Nmap的扫描流程解析和系统结构

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发布于2023-04-19

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安全扫描工具：Nmap的系统结构及扫描流程解析

本文本文档介绍了Nmap的体系结构及扫描仪流程，最后重点介绍了Nmap的NSE扫描仪脚本制作。

Nmap简介

Nmap，也称为网络映射器(Network Mapper)，是一种网络连接扫描软件，用于扫描网络上计算机的开放网络连接。确定哪些服务在哪些连接上运行，并推断计算机在哪个操作系统上运行。它是网络管理员比用的软件之一，以及用以评估网络系统保安，nmap的核心功能有：

主机发现：用于发现目标主机是否处于活动状态。Nmap提供多种检测机制，可以更有效地辩识主机。

端口扫描：用于扫描主机上端口状态。Nmap可以将端口识别为开放(Open)、关闭(Closed)、过滤(Filtered)、未过滤(Unfiltered)、开放|过滤(Open|Filtered)、关闭|过滤(Closed|Filtered)。默认情况下，Nmap会扫描1000个常用端口，可以覆盖大多数基本应用情况。

版本侦测：用于识别端口上运行的应用程序与应用版本。Nmap目前可以识别数千钟中应用的签名，检测数百种应用协议。而对于不识别的应用，Nmap默认会将应用的指纹打印出来，如果用于确知该应用程序，那么用户可以将信息提交到社区，为社区做贡献。

操作系统侦测：用于识别目标机的操作系统类型、版本编号及设备类型。Nmap目前提供了上千种操作系统或设备的指纹数据库，可以识别通用PC系统、路由器、交换机等设备类型。

防火墙/IDS规避：Nmap提供多种机制来规避防火墙、IDS的屏蔽和检查，便于秘密地探查目标机的状况。基本的规避方式包括：分片/IP诱骗/IP伪装/MAC伪装等等。

NSE脚本引擎：NSE是Nmap最强大最灵活的特性之一，可以用于增强主机发现、端口扫描、版本侦测、操作系统侦测等功能，还可以用来扩展高级的功能如web扫描、漏洞发现。漏洞利用等等。Nmap使用lua语言来作为NSE脚本语言，目前的Nmap脚本库已经支持400多个脚本。

Nmap的工作流程

Nmap的执行流程简单清晰，主要分为三个阶段

准备阶段：在其中会执行参数解析、资源分配、基本扫描信息的输出、端口与地址列表的初始化、NSE环境准备及pre_scripts的运行等基本的准备操作。

工作阶段：然后进入主循环，每次循环对一组目标地址进行主机发现、端口扫描、服务与版本侦测、OS侦测及脚本扫描等操作，直到所有的目标地址都被扫描完毕才推出主循环

善后阶段：在完成所有扫描操作后，调用post-script完成相应处理，然后打印出扫描的最终结果，并释放掉分配的资源。

下图为Nmap的执行流程图

Nmap脚本引擎

Nmap提供了强大的脚本引擎(NSE)，以支持Lua编程来扩展Nmap的功能。目前脚本库已经包含400多个常用的Lua脚本，辅助完成Nmap的主机发现、端口扫描、服务侦测、操作侦测四个基本功能，并补充了其他扫描能力：如执行HTTP服务详细信息的探测、暴力破解简单密码、检查常见的漏洞信息等等。如果用户需要对特定的应用做更深入的探究，可以按照NSE脚本格式便携Lua脚本来增强Nmap的扫描能力。

