本章概述#

要成為 web 安全專家，必須紮實理解網際網路底層的技術與協定。本章介紹 Internet Protocol Suite，說明電腦如何透過網路交換資料，並涵蓋 stateful connections 與 encryption 等現代 web 的關鍵元素。

The Internet Protocol Suite#

  • 網際網路早期的資料交換並不可靠 — ARPANET 傳送的第一個 LOGIN 指令只送出了前兩個字母就當機了
  • 為解決可靠性問題，工程師開發了 Transmission Control Protocol (TCP)
  • TCP 是約 20 個網路協定的集合（統稱 internet protocol suite）之一

TCP 的運作方式#

  • 發送端將訊息拆分為 data packets，每個封包帶有目的地位址
  • 網路中的電腦將封包逐步推向目的地，無需處理完整訊息
  • 接收端根據每個封包上的 sequence number 重新組裝訊息
  • 每收到一個封包就回傳收據；若未收到收據，發送端會重發該封包（可能走不同路徑）

TCP 的改進#

  • 封包現在附帶 checksum，讓接收端偵測資料損壞並要求重發
  • 發送端會根據接收端的處理速度調整傳輸速率，避免壓垮對方

TCP 因其可靠的傳輸保證至今仍是最常用的協定。另一個較新的協定 UDP (User Datagram Protocol) 則允許封包被丟棄，以維持穩定的串流速率，常用於影片直播等場景。

Internet Protocol Addresses#

  • 網路上的封包被發送到 IP address — 分配給每台連網電腦的唯一數字
  • ICANN 將 IP 位址區塊分配給區域管理機構，再分配給 ISP 和主機商
  • 當你上網時，ISP 會分配一個 IP 位址給你的電腦，通常固定數月後會輪換

IPv4 與 IPv6#

  • IPv4：二進位數字格式，可容納 2^32（約 43 億）個位址，例如 8.8.8.8
  • IPv6：使用八組四位十六進位數字，以冒號分隔，例如 2001:0db8:0000:0042:0000:8a2e:0370:7334
  • 由於 IPv4 位址即將耗盡，網際網路正逐步轉向 IPv6

The Domain Name System (DNS)#

  • DNS 是一個全球目錄，將人類可讀的 domain name（如 example.com）轉譯為 IP 位址（如 93.184.216.119）
  • Domain name 必須向 domain registrar 註冊，且名稱是唯一的
  • 瀏覽器首次遇到一個 domain 時，會透過本地 domain name server（通常由 ISP 提供）查詢，並快取結果

DNS 快取與安全風險#

  • 快取存活時間由 TTL (time-to-live) 變數控制
  • 新 domain 或 domain 變更需要時間在網路中傳播
  • DNS 快取機制衍生出 DNS poisoning 攻擊 — 攻擊者故意污染本地 DNS 快取，將流量導向惡意伺服器

DNS 記錄類型#

  • CNAME records：domain 別名，允許多個 domain name 指向同一 IP
  • MX (mail exchange) records：用於路由電子郵件

Application Layer Protocols#

Internet protocol suite 分為多層：

  • Network layer：ARP、MAC、NDP、OSPF、PPP
  • Internet layer：IPv4、IPv6
  • Transport layer：TCP、UDP
  • Application layer：DNS、FTP、HTTP、IMAP、POP、SMTP、SSH、XMPP

底層協定提供基本的資料路由，高層協定則為應用程式提供更多結構化的資料交換方式。常見的 application layer protocol 包括：

  • SMTP — 電子郵件
  • XMPP — 即時通訊
  • FTP — 檔案傳輸
  • HTTP — 網頁傳輸（本書的重點）

HyperText Transfer Protocol (HTTP)#

HTTP 用於將網頁及其資源傳輸給 user agent（如瀏覽器）。在一次 HTTP 對話中，user agent 發送 request，web server 回傳 response。

