CentOS linux 下SYN攻防原理
(一)SYN攻击原理
SYN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,耗费服务器CPU和内存资源.SYN攻击聊了能影响主机外,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.我们知道,在网络中两台电脑建立TCP连接时需要进行三次握手过程,客户端首先向服务器发关TCP SYN数据包,接着服务器会向客户端发关相应的SYN ACK数据包,最后客户端会以ACK进行响应.从而建立正常的握手过程.在具体的连接细节中,服务器最早接受到SYN包时,在TCP协议栈中会将相应的半连接记录添加到队列中,之后等待接受下面准备握手的数据包,如果握手成功,那么这个半连接记录将从队列中删除.或者当服务器未收到客户端的确认包时,会重发请求包,一直到超时才将此条目从未连接队列删除.但是,在服务器中的TCP协议栈中存储的半连接记录是有限的,当服务器受到SYN型的DOS攻击后,队列会很快处于充满状态,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,服务器随后就不再接受新的网络连接,从而造成正常的客户端无法访问服务器的情(况发生.
1. SYN Flood攻击
SYN Flood攻击是网络环境中最常见的DDoS攻击方式，它利用了TCP协议的缺陷，在建立连接的三次握手过程中，通过向目标服务所在的端口发送大量伪造源IP地址的数据报文，造成目标服务器中半开连接队列被占满，进而导致合法用户无法进行正常访问。为了更好地理解SYN Flood攻击以及后续介绍的常见攻击方式，我们首先对TCP协议相关的一些信息进行介绍。TCP数据包首部结构如下图1所示。
我们比较关注的是TCP首部中的6个标志位。其中SYN标志位用来建立连接，让连接双方同步序列号。如果SYN＝1而ACK=0，则表示该数据包为连接请求，如果SYN=1而ACK=1则表示接受连接。FIN标志位表示发送端已经没有数据要求传输了，希望释放连接。RST标志用来复位一个连接。RST标志置位的数据包称为复位包。一般情况下，如果TCP收到的一个分段明显不是属于该主机上的任何一个连接，则向远端发送一个复位包。URG标志位为紧急数据标志。如果它为1，则表示本数据包中包含紧急数据。此时紧急数据指针有效。ACK标志位为确认标志位，如果为1，表示包中的确认号时有效的。否则，包中的确认号无效。PSH标志位如果置位，则接收端应尽快把数据传送给应用层，不必等缓冲区满再发送。
SYN Flood攻击则是利用TCP的缺陷，在建立连接过程中实现的攻击。正常情况下，建立TCP连接需要客户端和服务端进行三次通信，也就是我们常说的三次握手，过程如下图2所示。
图2
首先，客户端发送一个带有SYN标志位的数据报文给服务端，表示询问服务端是否可以与其建立连接。然后服务端会返回SYN+ACK标志的报文用于确认客户端的SYN请求和发送建立连接的请求，最后客户端接收到服务端的数据报文后，会对服务端的SYN标志进行确认，至此TCP连接就建立成功了。
SYN Flood的攻击则是客户端发送SYN请求时，数据包中的源IP地址是经过伪造的，也就是说服务端在接收到客户端的SYN请求以后，会将含有SYN+ACK标志位的报文发送至伪造的IP地址，而该地址会认为没有请求与该地址建立连接，因此不会予以回应。服务器因为没有收到回应，会继续尝试三到五次发送请求并且等待一个SYN超时以后丢弃这个连接。该过程如下图3所示。
图3
SYN Flood攻击就是利用了TCP的这一缺陷，发送大量的伪造源IP地址的数据报文至服务端，服务端因为把持着大量的没有接受回应的SYN请求导致半开连接队列被占满而无法为合法用户提供服务。
(二)实战SYN攻击过程
SYN攻击实现起来非常的简单,互联网上有大量面成的SYN攻击工具可以直接利用.假设在Linux服务器中安装了Web服务,在Linux的命令提示符中执行"service httpd start"命令,即可开启Web服务,接着执行"netstat -ant | grep 80"命令,可以看到80端口已经处于打开状态了.在网络的其它机器上利用SYN攻击软件(例如"synkill"等)对Linux服务器的80端口进行DOS攻击,之后在Linux服务器中执行命令"netstat -ant | grep 80",可以看到大量的网络连接信息,包括连接的类型,原地址,目标直地址,连接状态等,当然,因为SYN工具通常会伪告客户端地址,因此在连接列表中是找不到真实地址的.在连接状态中显示"SYN_RECV",表示当前处于半连接状态.我们可以每隔几秒钟运行命令"netstat -np | grep SYN_RECV |grep 80 | wc -l",来检查某个端口(这里为80)的未连接队列的条目数,当发现该条目数增大到某个极大值,并处于平衡状态时,那么就很有可能是Linux的TCP协议栈中的队列满了,此时用户就无法建立新的连接了.
