關於網站的SYN_RECV(SYN_RECEIVED)***的防範措施

時間  2021-01-19
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SYN ***是最多見又最容易被利用的一種***手法。相信不少人還記得2000年YAHOO網站遭受的***事例，當時***利用的就是簡單而有效的SYN***，有些 網絡蠕蟲病毒配合SYN***形成更大的破壞。本文介紹SYN***的基本原理、工具及檢測方法，並全面探討SYN***防範技術。

1、TCP握手協議
在TCP/IP協議中，TCP協議提供可靠的鏈接服務，採用三次握手創建一個鏈接。
第一次握手：創建鏈接時，客戶端發送syn包(syn=j)到服務器，並進入SYN_SEND狀態，等待服務器確認；
第二次握手：服務器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=j+1），同時本身也發送一個SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時服務器進入SYN_RECV狀態；
第三次握手：客戶端收到服務器的SYN＋ACK包，向服務器發送確認包ACK(ack=k+1)，此包發送完畢，客戶端和服務器進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手。

(TCP 鏈接示意圖)

(TCP 關閉示意圖)

完成三次握手，客戶端與服務器開始傳送數據，在上述過程當中，還有一些重要的概念：
未鏈接隊列： 在三次握手協議中，服務器維護一個未鏈接隊列，該隊列爲每一個客戶端的SYN包（syn=j）開設一個條目，該條目代表服務器已收到SYN包，並向客戶發出 確認，正在等待客戶的確認包。這些條目所標識的鏈接在服務器處於Syn_RECV狀態，當服務器收到客戶的確認包時，刪除該條目，服務器進入 ESTABLISHED狀態。

Backlog參數：表示未鏈接隊列的最大容納數目。

SYN-ACK 重傳次數:　服務器發送完SYN－ACK包，若是未收到客戶確認包，服務器進行首次重傳，等待一段時間仍未收到客戶確認包，進行第二次重傳，若是重傳次數超過系統規定的最大重傳次數，系統將該鏈接信息從半鏈接隊列中刪除。注意，每次重傳等待的時間不必定相同。

半鏈接存活時間：是指半鏈接隊列的條目存活的最長時間，也即服務從收到SYN包到確認這個報文無效的最長時間，該時間值是全部重傳請求包的最長等待時間總和。有時咱們也稱半鏈接存活時間爲Timeout時間、SYN_RECV存活時間。

2、SYN***的基本原理
        SYN***屬於DOS***的一種，它利用TCP協議缺陷，經過發送大量的半鏈接請求，耗費CPU和內存資源。SYN***除了能影響主機外，還能夠危 害路由器、防火牆等網絡系統，事實上SYN***並無論目標是什麼系統，只要這些系統打開TCP服務就能夠實施。
        從上圖可看到，服務器接收到鏈接請求（syn= j），將此信息加入未鏈接隊列，併發送請求包給客戶（syn=k,ack=j+1），此時進入SYN_RECV狀態。當服務器未收到客戶端的確認包時，重 發請求包，一直到超時，纔將此條目從未鏈接隊列刪除。配合IP欺騙，SYN***能達到很好的效果，一般，客戶端在短期內僞造大量不存在的IP地址，向服 務器不斷地發送syn包，服務器回覆確認包，並等待客戶的確認，因爲源地址是不存在的，服務器須要不斷的重發直至超時，這些僞造的SYN包將長時間佔用未 鏈接隊列，正常的SYN請求被丟棄，目標系統運行緩慢，嚴重者引發網絡堵塞甚至系統癱瘓。

3、SYN***工具
        SYN***實現起來很是的簡單，互聯網上有大量現成的SYN***工具。

windows系統下的SYN工具
以 synkill.exe爲例，運行工具，選擇隨機的源地址和源端囗，並填寫目標機器地址和TCP端囗，激活運行，很快就會發現目標系統運行緩慢。若是*** 效果不明顯，多是目標機器並未開啓所填寫的TCP端囗或者防火牆拒絕訪問該端囗，此時可選擇容許訪問的TCP端囗，一般，windows系統開放 tcp139端囗，UNIX系統開放tcp七、2一、23等端囗。

4、檢測SYN***
        檢測SYN***很是的方便，當你在服務器上看到大量的半鏈接狀態時，特別是源IP地址是隨機的，基本上能夠判定這是一次SYN***。咱們使用系統自帶的netstat 工具來檢測SYN***：
html

  1. 　　# netstat -n -p TCP
    linux

  2. 　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　124.173.152.8:25882　 SYN_RECV　-
    windows

