常见的DoS攻击的原理和防御

Posted 2020-08-16

常见的DoS攻击的原理和防御

1、SYN洪水攻击
 要理解dos攻击，首先要理解TCP连接的三次握手过程(Three-wayhandshake)。
 在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的连接服务，采用三次握手建立一个连接。
  第一次握手:建立连接时，客户端发送SYN包((SYN=i)到服务器，并进入SYN SEND状态，等待服务器确认;
  第二次握手:服务器收到SYN包，必须确认客户的SYN (ACK=i+1 )，同时自己也发送一个SYN包((SYN=j)}即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态;[1]
  第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ACK=j+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据。
  在上述过程中，还有一些重要的概念:[1]
  半连接:  收到SYN包而还未收到ACK包时的连接状态称为半连接，即尚未完全完成三次握手的TCP连接。
  半连接队列:    在三次握手协议中，服务器维护一个半连接队列，该队列为每个客户端的SYN包(SYN=i )开设一个条目，该条目表明服务器已收到SYN包，并向客户发出确认，正在等待客户的确认包。这些条目所标识的连接在服务器处于SYN_ RECV状态，当服务器收到客户的确认包时，删除该条目，服务器进入ESTABLISHED状态。
 Backlog参数:    表示半连接队列的最大容纳数目。
 SYN-ACK重传次数:    服务器发送完SYN-ACK包，如果未收到客户确认包，服务器进行首次重传，等待一段时间仍未收到客户确认包，进行第二次重传，如果重传次数超过系统规定的最大重传次数，系统将该连接信息、从半连接队列中删除。注意，每次重传等待的时间不一定相同。
 半连接存活时间:    是指半连接队列的条目存活的最长时间，也即服务从收到SYN包到确认这个报文无效的最长时间，该时间值是所有重传请求包的最长等待时间总和。有时也称半连接存活时间为Timeout时间、SYN_RECV存活时间。
上面三个参数对系统的TCP连接状况有很大影响。
 SYN洪水攻击属于DoS攻击的一种，它利用TCP协议缺陷，通过发送大量的半连接请求，耗费CPU和内存资源。SYN攻击除了能影响主机外，还可以危害路由器、防火墙等网络系统，事实上SYN攻击并不管目标是什么系统，只要这些系统打开TCP服务就可以实施。从图4-3可看到，服务器接收到连接请求(SYN=i )将此信息加入未连接队列，并发送请求包给客户端( SYN=j,ACK=i+1 )，此时进入SYN_RECV状态。当服务器未收到客户端的确认包时，重发请求包，一直到超时，才将此条目从未连接队列删除。配合IP欺骗，SYN攻击能达到很好的效果，通常，客户端在短时间内伪造大量不存在的IP地址，向服务器不断地发送SYN包，服务器回复确认包，并等待客户的确认，由于源地址是不存在的，服务器需要不断的重发直至超时，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，正常的SYN 请求被丢弃，目标系统运行缓慢，严重者引起网络堵塞甚至系统瘫痪。过程如下:[1]
 攻击主机C(地址伪装后为C')-----大量SYN包---->被攻击主机   
  C&apos;<-------SYN/ACK包----被攻击主机
 由于C’地址不可达，被攻击主机等待SYN包超时。攻击主机通过发大量SYN包填满未连接队列，导致正常SYN包被拒绝服务。另外，SYN洪水攻击还可以通过发大量ACK包进行DoS攻击。
 【防御方法】    
 第一种是缩短SYN Timeout时间
 第二种方法是设置SYN Cookie，就是给每一个请求连接的IP地址分配一个Cookie，如果短时间内连续受到某个IP的重复SYN报文，就认定是受到了攻击，以后从这个IP地址来的包会被一概丢弃。
   >netstat -n -p tcp >result.txt
 【SYN Cookie】
 当服务器收到一个SYN报文后，不立即分配缓冲区，而是利用连接的信息生成一个cookie，并将这个cookie作为将要返回的SYN＋ACK报文的初始序列号。
 当客户端返回一个ACK报文时，根据包头信息计算cookie，与返回的确认序列号（初始的序列号＋1）的前24位进行对比，如果相同，则是一个正常连接，然后，分配资源，建立连接。               
 【缺陷】
 SYN Cookies 的使用不与任何协议定义冲突，照理来说它该和所有的 TCP 实现兼容。然而，当 SYN Cookies 使用的时候，会发生两种值得注意的变化：
 首先，服务器只能编码八种 MSS 数值，因为只有 3 位二进制空间可用。
 其次，这个服务器必须拒绝所有的TCP 选用项，例如大型窗口和时间戳，因为服务器会在信息被用其他方式存储时丢弃 SYN 队列条目。

