حمله Replay Attack یا بازپخش، یکی از حملات رایج در حوزه امنیت شبکه و رمزنگاری است که در آن یک مهاجم پیام یا داده‌ای را که در گذشته بین دو طرف رد و بدل شده است، دوباره ارسال می‌کند. هدف اصلی این نوع حمله این است که مهاجم با تکرار پیام‌های معتبر، به سامانه یا سرویس هدف دسترسی غیرمجاز پیدا کند. این نوع حمله زمانی کارآمد است که سیستم نتواند بین پیام‌های جدید و پیام‌های قدیمی تفاوت قائل شود و تنها بر اساس اعتبار اولیه پیام‌ها، به آنها پاسخ دهد.

نحوه عملکرد Replay Attack

حمله Replay در شرایطی رخ می‌دهد که یک مهاجم بتواند پیام یا اطلاعات تبادل شده میان دو سیستم یا کاربران را رهگیری کند. سپس، بدون تغییر در محتوا، این پیام‌ها را مجدداً ارسال می‌کند تا از این طریق به اهداف خود برسد. برای مثال، اگر یک کاربر در حال ارسال درخواست احراز هویت یا پرداخت مالی باشد، مهاجم می‌تواند با ضبط و بازپخش مجدد این پیام، دسترسی یا تراکنش دیگری انجام دهد.

فرض کنید یک کاربر A درخواستی به کاربر B ارسال می‌کند و این درخواست شامل اطلاعاتی مانند شناسه کاربر و کلیدهای رمزنگاری شده است. اگر مهاجم C بتواند این پیام را رهگیری و دوباره ارسال کند، سیستم کاربر B ممکن است بدون تشخیص اینکه این پیام تکراری است، پاسخ داده و عمل احراز هویت یا تراکنش را برای مهاجم انجام دهد.

انواع حمله Replay Attack

حمله Replay به شکل‌های مختلفی قابل اجراست. برخی از رایج‌ترین نوع‌های این حمله شامل موارد زیر است:

1. حملات تکراری ساده (Simple Replay Attack): در این نوع حمله، مهاجم تنها پیام را بدون هیچ‌گونه تغییر یا اصلاح، مجدداً ارسال می‌کند. این نوع حمله در سیستم‌هایی که توانایی تشخیص تکراری بودن پیام‌ها را ندارند، بسیار مؤثر است.

2. حمله با تاخیر (Delayed Replay Attack): در این نوع حمله، مهاجم پیام را رهگیری کرده و پس از مدتی مجدداً آن را ارسال می‌کند. در این حالت، سیستم ممکن است زمانبندی پیام‌ها را نادیده بگیرد و به آن واکنش نشان دهد.

3. حمله همزمان (Simultaneous Replay Attack): در این نوع حمله، مهاجم همزمان با ارسال یک پیام واقعی، نسخه‌ی تکراری پیام را نیز ارسال می‌کند. این روش می‌تواند برای سردرگمی سیستم هدف مورد استفاده قرار گیرد.

هدف و انگیزه‌های Replay Attack

هدف اصلی حمله Replay از دسترسی غیرمجاز به منابع یا انجام اعمال غیرقانونی با سوءاستفاده از پیام‌های معتبر قبلی است. از جمله اهداف این حملات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. سرقت هویت (Identity Theft): مهاجم می‌تواند با بازپخش پیام‌های احراز هویت به سیستم هدف دسترسی پیدا کرده و از اطلاعات کاربر اصلی برای انجام تراکنش‌های غیرمجاز استفاده کند.

2. سرقت اطلاعات حساس: در بسیاری از مواقع، مهاجم با دسترسی به پیام‌های حاوی اطلاعات رمزنگاری‌شده یا حساس، مانند شماره کارت اعتباری یا اطلاعات ورود به سیستم، می‌تواند از این اطلاعات برای منافع خود استفاده کند.

3. جعل تراکنش‌ها: در تراکنش‌های مالی، مهاجم می‌تواند با تکرار پیام‌های معتبر قبلی، پرداخت‌های تکراری یا تراکنش‌های غیرمجاز را انجام دهد.

راهکارهای مقابله با Replay Attack

با توجه به خطرات بالای حملات Replay، باید اقدامات لازم برای مقابله با این حملات انجام شود. برخی از راهکارهای اصلی برای جلوگیری از این حملات شامل موارد زیر است:

1. استفاده از Nonce: یکی از متداول‌ترین روش‌ها برای جلوگیری از حمله Replay، استفاده از Nonce است. Nonce یک عدد یا رشته منحصر به فرد و تصادفی است که در هر تراکنش استفاده می‌شود. با استفاده از Nonce، سیستم‌ها می‌توانند اطمینان حاصل کنند که هر پیام منحصر به فرد است و پیام‌های تکراری را نادیده بگیرند.

