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

電信科學程磊

陳鳴

周駿

風靡一時的應用程序BitTorrent（BT）曾在短期內改變了因特網的流量構成，對IP網絡的運營、維護和管理產生了巨大影響。

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)的因特網服務如Web、FTP、DNS等均使用客戶機/服務器（C/S）模式進行通信。在通信過程中，提供服務的程序稱為服務器，請求服務的程序稱為客戶機。因此，在復雜通信的過程中，一個服務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：服務器是總是打開的主機，具有永久的IP地址，并可擴展為服務器池；客戶機與服務器直接通信，可以間歇地與服務器連接，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和資源集中，所有對服務請求的處理通常是由服務器完成的。

對等方到對等方（peer-to-peer，P2P）是近年來流行起來的通信模式，但實際上因特網正是基于這種理念建立起來的。隨著因特網用戶和服務的增多，服務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，無總是打開的應用服務器，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：服務和資源分布化，資源不集中存儲在某些設備上，而是分散存儲在運行P2P程序的設備上，每一個對等方都可以為其他對等方提供服務。例如，主機A要從網上下載一個文件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，向對等方提出下載請求，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應用方式分為3類：集中式目錄、分布式查詢和結合這兩者的混合方式[1]。集中式目錄模式屬于第一代P2P應用，使用一臺大型服務器（或服務器場）來提供目錄服務，其代表是Napster[2]，缺點是存在單點故障、性能瓶頸和侵犯版權等問題。分布式查詢將目錄服務完全分布在覆蓋網絡的所有對等方中，每一個對等方負責維護一部分目錄內容。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發(fā)該報文，這些鄰居又依次向它們的所有鄰居轉發(fā)該報文等，其代表是Gnutella[3]。第3種方式是前兩種方式的結合，其中一種實現(xiàn)方法是將覆蓋網絡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連接性的成員作為組長，組長負責管理組內成員及與其他組長通信。在小組內使用集中式目錄服務，服務器就是該組的組長。各組長之間使用分布式的目錄服務?；旌戏绞侥壳霸赑2P應用中使用最為廣泛，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工作原理的基礎上，比較了BT與C/S模式應用程序的特點，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應用程序很多，如BitBuddy、FlashBT、BitComet和BitSpirit等，這里以應用程序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、目錄服務器和內容發(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服務器的地址和針對tracker服務器的設置；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。目錄服務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服務器，這種目錄服務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）網絡的支持，該網絡中目錄服務器是分布式的。本文的討論只涉及tracker服務器。內容發(fā)布者/下載者是BT網絡的主體，最終的下載由它們完成。構成BT網絡的這幾部分的相互關系如圖1所示。

圖1

BT覆蓋網絡的結構

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相連，BT服務器位于因特網，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網協(xié)議取是B紗T客污戶機眾與t承ra侍ck年er雀服務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文殊件的猾結構悶拒閘圖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成掩了.秘to皆rr礎en淺t文叉件的球內容粗。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Co畝me辯t/延0.舊67格。處剖然●e諒nc萬od并in驅g：伸可選敘。發(fā)撒布的離資源轉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.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垮服務饞器。礦感李服務逢器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29跨.7順8.拌11盤4，壁BT圍客戶廳機與差BT腸服務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很號分扛組為刊應答蜓。7基57么-7例60戒號分勻組為壁關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HT睜TP伸部分溪內容符如圖該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壽校驗奶碼，良共2杰0b席yt說e。鬼tr察ac廈ke鋤r服蘋務器吼通過悟它在慣發(fā)布任列表符中找躬到對虜應的咬記錄燦。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（從虹客戶壟機向尋tr位ac腰ke守r服州務器餡發(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方列欠表，巨即用礎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ke澇ri晌d，票將其丙值設稼置在膀該處粗。凡茫吉服務軌器中糖有個帥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網喚用戶恢還是乒公網忍用戶朝（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健）。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設99倘8露by航te汪。對船75弟3號鄰分組自的分箏析可企知，狗BT港客戶嫂機支籃持對上對等殺方列廟表的騾壓縮秤，因哀此在樂75險4、姑75陳5號敲分組服返回鞏的對叉等方會列表盜是用炕壓縮敏方式他存儲志的，方即6竿b鵲yt明e表貨示一臉個對犧等方肥，例恨如d閣a4濫0渡91任e就8畏41逗a牲f表稻示的三對等大方是定21屑8.復64哪.1部45鳥.2亡32置:1除68昆15菊,d牢d誰ea億3鑄b咱9f屠7a催2f塞表示秤的對親等方狠是2報21蠟.2確34哲.5鋼9.灰14漠9:您31白27樂9。億對等績方列材表的勤長度邀為1透9園98冷b喪yt西e，濫也就款是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