 尽管这些限制将不可避免地导致一个不如最佳的体验，它们的效果很少被客户端注意到——这些改变只在被攻击时值得注意。在这样的情况下，牺牲 TCP 选项来保护连接一般被认为是合乎情理的。
 Linux内核从 2.6.26 版本开始为 TCP 选用项加入了有限的支持，通过把它们编码在时间戳内实现。
 较新的TCP Cookie 传输（TCPCT）标准被设计用来克服 SYN Cookies 的这些问题，并且在各种方面改进这套机制。不像 SYN Cookies，TCPCT 是一个 TCP 拓展并且要求两端点都支持 TCPCT。  
    
2、ACK Flood攻击

 在TCP连接建立之后，所有的数据传输TCP报文都是带有ACK标志位的，主机在接收到一个带有ACK标志位的数据包的时候，需要检查该数据包所表示的连接四元组是否存在，如果存在则检查该数据包所表示的状态是否合法，然后再向应用层传递该数据包。如果在检查中发现该数据包不合法，例如该数据包所指向的目的端口在本机并未开放，则主机操作系统协议栈会回应RST包告诉对方此端口不存在。通常状态检测防火墙所做的事情与此类似，只不过防火墙只拦截非法的数据包，而不主动回应。

 对比主机以及防火墙在接收到ACK报文和SYN报文时所做动作的复杂程度，显然ACK报文带来的负载要小得多。所以在实际环境中，只有当攻击程序每秒钟发送ACK报文的速率达到一定的程度，才能使主机和防火墙的负载有大的变化。当发包速率很大的时候，主机操作系统将耗费大量的精力接收报文、判断状态，同时要主动回应RST报文，正常的数据包就可能无法得到及时的处理。这时候客户端（以IE为例）的表现就是访问页面反应很慢，丢包率较高。但是状态检测的防火墙通过判断ACK报文的状态是否合法，借助其强大的硬件能力可以较为有效的过滤攻击报文。当然如果攻击流量非常大（特别是千兆线路上，我们曾经观察到200~300Mbps左右的ACK Flood），由于需要维护很大的连接状态表同时要检查数量巨大的ACK报文的状态，防火墙也会不堪重负导致全网瘫痪。

3、死亡之ping (pingofdeath)

 ICMP(InternetControlMessageProtocol，Internet控制信息协议)在Internet上用于错误处理和传递控制信息。最普通的ping程序就是这个功能。而在TCP/IP的RFC文档中对包的最大尺寸都有严格限制规定，许多操作系统的TCP/IP协议栈都规定ICMP包大小为64KB，且在对包的标题头进行读取之后，要根据该标题头里包含的信息来为有效载荷生成缓冲区。"PingofDeath"就是故意产生畸形的测试Ping（PacketInternetGroper）包，声称自己的尺寸超过ICMP上限，也就是加载的尺寸超过64KB上限，使未采取保护措施的网络系统出现内存分配错误，导致TCP/IP协议栈崩溃，最终接收方宕机。
 【防御方法】
 1、用高级设置法预防Ping
 2、用网络防火墙阻隔Ping
   使用防火墙来阻隔Ping是最简单有效的方法，现在基本上所有的防火墙在默认情况下都启用了ICMP过滤的功能。
 3、启用IP安全策略防Ping
 4、修改TTL值防Ping    
   许多入侵者喜欢用TTL值来判断操作系统，他们首先会Ping一下你的机子，如看到TTL值为128就认为你的系统为Windows NT/2000，如果TTL值为32则认为目标主机操作系统为Windows 95/98，
   如果为TTL值为255/64就认为是UNIX/Linux操作系统。既然入侵者相信TTL值所反应出来的结果，那么我们不妨修改TTL值来欺骗入侵者，达到保护系统的目的
 5、防火墙在处理Ping of Death攻击报文时，是通过判定数据包的大小是否大于65535字节，如果数据包大于65535字节，则判定为攻击报文，直接丢弃。