  3. 　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　236.15.133.204:2577　 SYN_RECV　-
    安全

  4. 　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　127.160.6.129:51748　 SYN_RECV　-
    bash

  5. 　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　222.220.13.25:47393　 SYN_RECV　-
    服務器

  6. 　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　212.200.204.182:60427 SYN_RECV　-
    cookie

  7. 　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　232.115.18.38:278　　 SYN_RECV　-
    網絡

  8. 　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　239.116.95.96:5122　　SYN_RECV　-
    併發

  9. 　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　236.219.139.207:49162 SYN_RECV　-less

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        上面是在LINUX系統中看到的，不少鏈接處於SYN_RECV狀態（在WINDOWS系統中是SYN_RECEIVED狀態），源IP地址都是隨機的（也多是同一個IP的不少SYN＿RECV鏈接狀態），代表這是一種帶有IP欺騙的SYN***。
咱們也能夠經過下面的命令直接查看在LINUX環境下某個端囗的未鏈接隊列的條目數：

  1. 　　＃netstat –atun | grep SYN_RECV | grep :80 | wc -l

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        顯示TCP端囗80的未鏈接數請求及個數，雖然還遠達不到系統極限，但應該引發管理員的注意。

5、SYN***防範技術
        關於SYN***防範技術，人們研究得比較早。概括起來，主要有兩大類，一類是經過防火牆、路由器等過濾網關防禦，另外一類是經過加固TCP/IP協議棧防範.但必須清楚的是，SYN***不能徹底被阻止，咱們所作的是儘量的減輕SYN***的危害，除非將TCP協議從新設計。

1、過濾網關防禦
        這裏，過濾網關主要指明防火牆，固然路由器也能成爲過濾網關。防火牆部署在不一樣網絡之間，防範外來非法***和防止保密信息外泄，它處於客戶端和服務 器之間，利用它來防禦SYN***能起到很好的效果。過濾網關防禦主要包括超時設置，SYN網關和SYN代理三種。

■ 網關超時設置：防火牆設置SYN轉發超時參數（狀態檢測的防火牆可在狀態表裏面設置），該參數遠小於服務器的timeout時間。當客戶端發送完SYN 包，服務端發送確認包後（SYN＋ACK），防火牆若是在計數器到期時還未收到客戶端的確認包（ACK），則往服務器發送RST包，以使服務器從隊列中刪 去該半鏈接。值得注意的是，網關超時參數設置不宜太小也不宜過大，超時參數設置太小會影響正常的通信，設置太大，又會影響防範SYN***的效果，必須根據 所處的網絡應用環境來設置此參數。

■SYN 網關：SYN網關收到客戶端的SYN包時，直接轉發給服務器；SYN網關收到服務器的SYN/ACK包後，將該包轉發給客戶端，同時以客戶端的名義給服務 器發ACK確認包。此時服務器由半鏈接狀態進入鏈接狀態。當客戶端確認包到達時，若是有數據則轉發，不然丟棄。事實上，服務器除了維持半鏈接隊列外，還要 有一個鏈接隊列，若是發生SYN***時，將使鏈接隊列數目增長，但通常服務器所能承受的鏈接數量比半鏈接數量大得多，因此這種方法能有效地減輕對服務器的 ***。

■SYN 代理：當客戶端SYN包到達過濾網關時，SYN代理並不轉發SYN包，而是以服務器的名義主動回覆SYN/ACK包給客戶，若是收到客戶的ACK 包，代表這是正常的訪問，此時防火牆向服務器發送ACK包並完成三次握手。SYN代理事實上代替了服務器去處理SYN***，此時要求過濾網關自身具備很強 的防範SYN***能力。

2、加固tcp/ip協議棧
        防範SYN***的另外一項主要技術是調整tcp/ip協議棧，修改tcp協議實現。主要方法有SynAttackProtect保護機制、SYN cookies技術、增長最大半鏈接和縮短超時時間等。tcp/ip協議棧的調整可能會引發某些功能的受限，管理員應該在進行充分了解和測試的前提下進行此項工做。

■　SynAttackProtect機制 (針對windows操做系統)
        爲防範SYN***，win2000系統的tcp/ip協議棧內嵌了SynAttackProtect機制，Win2003系統也採用此機制。 SynAttackProtect機制是經過關閉某些socket選項，增長額外的鏈接指示和減小超時時間，使系統能處理更多的SYN鏈接，以達到防範 SYN***的目的。默認狀況下，Win2000操做系統並不支持SynAttackProtect保護機制，須要在註冊表如下位置增長 SynAttackProtect鍵值：　　