实现原理

NSE主要分为两大部分：内嵌Lua解释器与NSE library。

解释器：Nmap采用嵌入的Lua解释器来支持Lua脚本语言。Lua语言小巧简单而且扩展灵活自身的C/C++语言融合。

NSE library：为Lua脚本与Nmap提供了连接，负责完成基本初始化及提供脚本调度、并发执行、IO框架及异常处理，并提供了默认的实用的脚本程序。

脚本分类

NSE中提供的Lua脚本分别为不同的类别，根据官方网站，目前的有14中类别：

auth：负责处理鉴权证书(绕开鉴权)的脚本

broadcast：在局域网内探查更多服务开启状况，如dhcp/dns/sqlserver等服务。

brute：提供暴力破解方式，针对常见的应用如http/snmp等

default：这是使用-sC或A选项扫描时默认的脚本，提供基本扫描能力

discovery：对网络进行更多的信息，如SMB枚举、SNMP查询等

dos：用于进行拒绝服务攻击

exploit：利用已知的漏洞入侵系统

external：利用第三方的数据库或资源，例如whois解析

fuzzer：模糊测试的脚本，发送异常的包的目标机，探测出潜在漏洞

intrusive：入侵性的脚本，此类脚本可能引发对方的IDS/IPS的记录或屏蔽

malware：探测目标机是否感染了病毒、开启了后门等信息

safe：此类与instrusive相反，属于安全性脚本

version：负责增强服务与版本扫描功能的脚本

vuln：负责检查目标机是否有常见的漏洞，如是否有MS08_067

每种脚本不止属于一种类型的，具体属于哪种类型可进入官网查看

NSE扫描流程

Nse脚本扫描属于主循环流程下的一个部分，其代码流程图如下:

初始化流程

在命令行参数中指定脚本(–script/-sC)或指定-A选项或指定-sV选项，都会触发Nmap启动脚本引擎。其中-A选项表示全面扫描，会调用default类别的脚本扫描;而-sV选项表示应用与版本侦测，会调用Version类别的脚本，辅助侦测服务详细信息。

nmap_main()函数中，若判断需要启动脚本引擎，这首先需要调用open_nse()函数进行NSE环境的准备，首先要创建luaState(管理Lua解释器的执行的全局变量)，然后调用init_main()函数进行详细的初始化过程。

进入init_main()函数，首先加载Lua标准版库与Nmap的扩展库，随后准备参数环境，然后加载并执行nse_main.lua文件。

nse_main.lua脚本为后续的脚本执行准备Lua环境，加载用户选择的需要调用的脚本(例如，用户–script discovery，那么会将该类别中所有的脚本加载进来)，返回一个main()函数对象给init_main()，该main()是否后续脚本扫描需要的主函数，被保存在Lua的环境的注册表中。

在nse_main.lua中，定义两个核心的类，Script和Thread，Script用于管理NSE脚本，当新的脚本被加载时，调用Script.new创建脚本对象，该对象被保存下来在后续的扫描过程中使用;Thread用于管理脚本的执行，该类中也包含对脚本健全性的检查(sanitycheck，如是否包含Action函数，4.4会讲到)。在脚本执行时，如果脚本之间存在依赖关系，那么会将基础的无依赖的脚本统一执行完毕，再执行依赖性的脚本。

脚本扫描流程

执行脚本扫描时，从nmap_main()中调用script_scan()函数。

在进入script_scan()后，会标记扫描阶段类型，然后进入到初始化阶段返回的main()函数(来自nse_main.lua脚本中的main)中，在函数中解析具体的扫描类型。

main()函数负责处理三种类型的脚本扫描：预扫描(SCRIPT_PRE_SCAN)、脚本扫描(SCRIPT_SCAN)、后扫描(SCRIPT_POST_SCAN)。预扫描即在Nmap调用的最前面(没有进行主机发现、端口扫描等操作)执行的脚本扫描，通常该类扫描用于准备基本的信息，例如到第三服务器查询相关的DNS信息。而脚本扫描，是使用NSE脚本来扫描目标主机，这是最核心的扫描方式。后扫描，是整个扫描结束后，做一些善后处理的脚本，比如优化整理某些扫描。

在main()函数中核心操作由run函数负责。而run()函数的本身设计用于执行所有同一级别的脚本(根据依赖关系划分的级别)，直到所有线程执行完毕才退出。

run()函数中实现三个队列：执行队列(Running Queue)、等待队列(Waiting Queue)、挂起队列(Pending Queue)，并管理三个队列中线程的切换，直到全部队列为空或出错而退出。