DDOS终极防御

DDOS终极防御

2018年8月24日 由 scrapcat

何为DDOS：DDOS被称为分布式拒绝服务攻击，目的主要是让指定目标无法正常提供服务，是目前最强大，最难防御的攻击之一，是一个世界性的难题，并没有一个好的解决办法只能缓解

主要分类：按照发起的方式，DDoS可以简单分为三类。

第一类以力取胜，海量数据包从互联网的各个角落蜂拥而来，堵塞IDC入口，让各种强大的硬件防御系统、快速高效的应急流程无用武之地。这种类型的攻击典型代表是ICMP Flood和UDP Flood，现在已不常见。

第二类以巧取胜，灵动而难以察觉，每隔几分钟发一个包甚至只需要一个包，就可以让豪华配置的服务器不再响应。这类攻击主要是利用协议或者软件的漏洞发起，例如Slowloris攻击、Hash冲突攻击等，需要特定环境机缘巧合下才能出现。

第三类是上述两种的混合，轻灵浑厚兼而有之，既利用了协议、系统的缺陷，又具备了海量的流量，例如SYN Flood攻击、DNS Query Flood攻击，是当前的主流攻击方式。

DDOS攻击类型：

1.SYN FLOOD攻击

它是利用TCP协议缺陷，发送大量伪造的TCP连接请求，从而使得被攻击方资源耗尽(CPU满负荷或内存不足)的攻击方式，最终导致系统或服务器宕机。

SYN Flood攻击正是利用了TCP连接的三次握手，假设一个用户向服务器发送了SYN报文后突然死机或掉线，那么服务器在发出SYN+ACK应答报文后是无法收到客户端的ACK报文的(第三次握手无法完成)，这种情况下服务器端一般会重试(再次发送SYN+ACK给客户端)并等待一段时间后丢弃这个未完成的连接，这段时间的长度我们称为SYN Timeout，一般来说这个时间是分钟的数量级(大约为30秒-2分钟)；一个用户出现异常导致服务器的一个线程等待1分钟并不会对服务器端造成什么大的影响，但如果有大量的等待丢失的情况发生，服务器端将为了维护一个非常大的半连接请求而消耗非常多的资源。我们可以想象大量的保存并遍历也会消耗非常多的CPU时间和内存，再加上服务器端不断对列表中的IP进行SYN+ACK的重试，服务器的负载将会变得非常巨大。如果服务器的TCP/IP栈不够强大，最后的结果往往是堆栈溢出崩溃。相对于攻击数据流，正常的用户请求就显得十分渺小，服务器疲于处理攻击者伪造的TCP连接请求而无暇理睬客户的正常请求，此时从正常客户会表现为打开页面缓慢或服务器无响应，这种情况就是我们常说的服务器端SYN Flood攻击(SYN洪水攻击)。

如何攻击进行防范：

进行修改内核参数即可有效缓解。对应修改参数如下：

net.ipv4.tcp_syncookies = 1net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192net.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。

首包丢弃方案对用户体验会略有影响，因为丢弃首包重传会增大业务的响应时间，有鉴于此发展出了一种更优的TCP Proxy方案。所有的SYN数据报文由清洗设备接受，按照SYN Cookie方案处理。和设备成功建立了TCP三次握手的IP地址被判定为合法用户加入白名单，由设备伪装真实客户端IP地址再与真实服务器完成三次握手，随后转发数据。而指定时间内没有和设备完成三次握手的IP地址，被判定为恶意IP地址屏蔽一定时间。除了SYN Cookie结合TCP Proxy外，清洗设备还具备多种畸形TCP标志位数据包探测的能力，通过对SYN报文返回非预期应答测试客户端反应的方式来鉴别正常访问和恶意行为。

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。

2.DNS Query Flood攻击：

作为互联网最基础、最核心的服务，DNS自然也是DDoS攻击的重要目标之一。打垮DNS服务能够间接打垮一家公司的全部业务，或者打垮一个地区的网络服务。

UDP攻击是最容易发起海量流量的攻击手段，而且源IP随机伪造难以追查。但过滤比较容易，因为大多数IP并不提供UDP服务，直接丢弃UDP流量即可。所以现在纯粹的UDP流量攻击比较少见了，取而代之的是UDP协议承载的DNS Query Flood攻击。简单地说，越上层协议上发动的DDoS攻击越难以防御，因为协议越上层，与业务关联越大，防御系统面临的情况越复杂。

DNS Query Flood就是攻击者操纵大量傀儡机器，对目标发起海量的域名查询请求。为了防止基于ACL的过滤，必须提高数据包的随机性。常用的做法是UDP层随机伪造源IP地址、随机伪造源端口等参数。在DNS协议层，随机伪造查询ID以及待解析域名。随机伪造待解析域名除了防止过滤外，还可以降低命中DNS缓存的可能性，尽可能多地消耗DNS服务器的CPU资源。

如何防范DNS Query Flood攻击：

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? 在攻击发生时降低很少发起域名解析请求的源 IP 地址的优先级；

限制每个源 IP 地址每秒的域名解析请求次数。

3.慢速连接攻击：

有一种攻击以慢著称，以至于有些攻击目标被打死了都不知道是怎么死的，这就是慢速连接攻击，最具代表性的是rsnake发明的Slowloris。在POST提交方式中，允许在HTTP的头中声明content-length，也就是POST内容的长度。在提交了头以后，将后面的body部分卡住不发送，这时服务器在接受了POST长度以后，就会等待客户端发送POST的内容，攻击者保持连接并且以10S-100S一个字节的速度去发送，就达到了消耗资源的效果，因此不断地增加这样的链接，就会使得服务器的资源被消耗，最后可能宕机。

