DDoS攻防补遗

去年在《凌云》杂志上写过一篇关于DDoS攻防的文章,在线版本可以到官方网站http://storage.aliyun.com/aliyun_portal_storage/lingyun/lingyun-journal-2.pdf查看。当时因为篇幅的原因有些细节没有展开,加上时间过去了大半年,出现了许多新的流行的攻击方式,所以决定写一篇补遗。

一、DRDoS攻击

DRDoS(分布式反射攻击)最早在2004年左右就出现了,安全焦点上还有一份国外的代码,可以在http://www.xfocus.net/tools/200406/717.html下载查看。当时的DRDoS攻击不具备放大流量的能力,某种意义上说类似拿冲锋枪打墙,依靠反射回来的弹壳伤人,攻击力不升反降,因而并没有流行开来。

但是从2013年开始,DRDoS已经是互联网上最流行、最吸引眼球的DDoS攻击手段了,因为它附加流量放大属性,通过史无前例的海量流量击败了如日中天的云安全公司CloudFlare,引得大小黑客纷纷仿效。

DRDoS攻击的原理是黑客伪造成受害者的IP地址,向互联网上大量开放特定服务的主机发起请求,接收到请求的那些主机根据源IP地址将响应数据包返回给受害者。整个过程中,大量的无辜主机完全不知情,成为黑客攻击的帮凶。一般来说,黑客会使用响应包远大于请求包的服务来利用,这样才可以以较小的流量换取交大的流量去攻击,几十倍的放大攻击。能利用来做放大反射攻击的服务,常见的有DNS服务、NTP服务、SNMP服务、Chargen服务等等,甚至某些online游戏服务器也被利用来参与攻击。

1.1. 基于UDP的反射攻击

CloudFlare在2013年遭受的300Gbps的攻击属于DNS反射攻击,当时导致他们全网故障。在2014年2月,它们遭受了前所未见的400Gbps的攻击,黑客使用了NTP服务进行放大。

互联网上有非常多的时间服务器,通过NTP协议提供对时服务。但是它缺乏身份认证手段,可以被任意使用。更重要的是,NTP协议有一个指令monlist可以列举出最近同步过时间的600个主机列表,如下图:

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攻击者发出的Monlist指令只有1个数据包,耗费几十个字节,而返回包多达几十个,耗费2000-3000字节甚至更大,达到约50倍的放大。越是繁忙的NTP服务器,这个放大倍数越大。

攻击者只需要100Mbps的请求流量,可以换来5Gbps的攻击流量,效率非常高。其它的DNS放大、SNMP放大、Chargen放大与NTP放大原理一致,只是使用的协议有区别,不一一描述。

1.2. 基于TCP的反射攻击

反射攻击利用的协议,一般同时具有3种特征:容易伪造源IP地址、无身份认证、响应包远大于请求包。因此,基于UDP的DNS协议、NTP协议、Chargen协议、SNMP协议成为首选。那么,是不是只有基于UDP的上层协议才能够用来做放大反射攻击,需要完成三次握手才能开始业务会话的基于TCP的上层协议就无法利用了?其实不是。

Chargen是一个常见的测试网络连通性服务,同时工作在UDP协议和TCP协议上。对于它监听的TCP端口,只要有客户端连上,就会源源不断的向客户端返回随机字符串,永不停止。可以想象,如果这个东西可以利用起来做攻击,无穷倍数的放大,是何等厉害。但是很遗憾,TCP不能伪造源IP地址,除非攻击者能够让攻击目标主动连接到Chargen的TCP端口去。

这种事情,恰好是代理协议做的事情!如果攻击目标是HTTP Proxy或者Socks5 Proxy,攻击者只需要连接上目标的代理端口,然后去访问Chargen服务并保持TCP连接不断掉就行了。以HTTP代理为例,直接连接target的3128端口,然后发出类似http://chargen_server.com:19这样的请求即可,socks5代理类似。

使用Chargen攻击代理服务器效果虽好,但是毕竟应用范围比较狭窄,一般的攻击目标都是网站。黑客的创意在这儿展露无遗,他们也有各种新奇的手法,比如利用Google的某些服务或者Wordpress之类的博客来做DDoS攻击。

