华为防火墙笔记-网络攻击的原理和防范

Posted 2021-12-30 breeze10000

文章整理自《华为防火墙技术漫谈》

DoS攻击简介

 

Dos是Denial of Service的简称，即拒绝服务。造成Dos的攻击行为被称为Dos攻击，其目的是使计算机或网络无法正常提供服务。

我们打一个形象的比喻：街边有一个小餐馆为大家提供餐饮服务，但是这条街上有一群地痞总是对餐馆搞破坏，如霸占着餐桌不让其他客人吃饭也不结账，或者堵住餐馆的大门不让客人进门，甚至骚扰餐馆的服务员或者厨师不让他们正常干活，这样餐馆就没有办法正常营业了，这就是“拒绝服务”。

单包攻击及防御

最常见的Dos攻击就是单包攻击，一般都是以个人为单位的攻击者发动的，攻击报文比较单一。

• 畸形报文攻击：通常指攻击者发送大量有缺陷的报文，从而造成被攻击的系统在处理这类报文时崩溃。
• 扫描类攻击：是一种潜在的攻击行为，并不造成直接的破坏结果，通常是攻击者发动真正攻击前的网络探测行为。
• 特殊控制类报文攻击：也是一种潜在的攻击行为，并不造成直接的破坏结果，攻击者通过发送特殊控制报文探测网络结构，为后续发动真正的攻击做准备。

Ping of Death攻击及防御

IP报文头中的长度字段为16位，表示IP报文的最大长度为65535字节。一些早期版本的操作系统对报文的大小是有限制的，如果收到大小超过65535字节的报文，会出现内存分配错误，进而导致系统崩溃。Ping of Death攻击指的就是攻击者不断的通过Ping命令向受害者发送超过65535字节的报文，导致受害者的系统崩溃。

防火墙是通过判定报文的大小是否大于65535字节来防御Ping of Death攻击的，如果报文大于65535字节，则判定为攻击报文，防火墙直接丢弃该报文。

Land攻击及防御

Land攻击是指攻击者向受害者发送伪造的TCP报文，此TCP报文的源地址和目的地址同为受害者的IP地址。这将导致受害者向它自己的地址发送回应报文，从而造成资

源的消耗。

防火墙在防御Land攻击时，检查TCP报文的源地址和目的地址是否相同，或者TCP报文的源地址是否为环回地址，如果TCP报文的源地址和目的地址相同或者源地址为环回地址，则直接丢弃该报文。

IP地址扫描攻击

IP地址扫描攻击是指攻击者使用ICMP报文（如执行Ping和Tracert命令）探测目标地址，或者使用TCP/UDP报文对特定地址发起连接，通过判断是否有应答报文，确定目标地址是否连接在网络上。

防火墙防御IP地址扫描攻击时，对收到的TCP，UDP，ICMP报文进行检测，某个源IP地址连续发送报文时，如果该IP发送的报文的目的IP地址与其发送的前一个报文的目的IP地址不同，则记为一次异常。当异常次数超过预定义的值，则认为该源IP正在进行IP地址扫描攻击，防火墙会将该源IP地址加入黑名单，后续收到来自该源IP地址的报文时，直接丢弃。

 

防御单包攻击的配置建议

针对现网实际环境中比较常见的一些攻击类型，开启防御功能后，防火墙可以很好地进行防范，对性能方面没有影响。而扫描类攻击在防御过程中比较消耗防火墙的性能，建议仅在发生扫描类攻击时再开启。

流量型攻击之SYN Flood攻击及防御

DDoS(Distributed Denial of Service)攻击是指攻击者通过控制大量的僵尸主机（俗称“肉鸡”），向被攻击目标发送大量精心构造的攻击报文，造成被攻击者所在网络的链路拥塞、系统资源耗尽，从而使被攻击者产生拒绝向正常用户的请求提供服务的效果。

SYN flood是基于TCP协议栈发起的攻击，在了解SYN flood攻击和防御原理之前，还是要从TCP连接建立的过程开始说起。在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的连接服务，无论是哪一个方向另一方发送数据前，都必须先在双方之间建立一条连接通道，这就是传说中的TCP三次握手。

SYN Flood攻击正是利用了TCP三次握手的这种机制。如图所示，攻击者向目标服务器发送大量的SYN报文请求，这些SYN报文的源地址一般都是不存在或不可达的。当服务器回复SYN+ACK报文后，不会收到ACK回应报文，导致服务器上建立大量的半连接。这样，服务器的资源会被这些半连接耗尽，导致无法回应正常的请求。

