織戚方式霞，支冷持4把種數(shù)關(guān)據(jù)類鋼型：情by誦te撒st屬ri耀ng眨s、院in蒸te艙ge反rs府、l禾is解ts雨和d哥ic其ti昌on殖ar籌ie斤s。伏in營te泉ge蘆rs引、l底is相ts薦和d逃ic鑰ti覺on喬ar管ie淡s類俘型分輝別以認字母都i、泡l、性d作格為首需定界弊符，店以字坡母e償作為幣尾定煮界符失。b約yt冒es御tr舍in出gs楊類型員不使臥用首土/尾誕定界淺符，簡其格夾式為棋<十神進制項表示船的字銹符串端長度皮>：通<字派符串尊>，特如4役:s遷pa飽m表熊示字裕符串材“s貴pa喉m”礦。這速4種沒數(shù)據(jù)中類型辯嵌套嗓使用康構(gòu)成掩了.秘to皆rr礎(chǔ)en淺t文叉件的球內(nèi)容粗。其奉中，概用*勵號代絨替空孫格以謙便于發(fā)分析難。犬蕉膠圖4季.t胖or寬re墓nt懇文件慧的內(nèi)醉容縮夕鳥其中凈的一豈些主靈要成妹份如郵下：格專長●a籌nn祖ou面nc奇e：要tr波ac賊ke臣r服我務(wù)器樂的U隙RL尼，本碌例中排為h仙tt冶p：慢//策tr某ac曠ke苦r.粒cn六xp鞏.c棍om牽:8態(tài)08戀0/唇an碼no搶un爹ce依。守恭億●a痰nn姿ou熊nc銷e-蛋l(fā)i篇st賀：可渾選。斬備用而tr默ac終ke啊r服織務(wù)器今的U跡RL晃列表肺，本陷例中兆為h方tt鼻p:若//滲tr槐a坑ck完er搖.c盆nx悔p.項co與m:辣80犬80要/a丘nn托ou蔥nc役e,北ht抬tp億:/對/b撫t(yī)f峽an雕s.工33副22戒.o挨rg足:6鴿96那9/急an午no具un氧ce擊等。爪少鵝●c鋪re尺at厚io披nd層at劈e：駁可選妙。.友to泉rr屈en區(qū)t文幣件的喚創(chuàng)建齊日期罪，使炒用標延準的瞎UN興IX罩時間章，本孕例中辜為1沾15腎21本05速24弟3。感蝦喪●c拿om遣me繞nt府：可晉選。延.t釘or來re攏nt禽文件木制作菠者添揮加的么任意饑格式炭的說翅明。校趁灘●c周re回at勻ed裂by并：可晃選。土制作輪.t喬or行re敬nt遭文件趕的工摧具，舌本例本中使饅用的引制作攏工具旦是B方it務(wù)Co畝me辯t/延0.舊67格。處剖然●e諒nc萬od并in驅(qū)g：伸可選敘。發(fā)撒布的離資源轉(zhuǎn)使用康的編寺碼方垃式，狠在本柳例中殺使用蘋的是牽GB線K。享羊謊●i凍nf笛o：階發(fā)布尼的文綠件的鐘信息搖。有疼兩種聽格式繼，單撈文件乳格式戲和多巡文件紀格式顛。單沸文件撥格式辰包括松le縫ng寬th贈、m煉d5挖su誠m（益可選艙）、過na正me烘、p橋ie保ce棒le辟ng賽th分、p卡ie納ce俊s；共多文隸件格疾式包宋括f拍il居es孝、n眾am脾e、鴉pi病ec垮el磨en掩gt洲h、闖pi燙ec園es江，其右中f臂il激es勸包括像le慰ng愈th鎖、p該at貨h、尤md垮5s氏um超（可赤選）刃，每挑一個褲文件留都有攪單獨戀的l看en癥gt鉆h、許pa題th傾、m啞d5附su羽m（冶可選慰）。鈔本例地使用業(yè)多文偷件格嚇式，碰共有嘩兩個蜘文件甩，分認別是蛇“L銹ov組eU悔nd逐er引co茫ve瞧r率Ⅲ.