Le DNS comme Source de Confiance et d'Information pour l'Internet Moderne

DNS as a Source of Trust and Information in the Modern Internet

• Auteur / Autrice : Simon Fernandez
• Direction : Andrzej Duda, Maciej Korczynski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 05/12/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique de Grenoble
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe de recherche Drakkar (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Vivien Quéma
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Lafourcade, Gian-Luigi Ferrari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Identité numérique

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Serveur de noms de domaine

Mots clés libres

Sécurité

Nom de domaine

Dns

Spam

Vie privée

Réseau

Security

Domain name

Dns

Spam

Privacy

Network

Résumé

Le Domain Name system est une pierre angulaire de l'Internet moderne, fournissant des informations techniques sur des millions de domain en répondant à des milliards de requêtes chaque jour.Il est souvent réduit à sa fonction de table associant une adresse IP à chaque nom de domaine, mais le DNS a de nombreux autres rôles et un grand nombre de systèmes utilisent son architecture et sa stabilité comme fondation sur laquelle se baser.Le DNS est un système hiérarchique distribué, associant des informations techniques à des noms de domaines, comme leur adresse IP sur le réseau permettant de les contacter, ou le nom du serveur en charge de la gestion de leurs mails.Cependant, le DNS a été créé au début des années 80, quand Internet n'était qu'un petit ensemble d'universités et agences gouvernementales interconnectées.Des centaines d'additions et extensions ont été ajoutées au protocole pour l'adapter aux besoins grandissants et changeants de l'Internet.Grâce à sa facilité d'utilisation, son adoption massive et son architecture résiliente, de nombreux systèmes s'appuient sur les noms de domaines et le DNS, comme les protocoles d'envoi et de réception de mails, les équilibreurs de charge, des systèmes de détection d'intrusion ou de découverte de services.Des systèmes mal intentionnés utilisent aussi l'architecture DNS pour augmenter leur efficacité ou cacher leur identité, comme l'envoi de pourriels, des attaques de déni de service, de la distribution de virus ou le contrôle debotnets.La majorité des connexions entre deux terminaux sur Internet commence par des requêtes DNS@.Observer ces requêtes permet donc de voir en direct de nombreux événements, comme des campagnes d'envoi de pourriels,le déploiement de mises à jour, des problèmes de configuration, la montée de l'Internet des Objets ou des cyber-conflits entre des états.Cependant, étudier le DNS est une tâche ardue, étant donné l'important volume de trafic qu'il représente, et son architecture distribuée.Mais même en se limitant à des échantillons du trafic réel, ce trafic permet de mieux comprendre comment l'Internet est organisé, et comment différents acteurs l'utilisent.Dans ce travail de thèse, nous avons étudié le DNS en tant que source de confiance et d'information.En effet, de nombreux systèmes l'utilisent afin d'établir des liens de confiance entre des terminaux, et son étude nous permet de mieux comprendre la diversité et l'usage actuel d'Internet.Nous avons tout d'abord étudié le processus d'enregistrement de noms de domaines, en remettant en question une hypothèse, faites par plusieurs articles scientifiques et travaux techniques, que les multiples sources d'information sur les noms de domaines étaient toujours cohérentes entre elles.Nous avons apporté des preuves de cette cohérence, rassurant ainsi les travaux collectant ces données pour un grand nombre de domaines, tout en soulignant que certains types d'entrées étaient plus souvent erronés, et que les travaux se basant sur leur contenu doivent prêter une attention particulière à leur cohérence.Nous avons créé un schéma de nommage pour des terminaux à capacités limitées, permettant d'encoder efficacement les propriétés et localisation du terminal.Ce système utilise l'infrastructure DNS et exploite le format des noms de domaines pour permettre des requêtes rapides et efficaces, n'impliquant pas de charge supplémentaire pour les terminaux découverts.Enfin, nous avons étudié les entrées DNS de configurations de sécurité et le trafic DNS des domaines envoyant des pourriels.Nous avons construit un outil de détection utilisant des différences de configuration entre domaines bénins et domaines malveillants pour détecter les domaines malveillants avant qu'ils n'envoient le moindre mail, permettant de prendre des mesures défensives rapides et d'empêcher certaines attaques.

The Domain Name System is a cornerstone of the modern Internet, providing information on millions of domainnames by answering billions of requests per day.It is often simplified as just a system mapping human-readable names to machine IP addresses, but it fillsmultiple other roles and many systems use its architecture, availability, and resilience as a foundation for theirdesign.The DNS is a hierarchical and distributed system, storing technical information on domain names, like their IPaddress allowing other devices on the network to contact them, or the name of the server in charge of their mail boxes.However, the DNS protocol was designed in the early 1980s, when the Internet was just a small set of interconnecteduniversities and government agencies.Therefore, hundreds of protocol extensions were added to its specifications to betteraddress the needs and paradigms of the growing and changing Internet.Thanks to its unique properties, many different systems rely on the domainname architecture and the DNS infrastructure, like mail delivery and security, load balancing, intrusion detectionsystems and service discovery.Malicious actors also leverage the DNS architecture to increase their reach, impact, or hide their identity, likespam campaigns, Denial of Service attacks, malware delivery or botnets control.Querying the DNS is often the first step of a connection between two devices on the Internet, so observing thistraffic can reveal ongoing spam campaigns, software updates distributions, misconfigurations, the rise of the Internetof Things or cyberwars between countries.However, studying the DNS is a challenging task, considering the massive volume of queries and its distributedarchitecture.Nevertheless, observing even a sample of the DNS traffic can still provide crucial insights into how the modern Internet isorganized and how different entities and systems use it.In this thesis, we explore the DNS as a way to establish trust and gather information, as it is used by many systems to establishtrust between entities on the Internet, and can provide valuable insights on the Internet usages and diversity.We dive into the domain name registration process and challenged the assumption that the data stored in multipledomain name registration databases are always coherent.This hypothesis made by previous works turned out to be true for the majority of domains, but we raise concerns onsome incoherence that still remain.We designed a naming scheme for constrained devices that leverages the DNS capabilities, allowing for efficientencoding of properties and location.This design also provides ways to discover devices based on these properties without addingload to the end devices.Finally, we study the security configuration and DNS traffic patterns of domains distributing spam.We propose a detection algorithm leveraging the differences between benign domains and spam domains to classify spam domains even before the start of a spam campaign,allowing defenders to take protective measures quickly and prevent attacks.