Linux SYN攻击原理及措施解决

SYN攻击原理图:

TCP在传递数据前需要经过三次握手,SYN攻击的原理就是向服务器发送SYN数据包,并伪造源IP地址。

服务器在收到SYN数据包时,会将连接加入backlog队列,并向源IP发送SYN-ACK数据包,并等待ACK数据包,以完成三次握手建立连接。

由于源IP地址是伪造的不存在主机IP,所以服务器无法收到ACK数据包,并会不断重发,同时backlog队列被不断被攻击的SYN连接占满,导致无法处理正常的连接。
SYN攻击的应对措施

针对SYN攻击的几个环节,提出相应的处理方法:

方式1:减少SYN-ACK数据包的重发次数(默认是5次):
sysctl -w net.ipv4.tcp_synack_retries=3
sysctl -w net.ipv4.tcp_syn_retries=3

方式2:使用SYN Cookie技术:
sysctl -w net.ipv4.tcp_syncookies=1

方式3:增加backlog队列(默认是1024):
sysctl -w net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=2048

方式4:限制SYN并发数:
iptables -A INPUT -p tcp --syn -m limit --limit 1/s -j ACCEPT --limit 1/s

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SYN 攻击原理以及防范技术

据统计,在所有黑客攻击事件中,SYN攻击是最常见又最容易被利用的一种攻击手法。相信很多人还记得2000年YAHOO网站遭受的 攻击事例,当时黑客利用的就是简单而有效的SYN攻击,有些网络蠕虫病毒配合SYN攻击造成更大的破坏。本文介绍SYN攻击的基本原理、工具及检测方法, 并全面探讨SYN攻击防范技术。

据统计,在所有黑客攻击事件中,SYN攻击是最常见又最容易被利用的一种攻击手法。相信很多人还记得2000年YAHOO网站遭受的攻击事例,当时 黑客利用的就是简单而有效的SYN攻击,有些网络蠕虫病毒配合SYN攻击造成更大的破坏。本文介绍SYN攻击的基本原理、工具及检测方法,并全面探讨 SYN攻击防范技术。

一、TCP握手协议

在TCP/IP协议中,TCP协议提供可靠的连接服务,采用三次握手建立一个连接。

第一次握手:建立连接时,客户端发送syn包(syn=j)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认;

第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态;

第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。

完成三次握手,客户端与服务器开始传送数据,在上述过程中,还有一些重要的概念:

未连接队列:在三次握手协议中,服务器维护一个未连接队列,该队列为每个客户端的SYN包(syn=j)开设一个条目,该条目表明服务器已收到 SYN包,并向客户发出确认,正在等待客户的确认包。这些条目所标识的连接在服务器处于Syn_RECV状态,当服务器收到客户的确认包时,删除该条目, 服务器进入ESTABLISHED状态。
Backlog参数:表示未连接队列的最大容纳数目。

SYN-ACK 重传次数 服务器发送完SYN-ACK包,如果未收到客户确认包,服务器进行首次重传,等待一段时间仍未收到客户确认包,进行第二次重传,如果重传次数超 过系统规定的最大重传次数,系统将该连接信息从半连接队列中删除。注意,每次重传等待的时间不一定相同。

半连接存活时间:是指半连接队列的条目存活的最长时间,也即服务从收到SYN包到确认这个报文无效的最长时间,该时间值是所有重传请求包的最长等待时间总和。有时我们也称半连接存活时间为Timeout时间、SYN_RECV存活时间。

二、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CPU和内存资源。SYN攻击除了能影响主机外,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。从上图可看到,服务器接收到连接请求 (syn=j),将此信息加入未连接队列,并发送请求包给客户(syn=k,ack=j+1),此时进入SYN_RECV状态。当服务器未收到客户端的确 认包时,重发请求包,一直到超时,才将此条目从未连接队列删除。配合IP欺骗,SYN攻击能达到很好的效果,通常,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。