Google有一个叫做FeedFetcher的爬虫,为Google Feed API提供后端支持,会定期抓取RSS以及其它各种数据,如他们的电子表格服务spreadsheet中的链接。当电子表格服务中存在内容=image(“http://example.com/image.jpg”)时,Google就会“派出”FeedFetcher爬虫去抓取这个图片并保存到缓存中以将其显示出来。

恶意攻击者会找一个较大的文件,给文件名附加上随机参数,使FeedFetcher多次抓取这个文件。也就是说,如果一个网站有一个10MB的文件,将以下列表输入到Google spreadsheet中,那么Google的爬虫就会抓取该文件1000次,使网站产生大量出站流量。

=image(“http://targetname/file.pdf?r=0″)

=image(“http://targetname/file.pdf?r=1″)

=image(“http://targetname/file.pdf?r=2″)

=image(“http://targetname/file.pdf?r=3″)

=image(“http://targetname/file.pdf?r=1000″)

如果是带宽比较小的站点,面对这种攻击时会非常痛苦。拦截会影响SEO效果,不拦截则需要付出更多的带宽租赁费用。

基于类似的原理,Wordpress博客的pingback功能也可以用来做反射攻击。PingBack是用来通知blog系统有文章被引用的一种手段。向

http://www.anywordpresssite.com/xmlrpc.php

提交POST请求, 数据格式如下:

<methodCall><methodName>pingback.ping</methodName><params><param><value><string>http://victim.com/post.php?id=1</string></value></param><param><value><string>http://www.anywordpresssite.com/pst?id=111</string></value></param></params></methodCall>, 则服务器www.anywordpresssite.com会向http://victim.com/post.php?id=1发起GET请求。如果攻击者同时向大量的开启了pingback的blog系统提交请求,则有大量的GET请求涌向攻击目标,更多的更多细节可以参见http://drops.wooyun.org/news/1062

但是就我看来,pingback这样的反射攻击意义不大,因为流量和请求次数都没有被放大,如果单纯是为了隐藏自己,可以选择通过proxy的方式发起攻击。更好的做法应该是向某个开启了pingback的blog a发送大量的POST包(这里的POST包通过代理发起),让它去ping大量的blog,然后大量的http response会同攻击者发起的POST包一起淹没blog a,这才是优雅的反射放大攻击——付出的代价是这种攻击方式仅对有pingback功能的系统起作用。

1.3. DrDoS的防御

TCP的反射攻击有可能发生,但是危害程度远不如UDP,而且发起难度较大,需要很多诡异的条件配合。因此,防御上无需做过多考虑,将目光主要集中到基于UDP的反射放大攻击。

首先,我们需要足够大的带宽,没有带宽一切都枉然。一般的,带宽可以通过CDN的方式提供,将业务分散到不同地区的不同机房。

其次,从DRDos的本质知道,这种反射攻击数据包的源端口一定是固定的,NTP放大攻击源端口一定是UDP 123端口,DNS放大攻击源端口一定是UDP 53端口。这其实是一个很好的特征,也是攻击者不愿意却不得不留下的特征——有得到就有代价。在带宽足够的情况下,可以在网络边界部署ACL策略,禁止外网进来的源端口是UDP 123的报文,禁止外网进来的源端口是UDP 161的报文,禁止外网进来的源端口是UDP 19的报文,诸如此类。源端口是UDP 53的也可以过滤?也可以的,至少大部分IP地址可以无需请求外部的DNS服务。

这里涉及到一条防御准则,可以三层过滤的不要在四层做,可以在四层做的过滤不要到七层做。越往上,解析开销越大。

二、高级SYN Flood攻防

1.4. SYN Cookie、SYN Proxy

最常见的SYN Flood防御手段是SYN Cookie和SYN Proxy,它们原理简单,而且效果也非常好。

在正常情况下,服务器端接收到客户端发送的SYN包,会分配一个连接请求块(即request_sock结构)用于保存连接信息,然后发送SYN+ACK包给客户端,并将连接请求块添加到半连接队列中,没收到最后一个ACK的话就轮询重发SYN+ACK包。

