原文

1.DoS攻击

DoS攻击(Denial of Service,拒绝服务攻击)通过消耗计算机的某种资源,例如计算资源、网络连接等,造成资源耗尽,导致服务端无法为合法用户提供服务或只能提供降级服务。在SDN网络的集中式架构中,控制器是天然的网络中心,负责整个网络的管理和控制工作,很容易成为DoS攻击的目标。

1.1 SDN 网络下的 DoS 攻击

1.2 饱和攻击

1.3常见DoS攻击检测方案

主要包括异常流量检测与数据分析检测。

异常流量检测是最常见的一类攻击检测方式。针对DoS攻击的异常流量检测方案可以分为两类😗*基于特征信息的检测和基于异常行为的检测。

基于特征信息的检测:通过检测数据流量的特征,将其特征与预先定义的攻击类型的特征进行比对,当数据流量的特征与预先定义的攻击特征相匹配,则判断网络中发生了该攻击。

基于异常行为的检测:预先设置网络中正常参数的阈值范围,通过分析网络中相关参数的数值并将其与阈值进行比较,当网络中参数不在正常范围内时,则判定网络出现攻击。

除了异常流量检测法外,目前常见的DoS攻击检测方案还有数据分析检测,通过对流量数据所含有的信息,包含空间信息、时间信息和技术指标信息构成三个维度来对数据流进行分析。针对不同种类的DoS攻击,下表列出了一些常见DoS攻击方式及其数据分析的检测指标。

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2.DDOS攻击方式

2.1 SYN Flood攻击

SYN- Flood攻击是当前网络上最为常见的DDoS攻击，也是最为经典的拒绝服务攻击，它利用了TCP协议实现上的一个缺陷，通过向网络服务所在端口发送大量的伪造源地址的攻击报文，就可能造成目标服务器中的半开连接队列被占满，从而阻止其他合法用户进行访问。这种攻击早在1996年就被发现，但至今仍然显示出强大的生命力。很多操作系统，甚至防火墙、路由器都无法有效地防御这种攻击，而且由于它可以方便地伪造源地址，追查起来非常困难。它的数据包特征通常是，源发送了大量的SYN包，并且缺少三次握手的最后一步握手ACK回复。

2.1.1 原理

可以看到大量的SYN包没有ACK回应。

2.1.2 SYN Flood防护

目 前市面上有些防火墙具有SYN Proxy功能，这种方法一般是定每秒通过指定对象（目标地址和端口、仅目标地址或仅源地址）的SYN片段数的阀值，当来自相同源地址或发往相同目标地址的SYN片段数达到这些阀值之一时，防火墙就开始截取连接请求和代理回复SYN/ACK片段，并将不完全的连接请求存储到连接队列中直到连接完成或请求超时。当防火墙中代理连接的队列被填满时，防火墙拒绝来自相同安全区域（zone）中所有地址的新SYN片段，避免网络主机遭受不完整的三次握手的攻击。但是，这种方法在攻击流量较大的时候，连接出现较大的延迟，网络的负载较高，很多情况下反而成为整个网络的瓶颈；?
Random Drop：随机丢包的方式虽然可以减轻服务器的负载，但是正常连接的成功率也会降低很多；
特征匹配：IPS上会常用的手段，在攻击发生的当时统计攻击报文的特征，定义特征库，例如过滤不带TCP Options 的syn 包等；
早 期攻击工具（例如synkiller，xdos，hgod等）通常是发送64字节的TCP SYN报文，而主机操作系统在发起TCP连接请求时发送SYN 报文是大于64字节的。因此可以在关键节点上设置策略过滤64字节的TCP SYN报文，某些宣传具有防护SYN Flood攻击的产品就是这么做的。随着工具的改进，发出的TCP SYN 报文完全模拟常见的通用操作系统，并且IP头和TCP头的字段完全随机，这时就无法在设备上根据特定的规则来过滤攻击报文。这时就需要根据经验判断IP 包头里TTL值不合理的数据包并阻断，但这种手工的方法成本高、效率低。 图是某攻击工具属性设置。

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地址来的包会被丢弃。但SYN Cookie依赖于对方使用真实的IP地址，如果攻击者利用SOCK_RAW随机改写IP报文中的源地址，这个方法就没效果了。

2.1.3 商业产品的防护算法

syn cookie/syn proxy类防护算法：这种算法对所有的syn包均主动回应，探测发起syn包的源IP地址是否真实存在；如果该IP地址真实存在，则该IP会回应防护设备的探测包，从而建立TCP连接；大多数的国内外抗拒绝服务产品采用此类算法。
safereset算法：此算法对所有的syn包均主动回应，探测包特意构造错误的字段，真实存在的IP地址会发送rst包给防护设备，然后发起第2次连接，从而建立TCP连接；部分国外产品采用了这样的防护算法。?
syn重传算法：该算法利用了TCP/IP协议的重传特性，来自某个源IP的第一个syn包到达时被直接丢弃并记录状态，在该源IP的第2个syn包到达时进行验证，然后放行。
综合防护算法：结合了以上算法的优点，并引入了IP信誉机制。当来自某个源IP的第一个syn包到达时，如果该IP的信誉值较高，则采用syncookie 算法；而对于信誉值较低的源IP，则基于协议栈行为模式，如果syn包得到验证，则对该连接进入syncookie校验，一旦该IP的连接得到验证则提高其信誉值。有些设备还采用了表结构来存放协议栈行为模式特征值，大大减少了存储量。

