DDoS攻击防御和分析

1 DDoS：Distributed Denial of Service

DDoS攻击，即分布式拒绝服务攻击，是目前黑客经常采用而难以防范的攻击手段。黑客一般是通过制作僵尸网络的方式攻击域名，即在计算机中植入特定的恶意程序控制大量“肉鸡”(指可以被黑客远程控制的机器)，然后通过相对集中的若干计算机向相对分散的大量“肉鸡”发送攻击指令，引发短时间内流量剧增。主要目的是让指定目标无法提供正常服务，甚至从互联网上消失，是目前最强大、最难防御的攻击之一。

按照发起的方式，可分为三类：

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ICMPFlood和UDPFlood，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SYNFlood攻击、DNSQuery Flood攻击，是当前的主流攻击方式。

2 攻击方式

2.1 SYN Flood

SYN Flood攻击利用了TCP三次握手的缺陷：攻击者伪装大量的IP地址给服务器发送SYN报文，由于伪造的IP地址几乎不可能存在，也就几乎没有设备会给服务器返回任何应答了。因此，服务器将会维持一个庞大的等待列表，不停地重试发送SYN+ACK报文，同时占用着大量的资源无法释放。更为关键的是，被攻击服务器的SYN_RECV队列被恶意的数据包占满，不再接受新的SYN请求，合法用户无法完成三次握手建立起TCP连接。也就是说，这个服务器被SYN Flood拒绝服务了。

2.2 DNS Query Flood

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。

2.3 HTTP Flood

HTTP Flood是针对Web服务在第七层协议（应用层）发起的攻击。它的巨大危害性主要表现在三个方面：发起方便、过滤困难、影响深远。

HTTP Flood攻击通过端口扫描程序在互联网上寻找匿名的HTTP代理或者SOCKS代理，攻击者通过匿名代理对攻击目标发起HTTP请求。匿名代理是一种比较丰富的资源，花几天时间获取代理并不是难事，因此攻击容易发起而且可以长期高强度的持续。

HTTP Flood攻击在HTTP层发起，极力模仿正常用户的网页请求行为，与网站业务紧密相关，安全厂商很难提供一套通用的且不影响用户体验的方案。

HTTP Flood攻击会引起严重的连锁反应，不仅仅是直接导致被攻击的Web前端响应缓慢，还间接攻击到后端的Java等业务层逻辑以及更后端的数据库服务，增大它们的压力，甚至对日志存储服务器都带来影响。

2.4 慢速连接攻击：Sloworis

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，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。

3 防御

3.1 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 #启用SYN Cookie

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192 #设置SYN最大队列长度

net.ipv4.tcp_synack_retries = 2 #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。

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。

ps：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。

3.2 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。当高级攻击者穿透缓存时，清洗设备会截获HTTP请求做特殊处理。最简单的方法就是对源IP的HTTP请求频率做统计，高于一定频率的IP地址加入黑名单。这种方法过于简单，容易带来误杀，并且无法屏蔽来自代理服务器的攻击，因此逐渐废止，取而代之的是JavaScript跳转人机识别方案。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。

3.3 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。

3.4 慢速连接攻击防御

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HTTP Flood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 新型攻击方式

DNS 反射/放大攻击利用互联网上的DNS基础结构来放大攻击能够产生的通信量。DNS是用于主机名到IP地址解析的互联网基础设施的重要组成部分。DNS反射/放大攻击通过使用多个客户端肉机(bots僵尸肉机)将查询发送到多个开放DNS解析器中，从而使大量的攻击流量从广泛分布源中产生(在Spamhaus袭击期间，使用了超过30K开放解析器)。