耍tx爹t”湊和“紋影視歲帝國唯（b亞bs膜.c和nx痰p.擦co槐m）權(quán).新羊扎師要妹茂析涂3.伐國語博DV怎DS牌CR懂中字已.r發(fā)mv莫he襲”，鹿pi平ec扇e長糕度為徹26殖21蝕44雕by現(xiàn)te輝.p默ie喝ce聞個數(shù)陰為3槍47捏80悲。釋征去.t多or熱re糖nt鞏文件墊中還植包括抖其他正一些掃可選腸項，羅只要欺它們泊遵循閘B編推碼方口式就漿能夠愉被客洋戶機褲識別朱，這朱里不采再累何述。挑居席3.鳴2t斃ra認ck威er疲HT吊TP羅/H始TT疏PS謊協(xié)議算漫算BT檢客戶剛機依浙次向剪.t餡or蝴re陡nt斧中的裂tr董ac針ke惜r服系務(wù)器孤發(fā)送彩連接雖請求進，以攻獲得成正在岸下載瓣該文驕件的吼對等推方列俱表（槍主要跑是I艱P地琴址和娛監(jiān)聽努端口環(huán)）。提如果帳連接拐成功壺獲得確列表央，就甜關(guān)閉砍連接兄，嘗雕試與銷列表床中的形對等腰方建鑒立連漆接；常如果釣不成神功，賊嘗試步下一晚個t交ra子ck猜er垮服務(wù)饞器。礦感李服務(wù)逢器t童ra盲ck冠er慘.c豬nx虹p.獸co泛m的茫IP遣地址板為6榜1.壞12刷9.世77賴.2包39互，b遣tf賄an竄s.嗓33斧22籌.o逆rg以的I叉P地籃址為新61肆.1驅(qū)29跨.7順8.拌11盤4，壁BT圍客戶廳機與差BT腸服務(wù)活器的夾交互角過程哨如圖鑒5所層示。飽僚詞圖5飼墳BT霞客戶搜機與礙BT釀服務(wù)聰器的喝交互層過程掠偷萌分帝析這修些分莊組，櫻易知斥分組柄70該2、值74喪8（裁分組宇70奏2的提重傳晴）、掌75抹0、場75帽2是舍建立姻TC丘P連賣接的醫(yī)三次瓶握手顫。B濟T客迫戶機梨通過訪75溪3號境分組幸向t浩ra度ck煉er峽服務(wù)伙器發(fā)猴出獲勵取對叼等方筒列表糠的請孔求，涌75叔4號嚇、7態(tài)55很號分扛組為刊應(yīng)答蜓。7基57么-7例60戒號分勻組為壁關(guān)閉事連接散的交若互過室程。更下面鉗重點盲分析線75惱3號獲、7邊54即號和聚75所5號算分組選。抓惜廊75蘿3號粥分組聾中的經(jīng)HT睜TP伸部分溪內(nèi)容符如圖該6所眼示，回使用鵝*號芝代替法空格雹以便源于分聯(lián)析。凈御著圖6皆斤75挺3號弊分組良中的挽HT給TP邁部分死內(nèi)容囑袍股其中挖一些劫成分廳的含梢義如灣下：蓬漫廈●i涂nf豪o_暫ha功sh陸：.盲to顯rr泊en億t文弦件中侵的i糧nf域o部辰分的寫Sh知al壽校驗?zāi)檀a，良共2杰0b席yt說e。鬼tr察ac廈ke鋤r服蘋務(wù)器吼通過悟它在慣發(fā)布任列表符中找躬到對虜應(yīng)的咬記錄燦。情主武●p真ee牛r_凝id駐：B育T客登戶機廉的惟振一性豈標志偷，在盾客戶豪機啟董動時聽產(chǎn)生添，共章20扯bi脖t。懇在B呀TV亦1.破0中樹沒有飲規(guī)定先產(chǎn)生傻pe魚er同_i直d的棟算法瓦，只豪要求灰能夠悲保證棉惟一兆性即在可。奉姓纖●p門or染t：陜提供府上傳粉的端壇口號臺，亦泊即常密說的防監(jiān)控鉆端口太，這曠里是校66女41楚（可白自行從設(shè)定楚）。減賤筋●k飄ey遼：可趴選?？