防火墙防御SYN Flood攻击时，一般会采用TCP代理和TCP源探测两种方式。

防御方法之TCP代理

启动TCP代理后，防火墙收到SYN报文，将会代替服务器回应SYN+ACK报文，接下来如果防火墙没有收到客户端回应的ACK报文，则判定此SYN报文为非正常报文，防火墙代替服务器保持半连接一定时间后，放弃此连接。如果防火墙收到了客户端回应的ACK报文，则判定此SYN报文为正常业务报文，此时防火墙会代替客户端与服务器建立TCP三次握手，该客户端的后续报文都将直接送到服务器。整个TCP代理的过程对于客户端和服务器都是透明的。

TCP代理过程中，防火墙会对收到的每一个SYN报文进行代理和回应，并保持半连接，所以当SYN报文流量很大时，对防火墙的性能要求非常的高。其实，TCP代理的本质就是利用防火墙的高性能，代替服务器承受半连接带来的资源消耗，由于防火墙的性能一般比服务器高很多，所以可以有效防御这种消耗资源的攻击。

通常情况下，使用TCP代理可以防御SYN Flood攻击，但是在报文来回路径不一致的网络环境中，TCP代理就会出现问题。因为客户端访问服务器的报文会经过防火墙，而服务器回应给客户端的报文不会经过防火墙。这种情况下，防火墙向服务器发送SYN报文建立TCP三次握手时，服务器回应的SYN+ACK报文不会经过防火墙，TCP代理功能不会成功。

防御方法之 TCP源探测

启动TCP源探测后，防火墙收到SYN报文，将会回应一个带有错误确认号的SYN+

ACK报文，接下来如果防火墙没有收到客户端回应的RST报文，则判定此SYN报文为非正常报文，客户端为虚假源。如果防火墙收到了客户端回应的RST报文，则判定此SYN报文为正常报文，客户端为真实源。防火墙将该客户端的IP地址加入白名单，在白名单老化前，这个客户端发出的报文都被认为是合法的报文。

 

流量型攻击之UDP Flood攻击及防御

UDP协议与TCP协议不同，UDP是一个无连接协议。具有TCP所望尘莫及的速度优势。正是由于UDP协议的广泛应用，为攻击者发动UDP Flood攻击提供了平台。UDPFlood攻击属于带宽类攻击，攻击者通过僵尸主机向目标服务器发送大量UDP报文，这种UDP报文的字节数很大且速率非常快，通常会造成以下危害。

• 消耗网络带宽资源，严重时造成链路拥塞。
• 大量变源变端口的UDP Flood攻击会导致依靠会话进行转发的网络设备性能降低甚至会话耗尽，从而导致网络瘫痪。

防火墙对UDP Flood攻击的防御并不能像SYN Flood一样进行源探测，因为它不建立连接。

防御方法之限流

防火墙防御UDP Flood攻击最简单的方式就是限流，通过限流将链路中的UDP报文控制在合理的带宽范围之内。防火墙上针对UDP Flood攻击的限流有4种方式。

• 基于流量入接口的限流：以某个入接口流量作为统计对象，对通过这个接口的流量进行统计并限流，超出的流量将被丢弃。
• 基于目的IP地址的限流：以某个IP地址作为统计对象，对到达这个IP地址的UDP流量进行统计并限流，超出的流量将被丢弃。
• 基于目的安全区域的限流：以某个安全区域作为统计对象，对到达这个安全区域的UDP流量进行统计并限流，超出的流量将被丢弃。
• 基于会话的限流：对每条UDP会话上的报文速率进行统计，如果会话上的UDP报文速率达到了告警阈值，这条会话就会被锁定，后续命中这条会话的UDP报文都被丢弃。当这条会话连续3s或者3s以上没有流量时，防火墙会解锁此会话，后续命中此会话的报文可以继续通过。

防御方法之指纹学习

指纹学习的原理基于这样一个客观事实，即UDP Flood攻击报文通常都拥有相同的特征字段，比如都包含某一个字符串，或整个UDP报文的内容一致。这是因为攻击者在发起UDP Flood攻击时，为了加大攻击频率，通常都会使用攻击工具构造相同内容的UDP报文，然后高频发送到攻击目标，所以攻击报文具有很高的相似性。

总结一下，防火墙防御UDP Flood攻击主要有两种方式：限流和指纹学习。两种方式各有利弊。限流方式属于暴力型，可以很快将UDP流量限制在一个合理的范围内，但是不分青红皂白，超过就丢，可能会丢弃正常报文；而指纹学习属于理智型，不会随意丢弃报文，但是发生攻击后需要有一个指纹学习的过程。目前，指纹学习功能是针对UDP Flood攻击的主要手段，华为防火墙各系列产品均支持指纹学习方式。