三、SYN攻击工具

SYN攻击实现起来非常的简单,互联网上有大量现成的SYN攻击工具。

1、windows系统下的SYN工具

以synkill.exe为例,运行工具,选择随机的源地址和源端囗,并填写目标机器地址和TCP端囗,激活运行,很快就会发现目标系统运行缓慢。 如果攻击效果不明显,可能是目标机器并未开启所填写的TCP端囗或者防火墙拒绝访问该端囗,此时可选择允许访问的TCP端囗,通常,windows系统开 放tcp139端囗,UNIX系统开放tcp7、21、23等端囗。

四、检测SYN攻击

检测SYN攻击非常的方便,当你在服务器上看到大量的半连接状态时,特别是源IP地址是随机的,基本上可以断定这是一次SYN攻击。我们使用系统自带的netstat 工具来检测SYN攻击:

# netstat -n -p TCP
tcp 0  0 10.11.11.11:23124.173.152.8:25882  SYN_RECV -
tcp 0  0 10.11.11.11:23236.15.133.204:2577  SYN_RECV -
tcp 0  0 10.11.11.11:23127.160.6.129:51748  SYN_RECV -
tcp 0  0 10.11.11.11:23222.220.13.25:47393  SYN_RECV -
tcp 0  0 10.11.11.11:23212.200.204.182:60427 SYN_RECV -
tcp 0  0 10.11.11.11:23232.115.18.38:278 SYN_RECV -
tcp 0  0 10.11.11.11:23239.116.95.96:5122SYN_RECV -
tcp 0  0 10.11.11.11:23236.219.139.207:49162 SYN_RECV -
...  

上面是在LINUX系统中看到的,很多连接处于SYN_RECV状态(在WINDOWS系统中是SYN_RECEIVED状态),源IP地址都是随机的,表明这是一种带有IP欺骗的SYN攻击。

我们也可以通过下面的命令直接查看在LINUX环境下某个端囗的未连接队列的条目数:

#netstat -n -p TCP   grep SYN_RECV   grep :22   wc -l 324

显示TCP端囗22的未连接数有324个,虽然还远达不到系统极限,但应该引起管理员的注意。

五、SYN攻击防范技术

关于SYN攻击防范技术,人们研究得比较早。归纳起来,主要有两大类,一类是通过防火墙、路由器等过滤网关防护,另一类是通过加固TCP/IP协议 栈防范.但必须清楚的是,SYN攻击不能完全被阻止,我们所做的是尽可能的减轻SYN攻击的危害,除非将TCP协议重新设计。

1、过滤网关防护

这里,过滤网关主要指明防火墙,当然路由器也能成为过滤网关。防火墙部署在不同网络之间,防范外来非法攻击和防止保密信息外泄,它处于客户端和服务器之间,利用它来防护SYN攻击能起到很好的效果。过滤网关防护主要包括超时设置,SYN网关和SYN代理三种。

■网关超时设置:

防火墙设置SYN转发超时参数(状态检测的防火墙可在状态表里面设置),该参数远小于服务器的timeout时间。当客户端发送完SYN包,服务端 发送确认包后(SYN+ACK),防火墙如果在计数器到期时还未收到客户端的确认包(ACK),则往服务器发送RST包,以使服务器从队列中删去该半连 接。值得注意的是,网关超时参数设置不宜过小也不宜过大,超时参数设置过小会影响正常的通讯,设置太大,又会影响防范SYN攻击的效果,必须根据所处的网 络应用环境来设置此参数。

■SYN网关:

SYN网关收到客户端的SYN包时,直接转发给服务器;SYN网关收到服务器的SYN/ACK包后,将该包转发给客户端,同时以客户端的名义给服务 器发ACK确认包。此时服务器由半连接状态进入连接状态。当客户端确认包到达时,如果有数据则转发,否则丢弃。事实上,服务器除了维持半连接队列外,还要 有一个连接队列,如果发生SYN攻击时,将使连接队列数目增加,但一般服务器所能承受的连接数量比半连接数量大得多,所以这种方法能有效地减轻对服务器的 攻击。

■SYN代理:

当客户端SYN包到达过滤网关时,SYN代理并不转发SYN包,而是以服务器的名义主动回复SYN/ACK包给客户,如果收到客户的ACK包,表明 这是正常的访问,此时防火墙向服务器发送ACK包并完成三次握手。SYN代理事实上代替了服务器去处理SYN攻击,此时要求过滤网关自身具有很强的防范 SYN攻击能力。

2、加固tcp/ip协议栈

防范SYN攻击的另一项主要技术是调整tcp/ip协议栈,修改tcp协议实现。主要方法有SynAttackProtect保护机制、SYN cookies技术、增加最大半连接和缩短超时时间等。tcp/ip协议栈的调整可能会引起某些功能的受限,管理员应该在进行充分了解和测试的前提下进行 此项工作。

■SynAttackProtect机制

为防范SYN攻击,win2000系统的tcp/ip协议栈内嵌了SynAttackProtect机制,Win2003系统也采用此机制。 SynAttackProtect机制是通过关闭某些socket选项,增加额外的连接指示和减少超时时间,使系统能处理更多的SYN连接,以达到防范 SYN攻击的目的。默认情况下,Win2000操作系统并不支持SynAttackProtect保护机制,需要在注册表以下位置增加 SynAttackProtect键值:

HKLMSYSTEMCurrentControlSetServicesTcpipParameters

当SynAttackProtect值(如无特别说明,本文提到的注册表键值都为十六进制)为0或不设置时,系统不受SynAttackProtect保护。

当SynAttackProtect值为1时,系统通过减少重传次数和延迟未连接时路由缓冲项(route cache entry)防范SYN攻击。

当SynAttackProtect值为2时(Microsoft推荐使用此值),系统不仅使用backlog队列,还使用附加的半连接指示,以此 来处理更多的SYN连接,使用此键值时,tcp/ip的TCPInitialRTT、window size和可滑动窗囗将被禁止。

我们应该知道,平时,系统是不启用SynAttackProtect机制的,仅在检测到SYN攻击时,才启用,并调整tcp/ip协议栈。那么系统 是如何检测SYN攻击发生的呢?事实上,系统根据TcpMaxHalfOpen,TcpMaxHalfOpenRetried 和TcpMaxPortsExhausted三个参数判断是否遭受SYN攻击。

TcpMaxHalfOpen 表示能同时处理的最大半连接数,如果超过此值,系统认为正处于SYN攻击中。Win2000 server默认值为100,Win2000 Advanced server为500。

TcpMaxHalfOpenRetried定义了保存在backlog队列且重传过的半连接数,如果超过此值,系统自动启动SynAttackProtect机制。Win2000 server默认值为80,Win2000 Advanced server为400。

TcpMaxPortsExhausted 是指系统拒绝的SYN请求包的数量,默认是5。

如果想调整以上参数的默认值,可以在注册表里修改(位置与SynAttackProtect相同)

■ SYN cookies技术

我们知道,TCP协议开辟了一个比较大的内存空间backlog队列来存储半连接条目,当SYN请求不断增加,并这个空间,致使系统丢弃SYN连接。为使半连接队列被塞满的情况下,服务器仍能处理新到的SYN请求,SYN cookies技术被设计出来。

SYN cookies应用于linux、FreeBSD等操作系统,当半连接队列满时,SYNcookies并不丢弃SYN请求,而是通过加密技术来标识半连接状态。

在TCP实现中,当收到客户端的SYN请求时,服务器需要回复SYN+ACK包给客户端,客户端也要发送确认包给服务器。通常,服务器的初始序列号 由服务器按照一定的规律计算得到或采用随机数,但在SYN cookies中,服务器的初始序列号是通过对客户端IP地址、客户端端囗、服务器IP地址和服务器端囗以及其他一些安全数值等要素进行hash运算,加 密得到的,称之为cookie。当服务器遭受SYN攻击使得backlog队列满时,服务器并不拒绝新的SYN请求,而是回复cookie(回复包的 SYN序列号)给客户端, 如果收到客户端的ACK包,服务器将客户端的ACK序列号减去1得到cookie比较值,并将上述要素进行一次hash运算,看看是否等于此 cookie。如果相等,直接完成三次握手(注意:此时并不用查看此连接是否属于backlog队列)。