  1. HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters

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       當SynAttackProtect值（如無特別說明，本文提到的註冊表鍵值都爲十六進制）爲0或不設置時，系統不受SynAttackProtect保護。
        當SynAttackProtect值爲1時，系統經過減小重傳次數和延遲未鏈接時路由緩衝項（route cache entry）防範SYN***。
        當SynAttackProtect值爲2時（Microsoft推薦使用此值），系統不只使用backlog隊列，還使用附加的半鏈接指示，以此來處理更多的SYN鏈接，使用此鍵值時，tcp/ip的TCPInitialRTT、window size和可滑動窗囗將被禁止。

        咱們應該知道，平時，系統是不啓用SynAttackProtect機制的，僅在檢測到SYN***時，才啓用，並調整tcp/ip協議棧。那麼系統 是如何檢測SYN***發生的呢？事實上，系統根據TcpMaxHalfOpen,TcpMaxHalfOpenRetried 和TcpMaxPortsExhausted三個參數判斷是否遭受SYN***。

        TcpMaxHalfOpen 表示能同時處理的最大半鏈接數，若是超過此值，系統認爲正處於SYN***中。Win2000　server默認值爲100，Win2000　Advanced server爲500。
        TcpMaxHalfOpenRetried定義了保存在backlog隊列且重傳過的半鏈接數，若是超過此值，系統自動啓動 SynAttackProtect機制。Win2000　server默認值爲80，Win2000 Advanced server爲400。
        TcpMaxPortsExhausted　是指系統拒絕的SYN請求包的數量，默認是5。
        若是想調整以上參數的默認值，能夠在註冊表裏修改（位置與SynAttackProtect相同）

■ SYN cookies技術
        咱們知道，TCP協議開闢了一個比較大的內存空間backlog隊列來存儲半鏈接條目，當SYN請求不斷增長，並這個空間，導致系統丟棄SYN鏈接。爲使半鏈接隊列被塞滿的狀況下，服務器仍能處理新到的SYN請求，SYN cookies技術被設計出來。
        SYN cookies應用於linux、FreeBSD等操做系統，當半鏈接隊列滿時，SYN cookies並不丟棄SYN請求，而是經過加密技術來標識半鏈接狀態。
        在TCP實現中，當收到客戶端的SYN請求時，服務器須要回覆SYN＋ACK包給客戶端，客戶端也要發送確認包給服務器。一般，服務器的初始序列號 由服務器按照必定的規律計算獲得或採用隨機數，但在SYN cookies中，服務器的初始序列號是經過對客戶端IP地址、客戶端端囗、服務器IP地址和服務器端囗以及其餘一些安全數值等要素進行hash運算，加 密獲得的，稱之爲cookie。當服務器遭受SYN***使得backlog隊列滿時，服務器並不拒絕新的SYN請求，而是回覆cookie（回覆包的 SYN序列號）給客戶端，若是收到客戶端的ACK包，服務器將客戶端的ACK序列號減去1獲得cookie比較值，並將上述要素進行一次hash運算，看 看是否等於此 cookie。若是相等，直接完成三次握手（注意：此時並不用查看此鏈接是否屬於backlog隊列）。

在RedHat linux中，啓用SYN cookies是經過在啓動環境中設置如下命令來完成：

  1. 　　# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies

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注：也能夠經過修改其它參數，或者使用/proc/sys/net/ipv4/netfilter/ip_contrack_*

■ 增長最大半鏈接數(加大未鏈接隊列空間)
        大量的SYN請求致使未鏈接隊列被塞滿，使正常的TCP鏈接沒法順利完成三次握手，經過增大未鏈接隊列空間能夠緩解這種壓力。固然backlog隊列須要佔用大量的內存資源，不能被無限的擴大。

        WIN2000：除了上面介紹的TcpMaxHalfOpen, TcpMaxHalfOpenRetried參數外，WIN2000操做系統能夠經過設置動態backlog(dynamic backlog)來增大系統所能容納的最大半鏈接數，配置動態backlog由AFD.SYS驅動完成，AFD.SYS是一種內核級的驅動，用於支持基於 window socket的應用程序，好比ftp、telnet等。AFD.SYS在註冊表的位置：