4、UDP泛洪

 UDPflood攻击：如今在Internet上UDP（用户数据包协议）的应用比较广泛，很多提供WWW和Mail等服务设备通常是使用Unix的服务器，它们默认打开一些被黑客恶意利用的UDP服务。如echo服务会显示接收到的每一个数据包，而原本作为测试功能的chargen服务会在收到每一个数据包时随机反馈一些字符。UDPflood假冒攻击就是利用这两个简单的TCP/IP服务的漏洞进行恶意攻击，通过伪造与某一主机的Chargen服务之间的一次的UDP连接，回复地址指向开着Echo服务的一台主机，通过将Chargen
 和Echo服务互指，来回传送毫无用处且占满带宽的垃圾数据，在两台主机之间生成足够多的无用数据流，这一拒绝服务攻击飞快地导致网络可用带宽耗尽。
 【防御方法】
  UDP协议与TCP 协议不同，是无连接状态的协议，并且UDP应用协议五花八门，差异极大，因此针对UDP Flood的防护非常困难。其防护要根据具体情况对待：

 判断包大小，如果是大包攻击则使用防止UDP碎片方法：根据攻击包大小设定包碎片重组大小，通常不小于1500.在极端情况下，可以考虑丢弃所有UDP碎片。
 攻击端口为业务端口：根据该业务UDP最大包长设置UDP最大包大小以过滤异常流量。
 攻击端口为非业务端口：一个是丢弃所有UDP包，可能会误伤正常业务;一个是建立UDP连接规则，要求所有去往该端口的UDP包，必须首先与TCP端口建立TCP连接。不过这种方法需要很专业的防火墙或其他防护设备支持。
        
5、Land（LandAttack）攻击

 在Land攻击中，黑客利用一个特别打造的SYN包--它的原地址和目标地址都被设置成某一个服务器地址进行攻击。此举将导致接受服务器向它自己的地址发送SYN-ACK消息， 结果这个地址又发回ACK消息并创建一个空连接，每一个这样的连接都将保留直到超时，在Land攻击下，许多UNIX将崩溃，NT变得极其缓慢（大约持续五分钟）。
 【防御方法】
 防火墙在处理Land攻击报文时，通过检查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，如果是则丢弃。

6、泪滴攻击  
 对于一些大的IP数据包，往往需要对其进行拆分传送，这是为了迎合链路层的MTU（最大传输单元）的要求。比如，一个6 000字节的IP包，在MTU为2 000的链路上传输的时候，就需要分成3个IP 包。在IP报头中有一个偏移字段和一个拆分标志（MF）。如果MF标志设置为1，则表示这个IP包是一个大IP包的片段，其中偏移字段指出了这个片段在整个IP包中的位置。例如，对一个6 000字 节的IP包进行拆分（MTU为2 000），则3个片段中偏移字段的值依次为0，2 000，4 000。这样接收端在全部接收完IP数据包后，就可以根据这些信息重新组装这几个分次接收的拆分IP包。在这 里就有一个安全漏洞可以利用了，就是如果黑客们在截取IP数据包后，把偏移字段设置成不正确的值，这样接收端在收到这些分拆的数据包后，就不能按数据包中的偏移字段值正确组合这些拆分的数据包，但接收端会不断尝试，这样就可能致使目标计算机操作系统因资源耗尽而崩溃。

 【防御方法】

 检测这类攻击的方法是对接收到的分片数据包进行分析，计算数据包的片偏移量（Offset）是否有误。反攻击的方法是添加系统补丁程序，丢弃收到的病态分片数据包并对这种攻击进行审计。尽可能采用最新的操作系统，或者在防火墙上设置分段重组功能，由防火墙先接收到同一原包中的所有拆分数据包，然后完成重组工作，而不是直接转发。因为防火墙上可以设置当出现重叠字段时所采用的规则。

7、IP地址扫描攻击
 IP地址扫描攻击是攻击者运用ICMP报文（如Ping和Tracert命令）探测目标地址，或者使用TCP/UDP报文对一定地址发起连接，通过判断是否有应答报文，以确定哪些目标系统确实存活着并且连接在目标网络上。

 【防御方法】

  防火墙对收到的TCP、UDP、ICMP报文进行检测，当某源IP地址连续发送报文的目的IP地址与前一个报文的目的IP地址不同时，则记为一次异常，当异常次数超过预定义的阈值时，则认为该源IP的行为为IP地址扫描行为，防火墙会将该源IP地址加入黑名单。