UPnP協議
統一即插即用英文是Universal Plug and Play，縮寫為UPnP。要說計算機外設的即插即用(Plug and Play（縮寫PnP）)，大家可能很熟悉，但對統一即插即用，多數人會感到是一頭霧水。由于windows xp加入對UPnP的支持，并且被查出存在很嚴重的安全問題，所以，一時間，使得UPnP名聲大噪。巧的是，本人原來查閱過關于UPnP的技術白皮書，而且也較為詳細地看了關于此次發現的安全缺陷的介紹。因此，趁著這個機會，將UPnP以及引起安全缺陷的詳情披露出來。

一、 UPnP是用來干什么的？

網絡發展到現在，已經可以使我們在網上沖浪、收發郵件、聽到遠方傳送來的聲音、搜索感興趣的內容、下載軟件、點播節目、即時聊天……實現的功能好像已經不少，但，人的欲望無止境，享福人還想更享福，還有許多目標沒有達到：例如，怎樣才能使我們在網絡上，像平時用遙控器那樣，操作空調器、電風扇、廚房電器，或網絡遠端的電器設備呢？如何利用網絡上的計算機資源，使這種“遙控”更具智能化？甚至，將一系列相關的控制寫到一個腳本中，以便用戶定制自己所喜愛的控制流程……實現諸如此類的效果，將是有巨大需求的應用技術。如果實現通過網絡用UPnP控制家用設備，將給我們的生活帶來很大的方便和很多新的體驗。例如：

1.你在下班之前，或在回去的路上，就可以先打開家里的空調器和廚房設備，等進入家門，立刻就是一個溫度宜人的環境――廚房里的飯也做好了。房間溫度的高低和廚房內煮飯的過程，都是根據事先設計好的“腳本”程序進行的，絕對可靠。

2.你若是一位上檔次的音樂發燒者，肯定對聆聽音樂的環境要求很嚴：音箱位置高低、音量大小、燈光明暗、窗簾拉不拉上都有講究。手動控制隨好，畢竟不方便。你要使用上UPnP，一切都會為你代勞。還能將你習慣的音響音量、燈光亮度、音箱的高度等等，以你認為最佳的參數寫到執行腳本中，以后可以都以此為準。如果你擁有自己的專門聽音室，只要你打開聽音室的門，上述的環境就會立刻設置好。曲終人散，只管放心離開好了，UPnP系統會自己關閉音響，熄滅電燈，拉上窗簾。

3.你人在辦公室，心里卻放不下家里的孩子。用上UPnP，只要在家里安裝攝像頭，建立好與網絡的連接。在辦公室內，啟用桌面電腦的WEBTV，連通網絡后，可以即時監視孩子在家里的一舉一動。

凡此種種的方便和誘人之處還很多，不勝枚舉。

其實，這已經不是科學幻想、也不是專家預言。目前用UPnP協議就可以實現這些操作！這正是windows xp系統急于加入UPnP的原因。正因為UPnP是一個協議，UPnP的使用可跨越各種操作系統平臺，開發應用程序也沒有開發語言的局限。可工作于各種形式的網絡結構。且僅以現在的網絡設施為基礎，僅僅加上這個UPnP協議，既不用添加新的設施，也不用重新架設網絡介質就可以投入使用！

UPnP協議具有下述特色：

1. 以網絡為應用環境，不考慮“孤島”中的計算機。

2. 以TCP/IP和整個Internet為基礎。這樣是“中立”的，不依附于任何操作系統或應用程序，不使用特定的API函數，不受程序設計語言的局限。可以無縫地接入傳統網絡。

3. 設備可以動態地進入網絡中，隨后獲得IP地址，“學習” 或查找自己應當進行的操作和服務的信息；“感知”別的設備是否存在以及它們的作用和當前的狀態 。所有這些，都應當是可自動完成的。

