ＳＹＮ ｆｌｏｏｄ网络攻击的原理及其防御方法

陈小中

[摘 要]:网络技术的发展,由于网络协议自身特点,常导致相关安全问题,本文主要在分析SYN Flood攻击的基本原理的同时,详细地描述了目前比较有效的一种御措施:地址状态监控技术。

[关键词]:SYN Flood攻击 拒绝服务攻击 原理 防御方法

一、SYN Flood攻击介绍

拒绝服务攻击(Denial of Service,DoS)是目前比较有效而又非常难于防御的一种网络攻击方式,它的目的就是使服务器不能够为正常访问的用户提供服务。所以,DoS对一些紧密依靠互联网开展业务的企业和组织带来了致命的威胁。SYN Flood是最为有效和流行的一种DoS攻击形式,它利用TCP三次握手协议的缺陷,向目标主机发送大量的伪造源地址的SYN连接请求,消耗目标主机的资源,从而不能够为正常用户提供服务。

1.TCP连接建立的过程

要掌握SYN Flood攻击的基本原理,必须先了解TCP的三次握手机制。

TCP三次握手过程如下:

(1)客户端向服务器端发送一个SYN置位的TCP同步报文,包含客户端使用的端口号和初始序列号A;

(2)服务器端收到客户端发送来的SYN报文后,向客户端发送一个SYN和ACK报文,包含确认号为A+1和服务器的初始序列号B;

(3)TCP客户端。客户端收到服务器返回的SYN+ACK报文后,向服务器返回一个确认号为B+1序号为A+1的ACK报文,TCP连接建立完成。如图1所示:

在SYN Flood攻击中,黑客机器向受害主机发送大量伪造源地址的TCP SYN报文,受害主机分配必要的资源,然后向源地址返回SYN+ACK包,并等待源端返回ACK包,如图2所示,由于源地址是伪造的,源端永远都不会返回ACK报文,受害主机继续发送SYN+ACK包,并将半连接放入端口的积压队列中,虽然一般的主机都有超时机制和默认的重传次数,但是由于端口的半连接队列的长度是有限的,如果不断的向受害主机发送大量的TCP SYN报文,半连接队列就会很快填满,服务器拒绝新的连接,这样将导致该端口无法响应其他机器进行的正常请求,最终使受害主机的资源耗尽而瘫痪。

二、地址状态监控的解决方法

地址状态监控的解决方法是利用监控工具对网络中的有关TCP连接的数据包进行监控,并对监听到的数据包进行处理。处理的主要依据是连接请求的源地址。

每个源地址都有一个状态与之对应,总共有四种状态:

初态:任何源地址刚开始的状态;

NEW状态:第一次出现或出现多次也不能断定存在的源地址的状态;

GOOD状态:断定存在的源地址所处的状态;

BAD状态:源地址不存在或不可达时所处的状态。

具体的动作和状态转换根据TCP头中的位码值决定:

1.监听到SYN包,如果源地址是第一次出现,则置该源地址的状态为NEW状态;如果是NEW状态或BAD状态;则将该包的RST位置1然后重新发出去,如果是GOOD状态不作任何处理。

2.监听到ACK或RST包,如果源地址的状态为NEW状态,则转为GOOD状态;如果是GOOD状态则不变;如果是BAD状态则转为NEW状态;如果是BAD状态则转为NEW状态。

3.监听到从服务器来的SYN ACK报文(目的地址为addr),表明服务器已经为从addr发来的连接请求建立了一个半连接,为防止建立的半连接过多,向服务器发送一个ACK包,建立连接,同时,开始计时,如果超时,还未收到ACK报文,证明addr不可达,如果此时addr的状态为GOOD则转为NEW状态;如果addr的状态为NEW状态则转为BAD状态;如果为addr的状态为BAD状态则不变。

下面介绍基于地址状态监控的方法如何防御SYN Flood攻击:

1.对于一个伪造源地址的SYN报文,若源地址第一次出现,则源地址的状态为NEW状态,当监听到服务器的SYN+ACK报文,表明服务器已经为该源地址的连接请求建立了半连接。此时,监控程序代源地址发送一个ACK报文完成连接。这样,半连接队列中的半连接数不是很多。计时器开始计时,由于源地址是伪造的,所以不会收到ACK报文,超时后,监控程序发送RST数据包,服务器释放该连接,该源地址的状态转为BAD状态。之后,对于每一个来自该源地址的SYN报文,监控程序都会主动发送一个RST报文。

2.对于一个合法的SYN报文,若源地址第一次出现,则源地址的状态为NEW状态,服务器响应请求,发送SYN+ACK报文,监控程序发送ACK报文,连接建立完毕。之后,来自客户端的ACK很快会到达,该源地址的状态转为GOOD状态。服务器可以很好的处理重复到达的ACK包。

通过以上分析,基于监控的方法可以很好地防御SYN Flood攻击,而不影响正常用户的连接。

参考文献:

[1]范建华译. TCP/IP详解卷1:协议.机械工业出版社,2000,4.