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DDoS(分布式拒绝服务)攻击是无解的吗?

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分布式拒绝服务(DDoS:Distributed Denial of Service)攻击指借助于客户/服务器技术,将多个计算机联合起来作为攻击平台,对一个或多个目标发动DDoS攻击,从而成倍地提高拒绝服务攻击的威力。通常,攻击者使用一个偷窃帐号将DDoS主控程序安装在一个计算机上,在一个设定的时间主控程序将与大量代理程序通讯,代理程序已经被安装在网络上的许多计算机上。代理程序收到指令时就发动攻击。利用客户/服务器技术,主控程序能在几秒钟内激活成百上千次代理程序的运行。

DDos简介

DdoS的攻击方式有很多种,最基本的DoS攻击就是利用合理的服务请求来占用过多的服务资源,从而使合法用户无法得到服务的响应。单一的DoS攻击一般是采用一对一方式的,当攻击目标CPU速度低、内存小或者网络带宽小等等各项指标不高的性能,它的效果是明显的。随着计算机与网络技术的发展,计算机的处理能力迅速增长,内存大大增加,同时也出现了千兆级别的网络,这使得DoS攻击的困难程度加大了-目标对恶意攻击包的"消化能力"加强了不少。这时候分布式的拒绝服务攻击手段(DDoS)就应运而生了。DDoS就是利用更多的傀儡机(肉鸡)来发起进攻,以比从前更大的规模来进攻受害者

攻击方式

DDoS攻击通过大量合法的请求占用大量网络资源,以达到瘫痪网络的目的。 这种攻击方式可分为以下几种:

  • IP Spoofing

IP欺骗攻击是一种黑客通过向服务端发送虚假的包以欺骗服务器的做法。具体说,就是将包中的源IP地址设置为不存在或不合法的值。服务器一旦接受到该包便会返回接受请求包,但实际上这个包永远返回不到来源处的计算机。这种做法使服务器必需开启自己的监听端口不断等待,也就浪费了系统各方面的资源。

  • LAND attack

这种攻击方式与SYN floods类似,不过在LAND attack攻击包中的源地址和目标地址都是攻击对象的IP。这种攻击会导致被攻击的机器死循环,最终耗尽资源而死机。

  • ICMP floods

ICMPfloods是通过向未良好设置的路由器发送广播信息占用系统资源的做法。

  • Application

与前面叙说的攻击方式不同,Application level floods主要是针对应用软件层的,也就是高于OSI的。它同样是以大量消耗系统资源为目的,通过向IIS这样的网络服务程序提出无节制的资源申请来迫害正常的网络服务。

攻击现象

  1. 被攻击主机上有大量等待的TCP连接;
  2. 网络中充斥着大量的无用的数据包;
  3. 源地址为假 制造高流量无用数据,造成网络拥塞,使受害主机无法正常和外界通讯;
  4. 利用受害主机提供的传输协议上的缺陷反复高速的发出特定的服务请求,使主机无法处理所有正常请求;
  5. 严重时会造成系统死机。

攻击特点

分布式拒绝服务攻击采取的攻击手段就是分布式的,在攻击的模式改变了传统的点对点的攻击模式,使攻击方式出现了没有规律的情况,而且在进行攻击的时候,通常使用的也是常见的协议和服务,这样只是从协议和服务的类型上是很难对攻击进行区分的。在进行攻击的时候,攻击数据包都是经过伪装的,在源IP 地址上也是进行伪造的,这样就很难对攻击进行地址的确定,在查找方面也是很难的。这样就导致了分布式拒绝服务攻击在检验方法上是很难做到的。


DDos防御

防御基础

  • 攻击流量到底多大

谈到DDoS防御,首先就是要知道到底遭受了多大的攻击。这个问题看似简单,实际上却有很多不为人知的细节在里面。

以SYN Flood为例,为了提高发送效率在服务端产生更多的SYN等待队列,攻击程序在填充包头时,IP首部和TCP首部都不填充可选的字段,因此IP首部长度恰好是20字节,TCP首部也是20字节,共40字节。

对于以太网来说,最小的包长度数据段必须达到46字节,而攻击报文只有40字节,因此,网卡在发送时,会做一些处理,在TCP首部的末尾,填充6个0来满足最小包的长度要求。这个时候,整个数据包的长度为14字节的以太网头,20字节的IP头,20字节的TCP头,再加上因为最小包长度要求而填充的6个字节的0,一共是60字节。但这还没有结束。以太网在传输数据时,还有CRC检验的要求。网卡会在发送数据之前对数据包进行CRC检验,将4字节的CRC值附加到包头的最后面。

这个时候,数据包长度已不再是40字节,而是变成64字节了,这就是常说的SYN小包攻击,数据包结构如下:|14字节以太网头部|20字节IP头部|20字节TCP|6字节填充|4字节检验||目的MAC|源MAC|协议类型| IP头 |TCP头|以太网填充 | CRC检验 |到64字节时,SYN数据包已经填充完成,准备开始传输了。

攻击数据包很小,远远不够最大传输单元(MTU)的1500字节,因此不会被分片。那么这些数据包就像生产流水线上的罐头一样,一个包连着一个包紧密地挤在一起传输吗?事实上不是这样的。以太网在传输时,还有前导码(preamble)和帧间距(inter-frame gap)。其中前导码占8字节(byte),即64比特位。前导码前面的7字节都是10101010,1和0间隔而成。但第八个字节就变成了10101011,当主机监测到连续的两个1时,就知道后面开始是数据了。