4. 每個設備都可讀取屬于自己的、特定的狀態和參數；完成控制操作后應當發出“操作完成”的響應信號。如果失敗，則應發出控制失敗的信號。

二、UPnP協議的層：

UPnP協議的最終目的，是建立一個可用的設備模型， 因篇幅這里不對整個結構進行詳細的分析，但你應當記住下面的主要特征：

1. UPnP是一個多層協議構成的框架體系，每一層都以相鄰的下層為基礎，同時又是相鄰上層的基礎。直至達到應用層為止。該圖中的最下面是就是IP和TCP，共兩層，負責設備的IP地址。

2. 三層是HTTP、HTTPU、HTTPMU，這一層，大家應當是熟悉的，屬于傳送協議層。傳送的是內容都經過“封裝”后，存放在特定的XML文件中的。對應的SSDP、GENA、SOAP指的是保存在XML文件中的數據格式。到這一層，已經解決了UPnP設備的IP地址和傳送信息問題。

3. 第四層是UPnP設備體系定義，僅僅是一個抽象的、公用的設備模型。任何UPnP設備都必須使用這一層。

4. 第五層是UPnP論壇的各個專業委員會的設備定義層，在這個論壇中，不同電器設備由不同的專業委員會定義，例如：電視委員會只負責定義網絡電視設備部分，空調器委員會只負責定義網絡空調設備部分……依此類推。所有的不同類型的設備都被定義成一個專門的架構或者模板，供建立設備的時候使用。可以推知，進入這一層，設備已經被指定了明確用途。當然，這些都必須遵守標準化的規范。從目前看，UPnP已經可以支持大部分的設備：從電腦、電腦外設，移動設備和家用消費類電子設備等等，無所不包，隨著這個體系的普及，將可能有更多的廠家承認這一標準，最終，可能演化為公認的行業標準。

5. 最上層，也就是應用層，由UPnP設備制造廠商定義的部分。這一層的信息是由設備制造廠商來“填充” 的，這部分一般有設備廠商提供的、對設備控制和操作的底層代碼，然后，就是名稱序列號呀，廠商信息之類的東西。

三、協議內部的詳細情況

僅僅有這樣五層UPnP協議，也只不過有了一個共同遵守的框架，實際的UPnP系統究竟是如何構成的呢？

完整的UPnP服務系統由支持UPnP的網絡和符合UPnP規范的設備共同構成的。

整個系統是由設備、服務、和控制指針三部分所構成。

設備：

這里是指符合UPnP規范的設備。一個UPnP設備可以看成一個包含服務并嵌套了常規設備的“容器” 。例如，一個UPnP的VCR（錄像機）設備可以包含磁帶傳送服務、調諧服務和時鐘服務。就是說，UPnP之下的設備不能僅僅理解為硬件意義上的設備，而應當包括服務功能。

不同種類的UPnP設備將關聯不同的設置、服務和嵌入設備。如打印機和VCR屬于不同用途的設備，服務就不可能定義成一樣的。

服務：

設備執行用戶請求的控制過程，可劃分成一個個很小的階段或單位，每個單位就稱為一個服務。每一個服務，對外都表現為具體的行為和模式，而行為和模式又可以用狀態和變量值進行描述。只要可以用數值描述，在計算機里面就容易處理了。例如，模仿一個時鐘，它只有一個工作模式：這個模式就是模擬并顯示當前的時間。而一個時鐘的行為共有兩種（也只有兩種）：

1. 設置時間（用來“即平時說的對表”）.

2. 得到時間（用于顯示時間）。

其它設備服務，也是用這樣思路來描述和定義的，一個設備也可以被定義多個服務。不論是設備的定義信息和服務的描述信息，都保存在一個XML文件中，這個文件也是UPnP協議構成的一部分。當設備建立和使用服務的時候，XML文件可以與它們進行關聯。

XML文件中還有一個很關鍵的“狀態表”，狀態表可進一步分為“服務狀態表”和“事件狀態表”。整個UPnP設備運行的全過程內，狀態表貫穿始終，當設備狀態改變的時候，例如發生參數變化或狀態刷新的時候，立即就在“狀態表”中反映出來。如控制服務器在接收到設置時間的行為請求時，就立即執行請求（對時操作），并給出響應，同時更新狀態表中的有關數據。相應地，事件服務器負責向對此事件感興趣的設備公布所發生的狀態改變。例如，一個火災事件發生后，事件服務器就向火災報警器發布這個事件，導致報警器動作產生報警信號。