本書描述的所有 exploit 都以某種方式使用 HTTP，因此深入了解 HTTP request 與 response 的運作方式非常重要。

HTTP Requests#

一個 HTTP request 包含以下元素：

  • Method（也稱 verb）：描述要執行的動作
  • URL (Universal Resource Locator)：描述要操作的資源
  • Headers：提供 metadata，如內容類型、接受的壓縮格式等
  • Body：可選，包含需要送到 server 的額外資料
GET http://example.com/
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_13_6)
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml; */*
Accept-Encoding: gzip, deflate
Accept-Language: en-GB,en-US;q=0.9,en;q=0.8

常見 HTTP Methods#

  • GET：最常見的請求類型，用於取得資源（網頁、圖片、搜尋結果等）
  • POST：將資料送到 server（例如提交表單）
  • PUT / PATCH / DELETE：上傳、編輯或刪除 server 上的資源，通常由 JavaScript 觸發

使用 GET request 來傳送資料到 server 是常見的安全錯誤，這會讓網站容易受到 cross-site request forgery 攻擊。應使用 POST request。

其他 HTTP Methods#

Method說明
HEAD與 GET 類似但 response 不含 body
CONNECT建立雙向通訊，用於通過 proxy 連線
OPTIONS查詢資源支援哪些 method
TRACE回傳原始 request 的完整副本，建議關閉以避免被惡意 JavaScript 利用

HTTP Responses#

HTTP response 包含：

  • Protocol description（如 HTTP/1.1）
  • Status code（三位數字代碼）
  • Status message（如 OK）
  • Headers（如 Content-Type、Cache-Control）
  • Body（通常是 HTML、CSS、JavaScript 或二進位資料）

HTTP Status Codes#

範圍意義
2xx請求被理解、接受並回應
3xx重導向到不同的 URL
4xx客戶端錯誤（如 404 Not Found）
5xx伺服器錯誤（請求有效但 server 無法完成）

Stateful Connections#

  • HTTP 本身不區分來自不同 user agent 的請求 — 它是 stateless 的
  • 現代網站需要追蹤使用者的登入狀態與活動，因此需要 stateful 的連線
  • 當 client 與 server 進行 handshake 後持續交換封包，這就是 stateful connection

HTTP Sessions 與 Cookies#

  • 完整的 user agent 與 web server 之間的對話稱為 HTTP session
  • 最常見的追蹤方式是 server 在初始 response 中送回 Set-Cookie header
  • Cookie 是一小段文字資料，與特定 web domain 關聯
  • User agent 在後續的每個 request 中將 cookie 放入 Cookie header 送回 server
  • Cookie 的來回傳遞唯一識別了 user agent，建立起 HTTP session

Cookie 中的 session 資訊是駭客的重要目標。若攻擊者竊取了使用者的 cookie，就能冒充該使用者；若成功偽造 cookie，則能假冒任何使用者。各種竊取與偽造 cookie 的手法將在 Chapter 10 詳述。

Encryption#

  • 早期的 HTTP request 和 response 以明文傳送，任何攔截封包的人都能讀取內容 — 這種攻擊稱為 man-in-the-middle attack
  • 現代 web 使用 encryption（加密）來保護通訊內容

TLS 與 HTTPS#

  • Transport Layer Security (TLS) 是一種加密方法，確保隱私與資料完整性
  • TLS 保證被攔截的封包無法被解密（除非擁有正確的加密金鑰），且任何竄改都能被偵測到
  • 使用 TLS 的 HTTP 對話稱為 HTTPS (HTTP Secure)
  • HTTPS 要求 client 和 server 進行 TLS handshake，協商加密方法（cipher）並交換金鑰
  • Handshake 完成後，所有後續的 request 和 response 都對外部不可見

Encryption 是保護網站安全的關鍵技術。如何為你的網站啟用加密將在 Chapter 13 詳細說明。

本章總結#

  • TCP 在不可靠的網路上實現可靠的通訊
  • 每台連網電腦都有 IP address，DNS 提供人類可讀的別名
  • HTTP 建立在 TCP 之上，透過 request/response 模式在 user agent 與 web server 之間傳輸資料
  • Web server 透過 cookie 建立 stateful connection
  • HTTPS 透過 encryption 保護 user agent 與 web server 之間的通訊安全
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