2.2 ACK Flood攻击

2.2.1 原理

如果没有开放端口，服务器将直接丢弃，这将会耗费服务器的CPU资源。如果端口开放，服务器回应RST。

2.2.2 ACK Flood防护

2.3 UDP Flood攻击

2.3.1 原理

攻击工具：

53端口的UDP Flood攻击抓图：

UDP Flood大包攻击（占带宽，分片）：

2.3.2 UDP Flood防护

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。

2.4 ICMP Flood攻击

2.4.1 原理

ICMP Flood 的攻击原理和ACK Flood原理类似，属于流量型的攻击方式，也是利用大的流量给服务器带来较大的负载，影响服务器的正常服务。由于目前很多防火墙直接过滤ICMP报文，因此ICMP Flood出现的频度较低。比较下面两幅图，就应该可以看出是否有ICMP Flood攻击。

2.4.2 ICMP Flood防护

其防御也很简单，直接过滤ICMP报文。这里就不做详细说明。

2.5 Connection Flood攻击

2.5.1 原理

Connection Flood是典型的并且非常的有效的利用小流量冲击大带宽网络服务的攻击方式，这种攻击方式目前已经越来越猖獗。这种攻击的原理是利用真实的IP地址向服务器发起大量的连接，并且建立连接之后很长时间不释放，占用服务器的资源，造成服务器服务器上残余连接(WAIT状态)过多，效率降低，甚至资源耗尽，无法响应其他客户所发起的连接。
其中一种攻击方法是每秒钟向服务器发起大量的连接请求，这类似于固定源IP的SYN Flood攻击，不同的是采用了真实的源IP地址。通常这可以在防火墙上限制每个源IP地址每秒钟的连接数来达到防护目的。但现在已有工具采用慢速连接的方式，也即几秒钟才和服务器建立一个连接，连接建立成功之后并不释放并定时发送垃圾数据包给服务器使连接得以长时间保持。这样一个IP地址就可以和服务器建立成百上千的连接，而服务器可以承受的连接数是有限的，这就达到了拒绝服务的效果。
另外，蠕虫大规模爆发的时候，由于蠕虫代码则比较简单，传播过程中会出现大量源IP地址相同的包，对于 TCP 蠕虫则表现为大范围扫描行为。这是在判断Connection Flood时需要注意的。
在受攻击的服务器上使用netstat –an来看：

存在大量连接状态，来自少数的几个源。如果统计的话，可以看到连接数对比平时出现异常。并且增长到某一值之后开始波动，说明此时可能已经接近性能极限。因此，对这种攻击的判断：在流量上体现并不大，甚至可能会很小；大量的ESTABLISH状态；新建的ESTABLISH状态总数有波动。

2.5.2 Connection Flood防护

主动清除残余连接。
对恶意连接的IP进行封禁。
限制每个源IP的连接数。
可以对特定的URL进行防护。
反查Proxy后面发起HTTP Get Flood的源。

2.6 HTTP Get攻击

2.6.1 原理

这种攻击主要是针对存在ASP、JSP、PHP、CGI等脚本程序，并调用MSSQLServer、MySQLServer、Oracle等数据库的网站系统而设计的，特征是和服务器建立正常的TCP连接，并不断的向脚本程序提交查询、列表等大量耗费数据库资源的调用，典型的以小博大的攻击方法。一般来说，提交一个GET或POST指令对客户端的耗费和带宽的占用是几乎可以忽略的，而服务器为处理此请求却可能要从上万条记录中去查出某个记录，这种处理过程对资源的耗费是很大的，常见的数据库服务器很少能支持数百个查询指令同时执行，而这对于客户端来说却是轻而易举的，因此攻击者只需通过Proxy代理向主机服务器大量递交查询指令，只需数分钟就会把服务器资源消耗掉而导致拒绝服务，常见的现象就是网站慢如蜗牛、ASP程序失效、PHP连接数据库失败、数据库主程序占用CPU偏高。这种攻击的特点是可以完全绕过普通的防火墙防护，轻松找一些Proxy代理就可实施攻击，缺点是对付只有静态页面的网站效果会大打折扣，并且有些Proxy会暴露攻击者的IP地址。攻击工具：