控制指針：

在UPnP網絡中，用戶請求設備執行的控制是通過控制指針實現的，控制指針首先是一個有能力控制別的設備的控制者，還要具有在網絡中 “發現”控制目標的能力。在發現（控制目標）之后，控制指針應當：

①取得設備的描述信息并得到所關聯的服務列表。

②取得相關服務的描述。

③調用控制服務行為。

④確定服務的事件 “源”，不論何時，只要服務狀態發生改變，事件服務器會立即向控制指針發送一個事件信息。

從上面說到的各種信息，都保存在XML文件中，不同用途的信息，格式不同。保證可以各取所需，不會混淆。

那么，UPnP的完整工作過程是怎樣的呢？

UPnP在控制指針和被控制設備之間提供通訊功能。而網絡介質、TCP/IP協議、HTTP僅提供基本的連接和IP地址分配。整個工作過程需要處理六個方面的內容，即地址分配、發現設備、對設備的描述、設備控制、設備事件、設備表達。

地址問題：

地址是整個UPnP系統工作的基礎條件，每個設備都應當是DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol 動態主機配置協議）的客戶。當設備首次與網絡建立連接后，利用DHCP服務，使設備得到一個IP地址。這個IP地址可以是DHCP系統指定的，也可以是由設備選擇的，當然，有能力自己選擇IP地址的設備，必然是那些“聰明”的設備才行！這也就是所謂的“自動”IP地址。

如果遇到本地DHCP管理范圍之外的IP地址請求，還需要解決“友好設備”

的地址分配問題，這個問題通常由域名服務器來解決。

發現設備：

可分成兩種情況，一種是在有控制請求之后，在當前的網絡中查找有無對應的可用設備；另一種情況是某一設備接入網絡、取得IP地址之后，就開始向網絡“廣播”自己已經進入網絡，即尋找控制請求。

設備的描述：

簡單說，這是聲明“自己”是什么樣的設備，例如名稱、制造廠商、序列號碼等等。剛開始“發現”設備后，控制指針對這個設備的“了解”還很少，需要依據ULR找到該設備的描述文件，從這些文件中讀取更多的描述信息。描述信息的范圍很廣，一般都是由設備的制造廠商提供的。主要的描述項目有：控制的模式名稱和模式號碼、設備序列號、制造廠商名稱、廠商的WEB的ULR等等。這些一般都存放在特定的XML文件中；

設備控制：

控制指針找到設備描述之后，會從描述中“提煉”出要進行的操作并獲悉所有的服務；對每個UPnP設備來說，這些描述必須是很確切、很詳細的，描述中可能包含有命令或行為列表、服務響應信息、用到的參數等等。對于服務的每個行為，也伴有描述信息：主要是整個服務進行期間的變量、變量的數據類型、可用的取值范圍和事件的特征。

要控制某個設備，控制指針必須先發送一個控制行為請求，要求設備開始服務，然后再按設備的ULR發送相應的控制消息，控制消息就是放置在XML文件中的那些SOAP格式的信息。最后，服務會返回響應信息，指出服務是成功或是失敗。

設備事件：

在服務進行的整個時間內，只要變量值發生了變化或者模式的狀態發生了改變，就產生了一個事件，系統將修改上述提到的事件列表的內容。隨之，事件服務器把事件向整個網絡進行廣播。另一方面，控制指針也可以事先向事件服務器預約事件信息，保證將該控制指針感興趣的事件及時準確地傳送過來。