(三)如何在Linux中防御SYN型DOS攻击
在Linux中防御SYN型DOS攻击的方法比较常见的有增大队列SYN最大半连接数,减小超时值,利用SYN cookie技术,过滤可疑的IP地址等常用方法,下面分别进行分析.
(四)增大队列SYN最大半连接数
在Linux中执行命令"sysctl -a|grep net.ipv4.tcp_max_syn_backlog",在返回的"net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=256"中显示Linux队列的最大半连接容量是256.这个默认值对于Web服务器来说是远远不够的,一次简单的SYN攻击就足以将其完全占用.因此,防御DOS攻击最简单的办法就是增大这个默认值,在Linux中执行命令"sysctl -w et.ipv4.tcp_max_syn_backlog=3000",这样就可以将队列SYN最大半连接数容量值改为3000了.
(五)减小超时值
在Linux中建立TCP连接时,在客户端和服务器之间创建握手过程中,当服务器未收到客户端的确认包时,会重发请求包,一直到超时才将此条目从未连接队列是删除,也就是说半连接存在一定的存活时间,超过这个时间,半连接就会自动断开,在上述SYN攻击测试中,当经过较长的的时间后,就会发现一些半连接已经自动断开了.半连接存活时间实际上是系统所有重传次数等待的超时时间之和,这个值越大,半连接数占用的Backlog队列的时间就越长,系统能处理的SYN请求就越少,因此,缩短超时时间就可以有效防御SYN攻击,这可以通过缩小重传超时时间和减少重传次数来实现.在Linux中默认的重传次数为5次,总超时时间为3分钟,在Linux中执行命令"sysctl -w net.ipv4.tcp_synack_retries=1",将超时重传次数设置为1.
(六)利用SYN cookie来防御DOS攻击
除了在TCP协议栈中开辟一个内存空间来存储半连接数之外,为避免因为SYN请求数量太多,导致该队列被填满的情况下,Linux服务器仍然可以处理新的SYN连接,可以利用SYN Cookie技术来处理SYN连接.什么是SYN Cookie呢?SYN Cookie是用一个Cookie来响应TCP SYN请求的,在正常的TCP连接过程中,当服务器接收一个SYN数据包,就会返回一个SYN -ACK包来应答,然后进入TCP -SYN -RECV(半开放连接)状态来等待最后返回的ACK包.服务器用一个数据空间来描述所有未决的连接,然而这个数据空间的大小是有限的,所以攻击者将塞满这个空间,在TCP SYN COOKIE的执行过程中,当服务器收到一个SYN包的时候,他返回一个SYN -ACK包,这个数据包的ACK序列号是经过加密的,它由TCP连接的源地址和端口号,目标地址和端口号,以及一个加密种子经过HASH计算得出的,然后服务器释放所有的状态.如果一个ACK包从客户端返回后,服务器重新计算COOKIE来判断它是不是上个SYN -ACK的返回包.如果是的话,服务器就可以直接进入TCP连接状态并打开连接.这样服务器就可以避免守候半开放连接了,在Linux中执行命令"echo "echo "1" > / proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies"> > /etc/rc_local",这样即可启动SYN Cookie,并将其添加到了Linux的启动文件,这样即使系统重启也不影响SYN Cookie的激活状态.
(七)过滤可疑的IP地址
当客户机对服务器进行攻击时.在服务器上可以进行抓包操作,这样可以对数据包中的IP进行检测,然后再对这些可疑的潮行过滤,从而将其无法正常连接服务器.利用Linux自带的"tcpdump"命令可以实现抓包操作.执行命令"tcpdump -c 1000 -l eth 0 -n dst port 80 > test.txt",就可以在当前目录下创建一个'test.txt"文件,在其中包含大量的网络数据包,通过对该文件的的分析,就很容易得到可疑的客户端IP,之后利用系统自带的"iptables"命令即可对可疑IP进行屏蔽.便如执行命令"iptables -A INPUT -s 219.29.78.79 -d 0/0 -j REJECT",即可禁止"219.29.78.79"的外部主要访问本机所有端口.其中"-j REJECT"参数表示禁止访问.