2. امضای دیجیتال (Digital Signatures): استفاده از امضای دیجیتال نیز می‌تواند به جلوگیری از حملات Replay کمک کند. امضای دیجیتال به هر پیام یک هویت منحصربه‌فرد می‌بخشد و امکان تشخیص تکرار پیام‌ها را فراهم می‌کند.

3. Timestamp: استفاده از زمان‌بندی دقیق و ثبت زمان ارسال پیام‌ها می‌تواند به شناسایی پیام‌های تکراری کمک کند. اگر یک پیام با زمان ارسال قدیمی مجدداً ارسال شود، سیستم می‌تواند آن را شناسایی کرده و از پردازش آن جلوگیری کند.

4. تکنیک‌های رمزنگاری مبتنی بر کلیدهای یکبار مصرف (One-time Key Encryption): در این روش، برای هر پیام یک کلید رمزنگاری منحصربه‌فرد استفاده می‌شود که پس از پردازش پیام غیرقابل استفاده است. این روش مانع از امکان بازپخش پیام توسط مهاجم می‌شود.

5. بررسی مقدار مصرفی (Sequence Number Checking): در این روش، هر پیام با یک شماره متوالی مشخص می‌شود که سیستم باید آن را بررسی کند. اگر پیامی با شماره تکراری دریافت شود، سیستم آن را نادیده می‌گیرد.

ابزار های مقابله با Replay Attack

برای مقابله با حمله Replay Attack و پیاده‌سازی روش‌های جلوگیری از آن، ابزارها و فناوری‌های مختلفی وجود دارد که می‌توان از آنها استفاده کرد. در اینجا برخی از ابزارها و فناوری‌های اصلی که برای محافظت در برابر حملات Replay استفاده می‌شوند، آورده شده است:

1. SSL/TLS (Transport Layer Security)

یکی از بهترین ابزارهای موجود برای جلوگیری از حملات Replay در ارتباطات شبکه‌ای، استفاده از پروتکل‌های امنیتی SSL و TLS است. این پروتکل‌ها امکان برقراری ارتباطات امن و رمزنگاری شده را فراهم می‌کنند و از مکانیزم‌های Nonce، امضای دیجیتال و رمزنگاری استفاده می‌کنند تا پیام‌های تکراری شناسایی شوند.

2. OAuth

OAuth یک پروتکل احراز هویت است که به‌طور گسترده در اپلیکیشن‌های وب و APIها استفاده می‌شود. این پروتکل با استفاده از توکن‌های دسترسی زمان‌دار، از حملات Replay جلوگیری می‌کند. هر توکن فقط در مدت زمان محدودی معتبر است و نمی‌تواند بعد از انقضا دوباره مورد استفاده قرار گیرد.

3. JWT (JSON Web Token)

JWT یک ابزار معمول در بسیاری از سیستم‌های احراز هویت است. هر توکن JWT شامل اطلاعاتی مثل زمان صدور و انقضای توکن است که از طریق آن می‌توان پیام‌های تکراری را شناسایی کرد. با استفاده از امضای دیجیتال در JWT، پیام‌های قبلی نمی‌توانند دوباره مورد استفاده قرار گیرند.

4. Kerberos

Kerberos یک پروتکل احراز هویت است که به‌طور خاص برای سیستم‌های توزیع‌شده طراحی شده است. در این پروتکل، کلیدهای رمزنگاری یکبار مصرف (Session Keys) برای هر جلسه استفاده می‌شوند که از امکان بازپخش پیام‌ها جلوگیری می‌کند.

5. HMAC (Hash-Based Message Authentication Code)

HMAC یک روش مبتنی بر هش است که با استفاده از یک کلید رمزنگاری و توابع هش برای تأیید یکپارچگی پیام‌ها استفاده می‌شود. در این روش، به هر پیام یک امضای منحصر به‌فرد داده می‌شود که تکرار مجدد پیام توسط مهاجم امکان‌پذیر نیست.

6. Nonce Generators

ابزارهای تولید Nonce، مانند کتابخانه‌های رمزنگاری معروف مانند OpenSSL یا کتابخانه‌های رمزنگاری موجود در زبان‌های برنامه‌نویسی مانند Python، Java و Node.js، برای تولید اعداد تصادفی و منحصر به‌فرد استفاده می‌شوند. Nonceها به جلوگیری از حملات Replay کمک می‌کنند چون هر پیام با Nonce مخصوص خود تولید و ارسال می‌شود.

7. Time-based One-Time Password (TOTP)

در سیستم‌های احراز هویت دو مرحله‌ای (2FA)، TOTP روشی است که با استفاده از زمان، پسوردهای یکبار مصرف تولید می‌کند. از آنجایی که پسوردها فقط برای مدت زمان کوتاهی معتبر هستند، از بازپخش آنها جلوگیری می‌شود.