廣播或預約事件，傳送的都是事件消息，事件消息也放在XML文件中，使用的格式是GENA。

設備投入工作之前的準備―――初始化過程，也是一個事件，初始化需要的各種信息也是用事件消息傳送的。包括的內容主要是：變量初始值，模式的初始狀態等等。

設備表達：

只要得到了設備的ULR，就可以取得該設備表達頁面的ULR，然后可以將此表達納入用戶的本地瀏覽器上。這部分還包括與用戶對話的界面，以及與用戶進行會話的處理。

整個UPnP系統，是在“中樞神經”的指揮下協同工作的。其大致情形如下：

凡是具備IP地址的的設備都必須直接使用網絡的IP地址，但有些設備可能并不具備直接使用網絡IP地址的能力，例如，電燈開關的控制就是這樣，這是非IP設備；非IP設備通過網橋（UPnP Bridge）來與控制指針交換信息。

直接使用IP地址的有：控制指針（可在口袋電腦和遠程設備上發出控制）、本地設備，例如VCR和時鐘；以及網橋。非IP設備有所謂輕設備（如溫度控制器）和非UPnP的設備（如電燈控制開關等）。

上述介紹屬于硬件方面，下面再說作為控制靈魂的軟件：

在上面的敘述中，多次提到用XML文件存放需要的信息，因為無論是控制指針或設備服務，都需要很多信息，有讀出的，有傳出的，UPnP協議約定這些都存放在特定的文件XML中。用途不同的信息，在XML文件中的格式不同。所以，相關的XML文件是控制服務的靈魂。

四、關于UPnP隱藏的安全缺缺陷：

這次發現的安全缺陷共有兩個，其中第一個缺陷是對緩沖區（Buffer）的使用沒有進行檢查和限制。外部的攻擊者，可以通過這里取得整個系統的控制特權！由于UPnp功能必須使用計算機的端口來進行工作，取得控制權的攻擊者，還有可能利用這些端口，達到攻擊者的目的。這個缺陷導致的后果很嚴重，不論那個版本的windows 系統，只要運行UPnP，就都存在這個危險！但嚴格地說，這并不完全是UPnP技術本身的問題，更多的是程序設計的疏忽。

第二個缺陷就與UPnP的工作機理有關系了！

該缺陷存在于UPnP工作時的“設備發現”階段。發現設備可以分為兩種情況：如果某個具備UPnP功能的計算機引導成功并連接到網絡上，就會立刻向網絡發出“廣播”，向網絡上的UPnP設備通知自己已經準備就緒，在程序設計這一級別上看，該廣播內容就是一個M-SEARCH（消息）指示。該廣播將被“聲音所及”范圍之內的所有設備所“聽到”。并向該計算機反饋自己的有關信息，以備隨后進行控制之用。

相類似，如果某個設備剛剛連接到網絡上，也會向網絡發出“通知”，表示自己準備就緒，可以接受來自網絡的控制，在程序設計這一級別上看，該通知就是一個NOTIFY（消息）指示。也將被“聲音所及”范圍之內的所有計算機接受。計算機將 “感知”該設備已經向自己“報到”。實際上，NOTIFY（消息）指示也不是單單發送給計算機聽的，別的網絡設備也可以聽到。

就是在上述的一播一聽之間，出現了問題！

如果某個黑客向某個用戶系統發送一個NOTIFY（消息）指示，該用戶系統就會收到這個NOTIFY（消息）指示并在其指示下，連接到一個特定服務器上，接著向相應的服務器請求下載服務―――下載將要執行的服務內容。服務器當然會響應這個請求。UPnP服務系統將解釋這個設備的描述部分，請求發送更多的文件，服務器又需要響應這些請求。這樣，就構成一個“請求――響應”的循環，大量占用系統資源，造成UPnP系統服務速度變慢甚至停止。所以，這個缺陷將導致“拒絕服務”攻擊稱為可能！

結束語

UpnP正在向我們一步步走近，現在已經是足聲可聞了。不久的將來，必然對我們的工作和生活產生巨大影響。也蘊含著無限商機。盡管現在存在問題，也難保以后就不會再出現新的問題，但這既然體現了人的需求意向，就會有巨大的生命力，暫時的挫折不會使得它停下前進的腳步！