在遭受攻击的服务器上抓包，大量不同IP在请求资源。在实际情况中，也有可能使用代理地址连接。

2.6.2 HTTP Get防护

对是否HTTP Get的判断，要统计到达每个服务器的每秒钟的GET 请求数，如果远远超过正常值，就要对HTTP协议解码，找出HTTP Get及其参数（例如URL等）。
然后判断某个GET 请求是来自代理服务器还是恶意请求。并回应一个带key的响应要求请求发起端作出相应的回馈。如果发起端并不响应则说明是利用工具发起的请求，这样HTTP Get请求就无法到达服务器，达到防护的效果。

2.7 UDP DNS Query Flood攻击

2.7.1 原理

UDP DNS Query Flood攻击实质上是UDP Flood的一种，但是由于DNS服务器的不可替代的关键作用，一旦服务器瘫痪，影响一般都很大。
UDP DNS Query Flood攻击采用的方法是向被攻击的服务器发送大量的域名解析请求，通常请求解析的域名是随机生成或者是网络世界上根本不存在的域名，被攻击的DNS 服务器在接收到域名解析请求的时候首先会在服务器上查找是否有对应的缓存，如果查找不到并且该域名无法直接由服务器解析的时候，DNS 服务器会向其上层DNS服务器递归查询域名信息。域名解析的过程给服务器带来了很大的负载，每秒钟域名解析请求超过一定的数量就会造成DNS服务器解析域名超时。
根据微软的统计数据，一台DNS服务器所能承受的动态域名查询的上限是每秒钟9000个请求。而我们知道，在一台P3的PC机上可以轻易地构造出每秒钟几万个域名解析请求，足以使一台硬件配置极高的DNS服务器瘫痪，由此可见DNS 服务器的脆弱性。同时需要注意的是，蠕虫扩散也会带来大量的域名解析请求。

2.7.2 UDP DNS Query Flood防护

在UDP Flood的基础上对 UDP DNS Query Flood 攻击进行防护
根据域名 IP 自学习结果主动回应，减轻服务器负载（使用 DNS Cache）
对突然发起大量频度较低的域名解析请求的源 IP 地址进行带宽限制

3.网络溯源技术

网络安全不能仅依赖于防护,还应该聚焦于检测与响应,其中进行网络攻击溯源是一种有效的响应方式。进行网络溯源的主要目的是重建攻击路径,这样网络管理员就能够识别攻击者的地址;从而进行追责,最终形成威慑。

溯源技术通常被分为两大类:主动溯源和被动溯源。其中,主动溯源是在报文传输过程中标记报文信息,攻击一旦发生,管理人员就能够利用这些信息去跟踪路由路径并确定攻击源。被动溯源是在判断攻击发生之后才开始采取措施,使用工具分析流量情况等信息进行溯源。

常见的溯源方案有以下四种:链路测试技术、日志记录技术、基于ICMP的报文技术和概率包标记技术。

链路测试技术是逐跳地对路由器进行测试以重建攻击路径。在传统网络中,通常需要安装一个跟踪程序,如DoS Tracker,到靠近攻击者的路由器中,监视传入的数据包,找到攻击路径的上一跳,重复该过程,逐跳回溯,直到找到攻击源。

日志记录技术是在中转设备上存储途经它的报文信息,在需要处理时,使用大数据分析技术对海量数据进行分析,来达到寻找攻击源的目的。
基于ICMP的报文技术由Bellovin提出;数据包在通过路由器时以一定概率生成ICMP traceback(iTrace)消息, 一个iTrace消息由下一跳信息、上一跳信息以及一个时间戳组成,目的主机收到足够数量的iTrace消息后,能构造出消息的转发路
径。
概率包标记技术使用IP分组头部的某些字段,向字段中添加路径信息;这种方法与ICMP溯源法类似,受害者收到足够的分组后重构攻击路径;该方法相对于基于ICMP的报文技术的优势在于不需要生成新的特殊报文。

4.溯源对网络安全的意义

Chris Sanders 指出“预防终将失败”,网络安全应该聚焦到检测和响应上 。网络溯源是一种有效的对网络攻击的响应方式。对网络攻击的响应按照响应时间可以分为两类,一是检测到攻击后立即作出响应,如启动防护方案、迁移功能等;另一种是进行网络溯源,找到攻击源进行事故遏制和取证操作,从源头上解决网络攻击。前一种方法能够快速对攻击作出响应,把攻击隔离在网络之外;但是,这种方式只是对网络进行防护,无法找到攻击的源头,攻击者很难受到惩罚。后一种方法虽然不能快速对网络进行防护,但通过网络溯源找到攻击源,进行取证,进而确认攻击者,才能从根本上解决攻击问题。网络溯源对网络安全具有十分重要的意义,它不仅能够找到攻击者并对其进行屏蔽,并且能够搜集到对攻击者进行法律追究的依据,并形成威慑。因此,从长远考虑,网络攻击溯源对网络安全而言具有重要的意义。