在网络传输时,数据的结构如下:|8字节前导码|6字节目的MAC地址|6字节源MAC地址|2字节上层协议类型|20字节IP头|20字节TCP头|6字节以太网填充|4字节CRC检验|12字节帧间距|也就是说,一个本来只有40字节的SYN包,在网络上传输时占的带宽,其实是84字节。有了上面的基础,现在可以开始计算攻击流量和网络设备的线速问题了。当只填充IP头和TCP头的最小SYN包跑在以太网络上时,100Mbit的网络,能支持的最大PPS(Packet Per Second)是100×106 / (8 * (64+8+12)) = 148809,1000Mbit的网络,能支持的最大PPS是1488090。

  • SYN Flood防御

SYN Flood攻击大量消耗服务器的CPU、内存资源,并占满SYN等待队列。相应的,我们修改内核参数即可有效缓解。主要参数如下:
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192
net.ipv4.tcp_synack_retries = 2
分别为启用SYN Cookie、设置SYN最大队列长度以及设置SYN+ACK最大重试次数。

SYN Cookie的作用是缓解服务器资源压力。启用之前,服务器在接到SYN数据包后,立即分配存储空间,并随机化一个数字作为SYN号发送SYN+ACK数据包。然后保存连接的状态信息等待客户端确认。启用SYN Cookie之后,服务器不再分配存储空间,而且通过基于时间种子的随机数算法设置一个SYN号,替代完全随机的SYN号。发送完SYN+ACK确认报文之后,清空资源不保存任何状态信息。直到服务器接到客户端的最终ACK包,通过Cookie检验算法鉴定是否与发出去的SYN+ACK报文序列号匹配,匹配则通过完成握手,失败则丢弃。当然,前文的高级攻击中有SYN混合ACK的攻击方法,则是对此种防御方法的反击,其中优劣由双方的硬件配置决定

tcp_max_syn_backlog则是使用服务器的内存资源,换取更大的等待队列长度,让攻击数据包不至于占满所有连接而导致正常用户无法完成握手。net.ipv4.tcp_synack_retries是降低服务器SYN+ACK报文重试次数,尽快释放等待资源。这三种措施与攻击的三种危害一一对应,完完全全地对症下药。但这些措施也是双刃剑,可能消耗服务器更多的内存资源,甚至影响正常用户建立TCP连接,需要评估服务器硬件资源和攻击大小谨慎设置。

除了定制TCP/IP协议栈之外,还有一种常见做法是TCP首包丢弃方案,利用TCP协议的重传机制识别正常用户和攻击报文。当防御设备接到一个IP地址的SYN报文后,简单比对该IP是否存在于白名单中,存在则转发到后端。如不存在于白名单中,检查是否是该IP在一定时间段内的首次SYN报文,不是则检查是否重传报文,是重传则转发并加入白名单,不是则丢弃并加入黑名单。是首次SYN报文则丢弃并等待一段时间以试图接受该IP的SYN重传报文,等待超时则判定为攻击报文加入黑名单。

清洗设备的硬件具有特殊的网络处理器芯片和特别优化的操作系统、TCP/IP协议栈,可以处理非常巨大的流量和SYN队列。

  • HTTP Flood防御

HTTP Flood攻击防御主要通过缓存的方式进行,尽量由设备的缓存直接返回结果来保护后端业务。大型的互联网企业,会有庞大的CDN节点缓存内容。

HTTP Flood是由程序模拟HTTP请求,一般来说不会解析服务端返回数据,更不会解析JS之类代码。因此当清洗设备截获到HTTP请求时,返回一段特殊JavaScript代码,正常用户的浏览器会处理并正常跳转不影响使用,而攻击程序会攻击到空处。

  • DNS Flood防御

DNS攻击防御也有类似HTTP的防御手段,第一方案是缓存。其次是重发,可以是直接丢弃DNS报文导致UDP层面的请求重发,可以是返回特殊响应强制要求客户端使用TCP协议重发DNS查询请求。

特殊的,对于授权域DNS的保护,设备会在业务正常时期提取收到的DNS域名列表和ISP DNS IP列表备用,在攻击时,非此列表的请求一律丢弃,大幅降低性能压力。对于域名,实行同样的域名白名单机制,非白名单中的域名解析请求,做丢弃处理。

  • 慢速连接攻击防御

Slowloris攻击防御比较简单,主要方案有两个:

  1. 统计每个TCP连接的时长并计算单位时间内通过的报文数量即可做精确识别。一个TCP连接中,HTTP报文太少和报文太多都是不正常的,过少可能是慢速连接攻击,过多可能是使用HTTP 1.1协议进行的HTTP Flood攻击,在一个TCP连接中发送多个HTTP请求。
  2. 限制HTTP头部传输的最大许可时间。超过指定时间HTTP Header还没有传输完成,直接判定源IP地址为慢速连接攻击,中断连接并加入黑名单。

在虚拟化时代,海量用户的不同业务共处在相同的物理机平台,遭受DDoS攻击的可能性越来越高。而且一个用户被攻击可能牵扯到大量的其他用户,危害被显著放大,因此防御显得尤为重要。

对于我们普通站长来说,买个高防服务器就够了

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