8. Blockchain

در برخی از پیاده‌سازی‌های بلاکچین، مکانیزم‌های جلوگیری از Replay Attack به‌صورت خودکار وجود دارند. مثلاً، با استفاده از Nonceها در هر تراکنش، تضمین می‌شود که هر تراکنش فقط یکبار می‌تواند در بلاکچین ثبت شود.

9. OpenID Connect

OpenID Connect یک پروتکل احراز هویت مدرن است که بر پایه OAuth 2.0 ساخته شده و به‌طور گسترده در سیستم‌های احراز هویت استفاده می‌شود. در این پروتکل از توکن‌ها و زمان‌بندی دقیق برای جلوگیری از حملات Replay استفاده می‌شود.

10. IPSec (Internet Protocol Security)

IPSec یک مجموعه پروتکل‌هایی است که برای ایمن‌سازی ارتباطات در سطح IP طراحی شده است. این پروتکل با استفاده از توکن‌های Nonce و مکانیسم‌های امنیتی مبتنی بر کلید، می‌تواند از حملات Replay در ارتباطات شبکه جلوگیری کند.

11. Timestamp Validation Libraries

برخی کتابخانه‌ها و ابزارها وجود دارند که بررسی زمانبندی پیام‌ها (Timestamp) را انجام می‌دهند تا از پردازش پیام‌های تکراری یا قدیمی جلوگیری شود. برای مثال، در بسیاری از فریم‌ورک‌ها و پروتکل‌های امنیتی مانند AWS SDK، امکان بررسی دقیق زمان ارسال پیام‌ها و مقایسه آنها با زمان فعلی وجود دارد.

12. NTP (Network Time Protocol)

استفاده از NTP برای هماهنگی زمان بین سیستم‌ها بسیار مهم است. هماهنگی دقیق زمان در سیستم‌ها می‌تواند به جلوگیری از حملات Replay کمک کند. اگر سیستم‌های درگیر در یک تراکنش از زمان دقیق و هماهنگ استفاده کنند، پیام‌های قدیمی و تکراری به راحتی شناسایی و رد خواهند شد.

13. Firewalls and IDS/IPS Systems

فایروال‌ها و سیستم‌های تشخیص و پیشگیری از نفوذ (IDS/IPS) می‌توانند ترافیک شبکه را برای شناسایی الگوهای تکراری در پیام‌ها بررسی کنند و از حملات Replay جلوگیری کنند. این سیستم‌ها با تحلیل و مانیتورینگ ترافیک، هرگونه تلاش برای تکرار پیام‌ها را شناسایی و مسدود می‌کنند.

ابزارهای ذکر شده و پیاده‌سازی در زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف

• Python: کتابخانه‌هایی مثل PyCrypto, cryptography و همچنین requests-oauthlib برای پیاده‌سازی OAuth و JWT.

• Java: ابزارهایی مانند Java Cryptography Extension (JCE) و کتابخانه‌های مرتبط با JWT و OAuth مانند jjwt و spring-security-oauth2.

• Node.js: کتابخانه‌هایی مانند jsonwebtoken برای JWT، crypto برای عملیات رمزنگاری و ابزارهای مرتبط با OAuth.

• Go: ابزارهایی مانند golang.org/x/crypto, jwt-go و oauth2 برای پیاده‌سازی مکانیزم‌های جلوگیری از Replay Attack.

مثال‌های واقعی از حمله Replay

حمله Replay در بسیاری از موارد واقعی به کار رفته است. یکی از مشهورترین مثال‌های این حمله، استفاده از آن در شبکه‌های مالی و بانکی است. در برخی از سیستم‌های پرداخت الکترونیک، مهاجم با بازپخش پیام‌های تراکنش مالی توانسته است پرداخت‌های غیرمجاز انجام دهد.

در سال‌های اخیر، حمله Replay همچنین در شبکه‌های وایرلس، به‌ویژه پروتکل‌های احراز هویت مانند WPA2 استفاده شده است. مهاجمان با رهگیری و بازپخش پیام‌های احراز هویت، توانسته‌اند به شبکه‌های وایرلس دسترسی پیدا کنند.

امنیت اینترنت اشیا (IoT) و حمله Replay

با رشد روزافزون دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT)، حمله Replay به یکی از تهدیدات اصلی در این حوزه تبدیل شده است. بسیاری از دستگاه‌های IoT از پروتکل‌های ساده‌ای برای ارتباطات استفاده می‌کنند که به‌راحتی در برابر حملات Replay آسیب‌پذیر هستند. به‌عنوان مثال، یک مهاجم می‌تواند پیام‌های کنترل‌کننده یک دستگاه هوشمند مانند ترموستات را رهگیری کرده و سپس با بازپخش آنها، کنترل دستگاه را به دست بگیرد.