DDoS防護方案

轉自：http://netsecurity.51cto.com/art/201211/368930.htm

深刻淺出DDoS攻擊防護應對篇：DDoS防護方案

談到DDoS防護，首先就是要知道到底遭受了多大的攻擊。這個問題看似簡單，實際上卻有不少鮮爲人知的細節在裏面。

防護基礎

攻擊流量到底多大

談到DDoS防護，首先就是要知道到底遭受了多大的攻擊。這個問題看似簡單，實際上卻有不少鮮爲人知的細節在裏面。

以SYN Flood爲例，爲了提升發送效率在服務端產生更多的SYN等待隊列，攻擊程序在填充包頭時，IP首部和TCP首部都不填充可選的字段，所以IP首部長度剛好是20字節，TCP首部也是20字節，共40字節。

對於以太網來講，最小的包長度數據段必須達到46字節，而攻擊報文只有40字節，所以，網卡在發送時，會作一些處理，在TCP首部的末尾，填充6個0來知足最小包的長度要求。這個時候，整個數據包的長度爲14字節的以太網頭，20字節的IP頭，20字節的TCP頭，再加上由於最小包長度要求而填充的6個字節的0，一共是60字節。

但這尚未結束。以太網在傳輸數據時，還有CRC檢驗的要求。網卡會在發送數據以前對數據包進行CRC檢驗，將4字節的CRC值附加到包頭的最後面。這個時候，數據包長度已再也不是40字節，而是變成64字節了，這就是常說的SYN小包攻擊，數據包結構以下：

|14字節以太網頭部|20字節IP頭部|20字節TCP|6字節填充|4字節檢驗|

|目的MAC|源MAC|協議類型| IP頭 |TCP頭|以太網填充 | CRC檢驗 |

到64字節時，SYN數據包已經填充完成，準備開始傳輸了。攻擊數據包很小，遠遠不夠最大傳輸單元（MTU）的1500字節，所以不會被分片。那麼這些數據包就像生產流水線上的罐頭同樣，一個包連着一個包緊密地擠在一塊兒傳輸嗎？事實上不是這樣的。

以太網在傳輸時，還有前導碼（preamble）和幀間距（inter-frame gap）。其中前導碼佔8字節（byte），即64比特位。前導碼前面的7字節都是10101010，1和0間隔而成。但第八個字節就變成了10101011，當主機監測到連續的兩個1時，就知道後面開始是數據了。在網絡傳輸時，數據的結構以下：

|8字節前導碼|6字節目的MAC地址|6字節源MAC地址|2字節上層協議類型|20字節IP頭|20字節TCP頭|6字節以太網填充|4字節CRC檢驗|12字節幀間距|

也就是說，一個原本只有40字節的SYN包，在網絡上傳輸時佔的帶寬，實際上是84字節。

有了上面的基礎，如今能夠開始計算攻擊流量和網絡設備的線速問題了。當只填充IP頭和TCP頭的最小SYN包跑在以太網絡上時，100Mbit的網絡，能支持的最大PPS（Packet Per Second）是100×106 / (8 * (64+8+12)) = 148809，1000Mbit的網絡，能支持的最大PPS是1488090。

SYN Flood防護

前文描述過，SYN Flood攻擊大量消耗服務器的CPU、內存資源，並佔滿SYN等待隊列。相應的，咱們修改內核參數便可有效緩解。主要參數以下：

net.ipv4.tcp_syncookies = 1

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192

net.ipv4.tcp_synack_retries = 2

分別爲啓用SYN Cookie、設置SYN最大隊列長度以及設置SYN+ACK最大重試次數。

SYN Cookie的做用是緩解服務器資源壓力。啓用以前，服務器在接到SYN數據包後，當即分配存儲空間，並隨機化一個數字做爲SYN號發送SYN+ACK數據包。而後保存鏈接的狀態信息等待客戶端確認。啓用SYN Cookie以後，服務器再也不分配存儲空間，並且經過基於時間種子的隨機數算法設置一個SYN號，替代徹底隨機的SYN號。發送完SYN+ACK確認報文以後，清空資源不保存任何狀態信息。直到服務器接到客戶端的最終ACK包，經過Cookie檢驗算法鑑定是否與發出去的SYN+ACK報文序列號匹配，匹配則經過完成握手，失敗則丟棄。固然，前文的高級攻擊中有SYN混合ACK的攻擊方法，則是對此種防護方法的反擊，其中優劣由雙方的硬件配置決定

tcp_max_syn_backlog則是使用服務器的內存資源，換取更大的等待隊列長度，讓攻擊數據包不至於佔滿全部鏈接而致使正經常使用戶沒法完成握手。net.ipv4.tcp_synack_retries是下降服務器SYN+ACK報文重試次數，儘快釋放等待資源。這三種措施與攻擊的三種危害一一對應，完徹底全地對症下藥。但這些措施也是雙刃劍，可能消耗服務器更多的內存資源，甚至影響正經常使用戶創建TCP鏈接，須要評估服務器硬件資源和攻擊大小謹慎設置。

除了定製TCP/IP協議棧以外，還有一種常見作法是TCP首包丟棄方案，利用TCP協議的重傳機制識別正經常使用戶和攻擊報文。當防護設備接到一個IP地址的SYN報文後，簡單比對該IP是否存在於白名單中，存在則轉發到後端。如不存在於白名單中，檢查是不是該IP在必定時間段內的首次SYN報文，不是則檢查是否重傳報文，是重傳則轉發並加入白名單，不是則丟棄並加入黑名單。是首次SYN報文則丟棄並等待一段時間以試圖接受該IP的SYN重傳報文，等待超時則斷定爲攻擊報文加入黑名單。