对于启用了SYN Cookie的服务器,不会这样处理,它不维持任何连接信息, 而是将源IP、目的IP、源端口、目的端口、SYN序列号等信息进行hash运算,生成一个数字称之为cookie。服务端将这个cookie作为SYN+ACK包的ACK确认号发送给客户端,然后对这个IP发过来的后续ACK包的确认号进行验算,与Cookie吻合的说明是正确的报文,正常建立连接,而攻击的报文直接没有了任何后续动作,也没有额外开销。

SYN Proxy则是管家式的防御,它站在攻击者和目标服务器之间,伪装成目标服务器对所有的SYN报文进行应答,包括攻击者在内。当三次握手正确的建立起来后,就伪装成客户端IP地址与后端的目标服务器建立三次握手,然后转发数据,需要注意的是,TCP三次握手在这里变成了6次握手,而且两个握手内的ACK号肯定不一致,需要做一个修正。

SYN Cookie可以和SYN Proxy无缝集成,协同工作,提供更好的防御服务,基本上100%无误杀。那么使用这种防御手段,付出的代价是什么?

我们可以看到,SYN Cookie和SYN Proxy对每一个SYN包都会进行答复,如果攻击者发送1Gbps的报文过来,防御方会发送1Gbps的报文回去。10Gbps就10Gbps,100Gbps就100Gbps。问题是,企业网络禁得起这种折腾么?基本上,攻击流量达到一定程度,网络不攻自溃。

1.5. 随机丢包

对于过大的反弹流量的问题,安全厂商想出了许多新的办法,那就是在答复之前做一些测试,能轻易过滤的流量就不反弹了。最主要的是随机丢包策略,直接粗暴的丢弃SYN包,按照TCP协议正常的用户会在3秒内重发这个SYN包,攻击流量的源IP是伪造的,因此直接被丢弃了没有任何后续。

这个方案看起来对SYN Cookie之类技术是一个很好的补充,但是也有一些问题。首先,正常用户的体验受到影响,访问业务的速度变慢了。其次是某些高级攻击者可以利用这个手段,绕过防御,简单的说,同样的SYN包发两次有可能被判定为正常访问。一旦被防御设备加入白名单,后续的报文就直接漏过了。

1.6. 反向探测

除了SYN Cookie、Proxy技术之外,还有一种反向探测的技术,也是颇为流行。防御设备接收到SYN包时,回复一个ACK确认号错误的SYN+ACK报文。按照协议,客户端会发一个RST报文过来重置连接。攻击者一般是伪造源IP地址,没有人会帮他做这个应答,SYN包被直接过滤掉。

这个方案,在实际环境中会遇到一些问题。某些防火墙设备,包括iptables,会过滤掉ACK号错误的SYN+ACK包,导致正常用户的RST包发不过来而导致被误杀。因此,考虑到稳定可靠,防御设备回复的SYN+ACK包的ACK确认号需要满足某些特征,比如小于或者等于SYN确认号。

对于攻击者而言,他们可以通过tcp ping的方式扫描到真实存活的主机列表,然后使用这些IP地址作为源IP地址发起攻击,可以有效绕过这种防御手段。虽然一般的攻击是要伪造不存在的源IP以达到更好的效果,但是这里则要反其道而行之。

三、总结

总之,DDoS的防御和攻击都是一件非常精巧的事情。要优雅的攻击,优雅的防御。各种手法有符合常规的,也有要违背常规的。运用之妙,存乎一心。

四、后记

NTP攻击的图片来自网络,更多细节可以参见:

http://www.prolexic.com/kcresources/white-paper/white-paper-snmp-ntp-chargen-reflection-attacks-drdos/An_Analysis_of_DrDoS_SNMP-NTP-CHARGEN_Reflection_Attacks_White_Paper_A4_042913.pdf

基于Google的攻击来自freebuf,参见:

http://www.freebuf.com/articles/web/28273.html

原文来自阿里云产品博客

http://blog.aliyun.com/250

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