HTTP协议规定，HTTP Request以\r\n\r\n（0d0a0d0a）结尾表示客户端发送结束，服务端开始处理。那么，如果永远不发送\r\n\r\n会如何？Slowloris就是利用这一点来做DDoS攻击的。攻击者在HTTP请求头中将Connection设置为Keep-Alive，要求Web Server保持TCP连接不要断开，随后缓慢地每隔几分钟发送一个key-value格式的数据到服务端，如a:b\r\n，导致服务端认为HTTP头部没有接收完成而一直等待。如果攻击者使用多线程或者傀儡机来做同样的操作，服务器的Web容器很快就被攻击者占满了TCP连接而不再接受新的请求。

如何对慢速攻击进行防范：

Slowloris攻击防御比较简单，主要方案有两个。

第一个是统计每个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HTTP1.1协议进行的HTTPFlood攻击，在一个TCP连接中发送多个HTTP请求。

第二个是限制HTTP头部传输的最大许可时间。超过指定时间HTTPHeader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。

4.CC攻击(HTTP Flood攻击)：

一种常见的网站攻击方法，攻击者通过代理服务器或者肉鸡向向受害主机不停地发大量数据包，造成对方服务器资源耗尽，一直到宕机崩溃。

CC攻击的攻击技术含量低，利用工具和一些IP代理，一个初、中级的电脑水平的用户就能够实施攻击。不过，如果了解了CC攻击的原理，那就不难针对CC攻击实施一些有效的防范措施。

CC攻击又可分为代理CC攻击，和肉鸡CC攻击。代理CC攻击是黑客借助代理服务器生成指向受害主机的合法网页请求，实现DDoS，和伪装就叫：cc（Challenge Collapsar）。而肉鸡CC攻击是黑客使用CC攻击软件，控制大量肉鸡，发动攻击，相比来后者比前者更难防御。因为肉鸡可以模拟正常用户访问网站的请求。伪造成合法数据包。

如何对CC攻击进行防范：

取消域名绑定：一般cc攻击都是针对网站的域名进行攻击，比如我们的网站域名是“www.xxx.com”，那么攻击者就在攻击工具中设定攻击对象为该域名然后实施攻击。 对于这样的攻击我们的措施是取消这个域名的绑定，让CC攻击失去目标。

域名欺骗解析：如果发现针对域名的CC攻击，我们可以把被攻击的域名解析到127.0.0.1这个地址上。我们知道127.0.0.1是本地回环IP是用来进行网络测试的，如果把被攻击的域名解析到这个IP上，就可以实现攻击者自己攻击自己的目的，这样他再多的肉鸡或者代理也会宕机，让其自作自受。

更改Web端口：一般情况下Web服务器通过80端口对外提供服务，因此攻击者实施攻击就以默认的80端口进行攻击，所以，我们可以修改Web端口达到防CC攻击的目的。运行IIS管理器，定位到相应站点，打开站点“属性”面板，在“网站标识”下有个TCP端口默认为80，我们修改为其他的端口就可以了。

屏蔽IP：我们通过命令或在查看日志发现了CC攻击的源IP，就可以在防火墙中设置屏蔽该IP对Web站点的访问，从而达到防范攻击的目的。

4.混合攻击：流量与技巧并用

在实际情况中，攻击者只求达到打垮对方的目的，发展到现在，高级攻击者已经不倾向使用单一的攻击手段作战了，而是根据目标系统的具体环境灵动组合，发动多种攻击手段，既具备了海量的流量，又利用了协议、系统的缺陷，尽其所能地展开攻势。

对于被攻击目标来说，需要面对不同协议、不同资源的分布式的攻击，分析、响应和处理的成本就会大大增加。

5.来自P2P网络的攻击

前面的攻击方式，多多少少都需要一些傀儡机，即使是HTTP Flood也需要搜索大量的匿名代理。如果有一种攻击，只需要发出一些指令，就有机器自动上来执行，才是完美的方案。这种攻击已经出现了，那就是来自P2P网络的攻击。

大家都知道，互联网上的P2P用户和流量都是一个极为庞大的数字。如果他们都去一个指定的地方下载数据，使成千上万的真实IP地址连接过来，没有哪个设备能够支撑住。拿BT下载来说，伪造一些热门视频的种子，发布到搜索引擎，就足以骗到许多用户和流量了，但这只是基础攻击。

高级P2P攻击，是直接欺骗资源管理服务器。如迅雷客户端会把自己发现的资源上传到资源管理服务器，然后推送给其他需要下载相同资源的用户，这样，一个链接就发布出去。通过协议逆向，攻击者伪造出大批量的热门资源信息通过资源管理中心分发出去，瞬间就可以传遍整个P2P网络。更为恐怖的是，这种攻击是无法停止的，即使是攻击者自身也无法停止，攻击一直持续到P2P官方发现问题更新服务器且下载用户重启下载软件时为止。

DDOS防御总结：

应用层：

应用代码要做好性能优化，及时释放资源，及时关闭数据库连接，减少空连接等消耗，在网络架构上做好优化，善于利用负载均分流，避免用户流量集中在单台服务器上，同时可以充分利用好CDN和镜像站的分流作用，缓解主站压力，实现一些对抗手段，比如限制每个IP地址的请求频率

网络层：

根据请求次数封掉IP，设禁止smp包的规则，CDN，WAF设置规则，自身操作系统，中间件优化