首包丟棄方案對用戶體驗會略有影響，由於丟棄首包重傳會增大業務的響應時間，有鑑於此發展出了一種更優的TCP Proxy方案。全部的SYN數據報文由清洗設備接受，按照SYN Cookie方案處理。和設備成功創建了TCP三次握手的IP地址被斷定爲合法用戶加入白名單，由設備假裝真實客戶端IP地址再與真實服務器完成三次握手，隨後轉發數據。而指定時間內沒有和設備完成三次握手的IP地址，被斷定爲惡意IP地址屏蔽必定時間。除了SYN Cookie結合TCP Proxy外，清洗設備還具有多種畸形TCP標誌位數據包探測的能力，經過對SYN報文返回非預期應答測試客戶端反應的方式來鑑別正常訪問和惡意行爲。

清洗設備的硬件具備特殊的網絡處理器芯片和特別優化的操做系統、TCP/IP協議棧，能夠處理很是巨大的流量和SYN隊列。

HTTP Flood防護

HTTP Flood攻擊防護主要經過緩存的方式進行，儘可能由設備的緩存直接返回結果來保護後端業務。大型的互聯網企業，會有龐大的CDN節點緩存內容。

當高級攻擊者穿透緩存時，清洗設備會截獲HTTP請求作特殊處理。最簡單的方法就是對源IP的HTTP請求頻率作統計，高於必定頻率的IP地址加入黑名單。這種方法過於簡單，容易帶來誤殺，而且沒法屏蔽來自代理服務器的攻擊，所以逐漸廢止，取而代之的是JavaScript跳轉人機識別方案。

HTTP Flood是由程序模擬HTTP請求，通常來講不會解析服務端返回數據，更不會解析JS之類代碼。所以當清洗設備截獲到HTTP請求時，返回一段特殊JavaScript代碼，正經常使用戶的瀏覽器會處理並正常跳轉不影響使用，而攻擊程序會攻擊到空處。

DNS Flood防護

DNS攻擊防護也有相似HTTP的防護手段，第一方案是緩存。其次是重發，能夠是直接丟棄DNS報文致使UDP層面的請求重發，能夠是返回特殊響應強制要求客戶端使用TCP協議重發DNS查詢請求。

特殊的，對於受權域DNS的保護，設備會在業務正常時期提取收到的DNS域名列表和ISP DNS IP列表備用，在攻擊時，非此列表的請求一概丟棄，大幅下降性能壓力。對於域名，實行一樣的域名白名單機制，非白名單中的域名解析請求，作丟棄處理。

慢速鏈接攻擊防護

Slowloris攻擊防護比較簡單，主要方案有兩個。

第一個是統計每一個TCP鏈接的時長並計算單位時間內經過的報文數量便可作精確識別。一個TCP鏈接中，HTTP報文太少和報文太多都是不正常的，過少多是慢速鏈接攻擊，過多多是使用HTTP 1.1協議進行的HTTP Flood攻擊，在一個TCP鏈接中發送多個HTTP請求。

第二個是限制HTTP頭部傳輸的最大許可時間。超過指定時間HTTP Header尚未傳輸完成，直接斷定源IP地址爲慢速鏈接攻擊，中斷鏈接並加入黑名單。

企業級防護

互聯網企業防護DDoS攻擊，主要使用上文的基礎防護手段，重點在於監控、組織以及流程。

監控須要具有多層監控、縱深防護的概念，從骨幹網絡、IDC入口網絡的BPS、PPS、協議分佈，負載均衡層的VIP新建鏈接數、併發鏈接數、BPS、PPS到主機層的CPU狀態、TCP新建鏈接數狀態、TCP併發鏈接數狀態，到業務層的業務處理量、業務連通性等多個點部署監控系統。即便一個監控點失效，其餘監控點也可以及時給出報警信息。多個點信息結合，準確判斷被攻擊目標和攻擊手法。

一旦發現異常，當即啓動在虛擬防護組織中的應急流程，防護組織須要囊括到足夠全面的人員，至少包含監控部門、運維部門、網絡部門、安所有門、客服部門、業務部門等，全部人員都須要2-3個備份。流程啓動後，除了人工處理，還應該包含必定的自動處理、半自動處理能力。例如自動化的攻擊分析，肯定攻擊類型，自動化、半自動化的防護策略，在安全人員到位以前，最早發現攻擊的部門能夠作一些緩解措施。

除了DDoS到來之時的流程等工做以外，更多的工做是在攻擊到來以前。主要包含CDN節點部署、DNS設置、流程演習等。對於企業來講，具有多個CDN節點是DDoS防護容量的關鍵指標。當一個機房承擔不住海量數據時，能夠經過DNS輪詢的方式，把流量引導到多個分佈節點，使用防護設備分頭處理。所以DNS的TTL值須要設置得足夠小，可以快速切換，每一個CDN節點的各類VIP設置也須要準備充分。

在虛擬化時代，各類用戶的不一樣業務共處在相同的物理機平臺，遭受DDoS攻擊的可能性愈來愈高，並且一個用戶被攻擊可能牽扯到大量的其餘用戶，危害被顯著放大，所以防護顯得尤其重要。阿里雲的虛擬化業務，平均天天遭受約20起DDoS攻擊，最大流量達到接近20Gbit/s，全部這些攻擊都在15分鐘內自動處理完成，讓客戶遠離DDoS的威脅，專心發展業務。

總地來講，對DDoS防護，主要的工做是幕後積累。臺上十分鐘，臺下十年功，沒有充分的資源準備，沒有足夠的應急演練，沒有豐富的處理經驗，DDoS攻擊將是全部人的噩夢。