匾粋€諷擴展材的惟罩一性羞標志殺，即概使改蜻變了吐IP榆地址個，也隸可以社使用售該字鋼段標宮志該帳BT綢客戶妨機。吵絕篇●u剩pl銀oa腐de靈d/智do越wn撤lo尚ad戲ed飄：上亭傳/循下載際的字襖節(jié)數(shù)慘（從虹客戶壟機向?qū)r位ac腰ke守r服州務(wù)器餡發(fā)送養(yǎng)“s犯ta畏rt氧ed撥”開蓋始計退算）抽，服煎務(wù)器遲可以分用它敵來做桂流量廚分析守?；j混仰●l用ef逮t：腸還需抹要下姓載的責(zé)字節(jié)哨數(shù)。零號均●c漸om鑼pa艦ct枯：壓腸縮標冠志。元如果夏值為飯1表麥示接具受壓彩縮格祝式的迎對等經(jīng)方列欠表，巨即用礎(chǔ)6b尸yt撥e表劫示一憑個對飛等方夏（前跌4b袍yt裕e表彼示I肺P地頃址，牧后2爬by雖te淹表示巧端口曾號）紗；值裕為0恢表示護不接鍛受。綿賣夜譯●e昌ve最nt厲：表任明客藝戶機密的狀陣態(tài)，輩只能底是s何ta稀rt撐ed形、c柴om洲pl眉et腳ed捎、s社to仗pp姓ed熔等3仍種中遵的一楊種。椅艱相除了疏上面順這些巾例子幻中包暢含的蟲參數(shù)圍外，巾可選胳的參灰數(shù)還摩有：糧布謠●i擇p：夫可選震。I峽P地購址，畜沒有勢的話板服務(wù)降器會為自己船找到品。軟捧呈●n勢um著wa縮nt源：可別選。惜客戶翅機希雙望從肯tr炸ac裳ke唇r服峰務(wù)器震得到營的對臣等方荷的數(shù)男目。校加意●t廊ra島ck軋er美id喘：可遙選。慶如果趴在之綠前的笛an榜no婚un全ce間中包改含了榨tr鞠ac預(yù)ke澇ri晌d，票將其丙值設(shè)稼置在膀該處粗。凡茫吉服務(wù)軌器中糖有個帥tr涌ac超k程塘序來打管理省這些黎請求倦，得汪到這任一串謎代碼夜后就傻會用磚in碰fo卸_h碧as旬h來拒查找更列表糠，若愉找到遙就可途以下渴載。描接著笨它會堅反連稿（N房at予Ch親ec窗k）挽客戶鄙機的獎IP茫地址灶和端嘩口來噴判斷宏它是霸內(nèi)網(wǎng)喚用戶恢還是乒公網(wǎng)忍用戶朝（像恩10候.1玩0.姑10蝕.x站這樣糖的地勇址。槽是無負法連坑通的貞）。誘接下余來服別務(wù)器俯返回微現(xiàn)在爽正在境下載雀這個誰文件巧的所鋼有公幅網(wǎng)用槍戶的控IP鼓地址壩和端誤口（雄包含示在分隙組7默54芳、7激55秒中，惡因為努返回績的數(shù)駝?chuàng)裙谳^多園，所滴以被下分片亂返回?。?。兆HT遞TP盆之上祝的部變分數(shù)哨據(jù)如丈圖7忘所示川。戶億替圖7煩剃HT眨TP鳥之上催的部彼分數(shù)腎據(jù)方課遭其中兵“1禮99碑8：啦”及襯其之滑前的頂部分蹤使用澇的是焦AS突CI狹I字精符集抱，“宏19眾98爭：”睡之后童的部石分是噴用1貌6進東制表角示的退二進深制數(shù)唐。從朋分組抬內(nèi)容峰可以灘看出腐in姐te繡rv拳al讀的值慌為1懼80寸0。需也就楊是B拉T客伸戶機憑最多卡每隔缸18黃00稿個時細間單圣位就乎與t究ra蹈ck印er致服務(wù)慎器重援新聯(lián)睜系一柄次：建pe禍er賀s部閑分共摧有1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