细说QUANTUM：NSA最强大的互联网攻击工具
加州大学伯克利分校（UC Berkeley）及国际计算机科学中心（the International Computer Science Institute）的研究院尼古拉斯·韦弗（Nicholas Weaver）日前在《连线》（Wired）杂志发表文章，仔细阐述了美国国家安全局（NSA）最强大的互联网攻击工具QUANTUM（量子）。
以下是文章主要内容：
众所周知，NSA已将互联网变成了一件武器，让其能够随心所欲“攻击”任何人的漏洞，一个简单的网页抓取（web fetch），就足以让NSA用来对目标进行攻击。
但是，爱德华·斯诺登（Edward Snowden）日前在新闻网站The Intercept曝光的最新机密文件，更加详细的解释了NSA所具备的监控技术及其局限性。
首先，NSA选择代号为“QUANTUM“的恶意软件，作为其首选互联网开发机制。比起单纯的发送垃圾邮件，QUANTUM的效率更高，自从该项目在NSA上线以来，其任务和目标都出现了变化。
如果NSA只利用QUANTUM来攻击对那些试图阅读煽动性内容的潜在恐怖主义者，那么，几乎不会有人提出异议。但相反，NSA不仅利用该程序来扩大自己的监视范围，比如监控意大利最大电信公司Belgacom，同时还对该程序的监视功能进行拓展。
如今，QUANTUM涵盖了包括DNS（域名系统）和HTTP注入式攻击等在内的一系列网络攻击工具。此外，QUANTUM还拥有能够插入关联数据库管理系 统MySQL连接的插件等小工具，让NSA能够在人不知鬼不觉的情况下，干扰第三方数据库的内容。由这可以看出，互联网中未加密的MySQL很容易被 NSA盯上。
而且，NSA还能够借助QUANTUM，操控基于IRC和HTTP的犯罪僵尸网络，以及那些利用数据包注入来创建虚拟服务器的程序，甚至可以用来防御攻击。QUANTUM的覆盖范围非常广，其中最著名的就是名为QUANTUMDEFENSE的项目，NSA能够借对寻求"非保密因特网协议路由器网"（NIPRNET）地址的DNS请求进行监控，并能够将数据包注入虚假的DNS请求，将攻击者引向NSA所控制的网站。
QUANTUMDEFENSE 项目非常准确的诠释了“如果你只有一把榔头，那么所有的问题在你看来都像是钉子。”这句话。“互联网协议路由网络“（NIPRNET）是美国国防部网络的 一部分，是一种非保密但十分敏感的网络系统，而公众可以连接到该网络。借助QUANTUMDEFENSE，美国国防部控制着攻击者们正在查阅的DNS权限 记录，并且能够直接让这些网络攻击者无功而返。
此外，QUANTUM还有三点限制：类档次结构、履行受限以及防御性薄弱。
此前大家不解的是，100次“提示”是如何在一次测试中（窃听装置发现一些有趣内容，并将这些信息发送至其他电脑）仅实现5次成功“攻击”（受害人收取到的攻击数据包）；另外，先前曝光文件展示的是一个明显破损的设计，而在这个设计中，“攻击”命令是由“远程计算机”来执行，那么为何在先前QUANTUM恶意软件潜伏时间增长，而且有效性降低。
是因为类档次结构。监控设备本身就依靠互联网，处于“低层系统(system low)”空间，而攻击行为背后的程序逻辑则处于NSA的机密“高层系统（system high）”空间。
低层系统能够很容易向高层系统传送数据，也就是从非机密网络向NSA机密网络传送数据。但是根据QUANTUM的设计结构，高层系统向低层系统进行传输几乎是不可能的。这个特殊的单向“管”通道控制着通信，保证信息不会从机密网络中逆流出去。
这就是QUANTUM采用分体式设计，并出现之后性能低下的潜在原因。NSA要求攻击程序逻辑位于“高层系统”，而其他内容则只会根据那个设计决定流出。“高层系统”需要高度防护，可能需要存放在一个不同的安全地点，而且还不能随意向互联网发送请求。
相较于通过分级结构改变将攻击程序逻辑转移至“低层系统”，NSA寻求新的解决方法，推出了代号为“QUANTUMHAND（量子指针）”的恶意软件系统。 除了瞄准任何可攻击的网页链接，QUANTUMHAND以来自Facebook的持续“推送”连接为目标，当用户登录Facebook网站时，NSA会发 送恶意数据包，使目标用户认为其在访问真正的Facebook网页。NSA通过将恶意软件隐藏在看似普通的Facebook页面中，对目标计算机进行攻 击，并从计算机硬盘中获取数据。
通过这种方法，即便是速度缓慢且设计破损的加密结构也能够攻击Facebook用户的计算机。不过，Facebook在已几个月前启动了加密措施，NSA、英国政府通讯总部（GCHQ）等机构的攻击行为可能会被挫败。
QUANTUM的第二个限制出现在一项试验的描述中。NSA和GCHQ都在寻求添加“关键字pwn”，即，检查用户的Hotmail和Yahoo邮件中是否含有关键字，如果有，便自动对其进行攻击。
为了检测攻击是否有效，这些间谍机构进行了一项试验，结果显示，QUANTUMTHEORY（量子理论）监控设备只检查单一数据包，无法完整处理TCP数据流，从而导致该项目变成一个有限工具。
从本质上来说，QUANTUM就是一款没有补丁的安全及使用软件工具。
QUANTUM第三个局限性来自NSA另一个项目QUANTUMSMACKDOWN（量子攻击），即，利用数据包注入，来阻断针对美国国防部测试资产的攻击。不过，在尼古拉斯·韦弗看来，这个计划似乎有些痴心妄想。
为了让该项目运作起来，监视设备需要识别出通往美国国防部网络的“邪恶流量”，鉴于监视设备只检查单一数据包的设定，使得流量识别成为了一个更加复杂的难 题。即便“邪恶流量”被探测数来，QUANTUM能做的只有阻断请求并提前终止回复。但由于档次分层结构，等到QUANTUM决定终止连接的时候，网络应 该已经遭到了损害。
QUANTUMSMACKDOWN能够将一些下游数据排除在国防部网络之外，但是也仅限于下游数据流。任何遭遇类似低端 攻击而感染病毒的国防部网络，遭到感染不足为奇，而相关的网络承包商也应该被解雇。至于那些专业级别的恶意攻击，则将如入无人之境一般，轻而易举的躲过 QUANTUMSMACKDOWN。
市场上从事类似NSA数据收集的私营企业也不少，而关于这些企业也有不少看法。这些公司所收集的大部分 数据，多少都与用户追踪数据有关。比如，谷歌和Facebook等内容网络以及无数的广告网络，建立了一个全球的用户监视网，因此，NSA监控互联网数据 并且利用其进行攻击，这种做法似乎也是情理之中。而幕后，NSA还执行了用户连接，让其能够完全破解“匿名”广告信息。
其实，QUANTUM最大的局限性是位置：攻击方必须能够看到一个进行目标识别的请求。由于类似技术能够通过位于美国国务院星巴克的Wi-Fi网络运行，任 何国家都能够借此获取关于QUANTUM恶意攻击软件的信息，外国政府也将因此可以实施NSA式的QUANTUM攻击。这是NSA QUANTUM项目的底线，NSA并不具备技术垄断优势，而其对类似技术的大肆使用似乎也是一种“鼓励”，默许罪犯或其他国家做出类似举动。