  1. HKLM\System\CurrentControlSet\Services\AFD\Parameters

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       EnableDynamicBacklog值爲1時，表示啓用動態backlog，能夠修改最大半鏈接數。　
        MinimumDynamicBacklog表示半鏈接隊列爲單個TCP端囗分配的最小空閒鏈接數，當該TCP端囗在backlog隊列的空閒鏈接小於此臨界值時，系統爲此端囗自動啓用擴展的空閒鏈接（DynamicBacklogGrowthDelta），Microsoft推薦該值爲20。
        MaximumDynamicBacklog是當前活動的半鏈接和空閒鏈接的和，當此和超過某個臨界值時，系統拒絕SYN包，Microsoft推薦MaximumDynamicBacklog值不得超過2000。
        DynamicBacklogGrowthDelta值 是指擴展的空閒鏈接數，此鏈接數並不計算在MaximumDynamicBacklog內，當半鏈接隊列爲某個TCP端囗分配的空閒鏈接小於 MinimumDynamicBacklog時，系統自動分配 DynamicBacklogGrowthDelta所定義的空閒鏈接空間，以使該TCP端囗能處理更多的半鏈接。Microsoft推薦該值爲10。

        LINUX：Linux用變量tcp_max_syn_backlog定義backlog隊列容納的最大半鏈接數。在Redhat 7.3中，該變量的值默認爲256，在AS中，是1024。這個值是遠遠不夠的，一次強度不大的SYN***就能使半鏈接隊列佔滿。咱們能夠經過如下命令修改此變量的值：

  1. 　　# sysctl -w net.ipv4.tcp_max_syn_backlog="2048"

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        Sun Solaris Sun Solaris:用變量tcp_conn_req_max_q0來定義最大半鏈接數，在Sun Solaris 8中，該值默認爲1024，能夠經過add命令改變這個值：

  1. 　　# ndd -set /dev/tcp tcp_conn_req_max_q0 2048

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        HP-UX：HP-UX用變量tcp_syn_rcvd_max來定義最大半鏈接數，在HP-UX　11.00中，該值默認爲500，能夠經過ndd命令改變默認值：

  1. 　　＃ndd -set /dev/tcp tcp_syn_rcvd_max 2048

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■縮短超時時間
        上文提到，經過增大backlog隊列能防範SYN***；另外減小超時時間也使系統能處理更多的SYN請求。咱們知道，timeout超時時間，也 即半鏈接存活時間，是系統全部重傳次數等待的超時時間總和，這個值越大，半鏈接數佔用backlog隊列的時間就越長，系統能處理的SYN請求就越少。爲 縮短超時時間，能夠經過縮短重傳超時時間（通常是第一次重傳超時時間）和減小重傳次數來實現。

       Win2000第一次重傳以前等待時間默認爲3秒，爲改變此默認值，能夠經過修改網絡接口在註冊表裏的TcpInitialRtt註冊值來完成。重傳次數由TcpMaxConnectResponseRetransmissions 來定義，註冊表的位置是：

  1. HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters


複製代碼

      固然咱們也能夠把重傳次數設置爲0次，這樣服務器若是在3秒內還未收到ack確認包就自動從backlog隊列中刪除該鏈接條目。

       LINUX：Redhat使用變量tcp_synack_retries定義重傳次數，其默認值是5次，總超時時間須要3分鐘。

  1. # sysctl -w net.ipv4.tcp_synack_retries="0"

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       Sun Solaris Solaris:　默認的重傳次數是3次，總超時時間爲3分鐘，能夠經過ndd命令修改這些默認值。

綜合上述的方法：在linux下能夠經過修改/etc/ sysctl.conf，添加下列選項達到效果。

  1. ## add by geminis for syn crack

  2. net.ipv4.tcp_syncookies = 1

  3. net.ipv4.tcp_max_syn_backlog="2048"

  4. net.ipv4.tcp_synack_retries="1"

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更多設置參考：sysctl.conf

六．編寫bash腳本進行防範(個人方法是統計同一個IP的狀態包並處理)


  2. #!/bin/sh


  4. ## 定義變量

  5. MAX_TOTAL_SYN_RECV="1000"

  6. MAX_PER_IP_SYN_RECV="20"

  7. MARK="SYN_RECV"

  8. PORT="80"

  9. LOGFILE="/var/log/netstat_$MARK-$PORT"

  10. LOGFILE_IP="/var/log/netstat_connect_ip.log"

  11. DROP_IP_LOG="/var/log/netstat_syn_drop_ip.log"


  13. ## iptables初始化，拒絕非法包和不明狀態的包，容許請求包和已經鏈接的包進入

  14. iptables -F -t filter

  15. iptables -A INPUT -p TCP ! --syn -m state --state NEW -j DROP

  16. iptables -A INPUT -p ALL -m state --state INVALID -j DROP

  17. iptables -A INPUT -p ALL -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT


  19. ## 初始化變量

  20. if [ -z $MARK ];then

  21.     MARK="LISTEN"

  22. fi

  23. if [ -z $PORT ];then

  24.     SPORT="tcp"

  25. else

  26.     SPORT=":$PORT"

  27. fi


  29. ######################## end

  30. ## 保存netstat結果到指定記錄文件中便於分析


  32. netstat -atun|grep $MARK|grep $SPORT 2>/dev/null >$LOGFILE

  33. REPEAT_CONNECT_IP=`less $LOGFILE|awk '{print $5}'|cut -f1 -d ':'|sort|uniq -d |tee > $LOGFILE_IP`


  35. ## 若是IP記錄文件不爲空，則從原來的記錄文件中讀取記錄並添加規則

  36. if [ -s $DROP_IP_LOG ];then

  37.     for i in `less $DROP_IP_LOG|awk '{print $1}'`;do

  38.         /sbin/iptables -A INPUT -p ALL -s $i -j DROP

  39.     done

  40. fi

  41. for i in `less $LOGFILE_IP`;do

  42.     ##　統計同一個IP在在的SYN＿RECV狀態

  43.     REPEAT_CONNECT_NUM=`grep $i $LOGFILE|wc -l`

  44.     ## 若是超過了預設的同一個IP的鏈接數，就拒絕此IP的鏈接包進入

  45.     if [ $REPEAT_CONNECT_NUM -gt $MAX_PER_IP_SYN_RECV ];then

  46.         echo "$i $REPEAT_CONNECT_NUM" >> $DROP_IP_LOG

  47.         iptables -A INPUT -p ALL -s $i -j DROP

  48.     fi

  49. done


  51. ## 統計全部狀態爲SYN＿RECV狀態的數據包，若是數量超過預設，就重置狀態。

  52. ALL_CONNECT=`uniq -u $LOGFILE|wc -l`

  53. echo $ALL_CONNECT

  54. ## count repeat connections ,if the accout is large than default number,then drop packages

  55. if [ $ALL_CONNECT -gt $MAX_TOTAL_SYN_RECV ];then

  56.     echo $ALL_CONNECT

  57.     exit

  58. fi

複製代碼



修改iptables

  1. iptables -A INPUT -p tcp --syn -m limit --limit 1/s -j ACCEPT

  2. iptables -A INPUT -p tcp --tcp-flags SYN,ACK,FIN,RST RST -m limit --limit 1/s -j ACCEPT

  3. iptables -A INPUT -p icmp --icmp-type echo-request -m limit --limit 1/s -j ACCEPT

  4. echo 2048 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog

  5. echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries

  6. echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syn_retries

  7. echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies

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查詢某ip併發鏈接數

  1. netstat -na|grep SYN|awk '{print $5}'|awk -F: '{print $1}'|sort|uniq -c|sort -r

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統計SYN_RECV

  1. netstat -na |grep SYN_RECV |grep 80 |wc -l

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查看各個狀態總數

  1. netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'

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sysctl內核( /etc/ sysctl.conf )

  1. net.ipv4.ip_forward = 0

  2. net.ipv4.conf.default.rp_filter = 1

  3. net.ipv4.conf.default.accept_source_route = 0

  4. kernel.sysrq = 0

  5. kernel.core_uses_pid = 1

  6. net.ipv4.tcp_syncookies = 1

  7. kernel.msgmnb = 65536

  8. kernel.msgmax = 65536

  9. kernel.shmmax = 68719476736

  10. kernel.shmall = 4294967296

  11. net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 65536

  12. net.core.netdev_max_backlog = 32768

  13. net.core.somaxconn = 32768

  14. net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 5000

  15. net.core.wmem_default = 8388608

  16. net.core.rmem_default = 8388608

  17. net.core.rmem_max = 16777216

  18. net.core.wmem_max = 16777216

  19. net.ipv4.tcp_rmem = 4096 87380 16777216

  20. net.ipv4.tcp_wmem = 4096 65536 16777216

  21. net.ipv4.tcp_timestamps = 0

  22. net.ipv4.tcp_synack_retries = 2

  23. net.ipv4.tcp_syn_retries = 2

  24. net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1

  25. net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

  26. net.ipv4.tcp_mem = 196608 262144 393216

  27. net.ipv4.tcp_max_orphans = 3276800

  28. net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

  29. net.ipv4.tcp_keepalive_time = 120

  30. net.ipv4.ip_local_port_range = 1024  65535

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