在RedHat linux中,启用SYN cookies是通过在启动环境中设置以下命令来完成:

# echo 1 ?? /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies

■ 增加最大半连接数

大量的SYN请求导致未连接队列被塞满,使正常的TCP连接无法顺利完成三次握手,通过增大未连接队列空间可以缓解这种压力。当然backlog队列需要占用大量的内存资源,不能被无限的扩大。

WIN2000:除了上面介绍的TcpMaxHalfOpen, TcpMaxHalfOpenRetried参数外,WIN2000操作系统可以通过设置动态backlog(dynamic backlog)来增大系统所能容纳的最大半连接数,配置动态backlog由AFD.SYS驱动完成,AFD.SYS是一种内核级的驱动,用于支持基于 window socket的应用程序,比如ftp、telnet等。AFD.SYS在注册表的位置:
HKLMSystemCurrentControlSetServicesAFDParametersEnableDynamicBacklog值为1时,表示启用动态backlog,可以修改最大半连接数。 

MinimumDynamicBacklog表示半连接队列为单个TCP端囗分配的最小空闲连接数,当该TCP端囗在backlog队列的空闲连接 小于此临界值时,系统为此端囗自动启用扩展的空闲连接(DynamicBacklogGrowthDelta),Microsoft推荐该值为20。

MaximumDynamicBacklog是当前活动的半连接和空闲连接的和,当此和超过某个临界值时,系统拒绝SYN包,Microsoft推荐MaximumDynamicBacklog值不得超过2000。

DynamicBacklogGrowthDelta值是指扩展的空闲连接数,此连接数并不计算在MaximumDynamicBacklog内, 当半连接队列为某个TCP端囗分配的空闲连接小于MinimumDynamicBacklog时,系统自动分配 DynamicBacklogGrowthDelta所定义的空闲连接空间,以使该TCP端囗能处理更多的半连接。Microsoft推荐该值为10。

LINUX:Linux用变量tcp_max_syn_backlog定义backlog队列容纳的最大半连接数。在Redhat 7.3中,该变量的值默认为256,这个值是远远不够的,一次强度不大的SYN攻击就能使半连接队列占满。我们可以通过以下命令修改此变量的值:

# sysctl -w net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=`2048`

Sun Solaris Sun Solaris用变量tcp_conn_req_max_q0来定义最大半连接数,在Sun Solaris 8中,该值默认为1024,可以通过add命令改变这个值:

# ndd -set /dev/tcp tcp_conn_req_max_q0 2048

HP-UX:HP-UX用变量tcp_syn_rcvd_max来定义最大半连接数,在HP-UX 11.00中,该值默认为500,可以通过ndd命令改变默认值:

#ndd -set /dev/tcp tcp_syn_rcvd_max 2048

■缩短超时时间

上文提到,通过增大backlog队列能防范SYN攻击;另外减少超时时间也使系统能处理更多的SYN请求。我们知道,timeout超时时间,也 即半连接存活时间,是系统所有重传次数等待的超时时间总和,这个值越大,半连接数占用backlog队列的时间就越长,系统能处理的SYN请求就越少。为 缩短超时时间,可以通过缩短重传超时时间(一般是第一次重传超时时间)和减少重传次数来实现。

Win2000第一次重传之前等待时间默认为3秒,为改变此默认值,可以通过修改网络接囗在注册表里的TcpInitialRtt注册值来完成。重 传次数由TcpMaxConnectResponseRetransmissions 来定义,注册表的位置是:HKLMSYSTEMCurrentControlSetServicesTcpipParameters registry key。

当然我们也可以把重传次数设置为0次,这样服务器如果在3秒内还未收到ack确认包就自动从backlog队列中删除该连接条目。

LINUX:Redhat使用变量tcp_synack_retries定义重传次数,其默认值是5次,总超时时间需要3分钟。

Sun Solaris Solaris 默认的重传次数是3次,总超时时间为3分钟,可以通过ndd命令修改这些默认值。

时间: 2024-09-25 15:37:34

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