应用层攻击之DNS Flood攻击及防御

DNS Flood攻击指的是攻击者向DNS服务器发送大量的不存在的域名解析请求，导致DNS服务器瘫痪，无法处理正常的域名解析请求。

防御方法

DNS服务器支持TCP协议和UDP协议两种解析方式，一般情况下，我们使用的都是UDP协议，因为UDP协议提供无连接服务，传输速度快，可以降低DNS服务器的负载。

当然，也有特殊情况下需要通过TCP协议进行解析，DNS服务器上就可以设置让客户端使用TCP协议来发起解析请求。当客户端向DNS服务器发起解析请求时，DNS服务器回应的报文中有一个TC标志位，如果TC标志位置1，就表示DNS服务器要求客户端使用TCP协议发起解析请求。

防火墙就是利用这一机制对DNS Flood攻击进行防御，探测发送DNS请求报文的主机是否为真实存在的客户端。

启动DNS源探测后，防火墙收到DNS请求，会代替DNS服务器回应DNS请求，并将DNS回应报文中的TC标志位置1，要求客户端使用TCP协议发送DNS请求。接下来如果防火墙没有收到客户端使用TCP协议发送的DNS请求，则判定此客户端为虚假源；如果防火墙收到了客户端使用TCP协议发送的DNS请求，则判定此客户端为真实源。防火墙将该客户端的IP地址加入白名单，在白名单老化前，这个客户端发出的DNS请求报文都被认为是合法的报文。

下面我们通过抓包信息来看一下，发生DNS Flood攻击时，真实客户端正常响应防火墙DNS源探测的过程。

1，客户端向DNS服务器以UDP方式发送查询请求。

2，防火墙将TC标志位置1，让客户端以TCP方式发送请求。

3，客户端以TCP方式发送DNS请求。

DNS源探测方式可以很好地防御DNS Flood攻击，但是在现网的实际环境中，并不是所有场景都适用。因为在源探测过程中，防火墙会要求客户端通过TCP协议发送DNS请求，但并不是所有的客户端都支持用TCP协议发送DNS请求，所以这种方式在使用过程中也有限制。如果真实的客户端不支持用TCP协议发送DNS请求，使用此功能时，就会影响正常业务。

应用层攻击之HTTP Flood攻击及防御

HTTP Flood攻击指的是攻击者控制僵尸主机向目标服务器发送大量的HTTP请求文，这些请求报文中一般都包含涉及数据库操作的URI（Uniform Resource Identifier，统一资源标识符）或其他消耗系统资源的URI，目的是为了造成目标服务器资源耗尽，无法响应正常请求。

防御方法

防御HTTP Flood攻击时用到了HTTP中一技术点：HTTP重定向。

HTTP重定向相当于Web服务器的“自我修复”的过程，一般常用于Web服务器上的URL已经过期，而客户端仍然访问了这个URL的情况，此时Web服务器将客户端的访问请求重定向到新的URI，使客户端能够得到访问结果，如图所示。

启动HTTP探测后，防火收到HTTP请求，代替HTTP服务器回应HTTP请求，将客户端的访问重定向到一个新的虚构的URL。接下来如果防火墙没有收到客户端访问该URL的请求，则判定此客户端为虚假源；如果防火墙收到客户端访问该URL的请求，则判定此客户端为真实源，防火墙将该客户端的IP地址加入白名单。然后防火墙会继续向客户端发送HTTP重定向命令，将客户端的访问重定向到原始的URL，即一开始客户端访问的那个URL。在白名单老化前，后续这个客户端发出的HTTP请求报文都被认为是合法的报文。

虽然在整个HTTP重定向过程中，客户端要进行两次重定向，但时间很多，而且由客户端上的浏览器自动完成，不会影响客户体验。

下面我们通过抓包信息来看一下，发生HTTP Flood攻击时，真实客户端正常响应防火墙HTTP源探测的过程。

1，首先，客户端请求URI为"/index.html"的页面，如下所示。

2，防火墙对请求报文进行确认，并重定向一个新的URL给客户端。

3，客户端重新请求包含新的URL的页面。

4，防火墙对包含新URI的请求进行确认，并将地址重新定向成包含URI为"/index.html"

的页面。认证通过，后续客户端可以直接和服务器进行通信。整个过程对于用户来说是透明的，重定向操作由客户端浏览器自动完成。

HTTP源探测方式可以有效防御HTTP Flood攻击，但是在现网的实际环境中，要确认客户端是否支持重定向功能。例如，常见的机顶盒设备就不支持重定向功能。所以在HTTP源探测时，一定要确认网络中是否存在机顶盒等客户端，如果有，就不能使用此方式，否则会影响正常业务。