1. DDoS攻擊基礎

DDoS（Distributed Denial of Service，分布式拒絕服務）攻擊的主要目的是讓指定目標無法提供正常服務，甚至從互聯(lián)網(wǎng)上消失，是目前最強大、最難防御的攻擊之一。

按照發(fā)起的方式，DDoS可以簡單分為三類。

第一類以力取勝，海量數(shù)據(jù)包從互聯(lián)網(wǎng)的各個角落蜂擁而來，堵塞IDC入口，讓各種強大的硬件防御系統(tǒng)、快速高效的應急流程無用武之地。這種類型的攻擊典型代表是ICMP Flood和UDP Flood，現(xiàn)在已不常見。

第二類以巧取勝，靈動而難以察覺，每隔幾分鐘發(fā)一個包甚至只需要一個包，就可以讓豪華配置的服務器不再響應。這類攻擊主要是利用協(xié)議或者軟件的漏洞發(fā)起，例如Slowloris攻擊、Hash沖突攻擊等，需要特定環(huán)境機緣巧合下才能出現(xiàn)。

第三類是上述兩種的混合，輕靈渾厚兼而有之，既利用了協(xié)議、系統(tǒng)的缺陷，又具備了海量的流量，例如SYN Flood攻擊、DNS Query Flood攻擊，是當前的主流攻擊方式。

本文將一一描述這些最常見、最具代表性攻擊方式，并介紹它們的防御方案。

1.1. SYN Flood

SYN Flood是互聯(lián)網(wǎng)上最經(jīng)典的DDoS攻擊方式之一，最早出現(xiàn)于1999年左右，雅虎是當時最著名的受害者。SYN Flood攻擊利用了TCP三次握手的缺陷，能夠以較小代價使目標服務器無法響應，且難以追查。

標準的TCP三次握手過程如下：

l 客戶端發(fā)送一個包含SYN標志的TCP報文，SYN即同步（Synchronize），同步報文會指明客戶端使用的端口以及TCP連接的初始序號；

l 服務器在收到客戶端的SYN報文后，將返回一個SYN+ACK（即確認Acknowledgement）的報文，表示客戶端的請求被接受，同時TCP初始序號自動加1；

l 客戶端也返回一個確認報文ACK給服務器端，同樣TCP序列號被加1。

經(jīng)過這三步，TCP連接就建立完成。TCP協(xié)議為了實現(xiàn)可靠傳輸，在三次握手的過程中設置了一些異常處理機制。第三步中如果服務器沒有收到客戶端的最終ACK確認報文，會一直處于SYN_RECV狀態(tài)，將客戶端IP加入等待列表，并重發(fā)第二步的SYN+ACK報文。重發(fā)一般進行3-5次，大約間隔30秒左右輪詢一次等待列表重試所有客戶端。另一方面，服務器在自己發(fā)出了SYN+ACK報文后，會預分配資源為即將建立的TCP連接儲存信息做準備，這個資源在等待重試期間一直保留。更為重要的是，服務器資源有限，可以維護的SYN_RECV狀態(tài)超過極限后就不再接受新的SYN報文，也就是拒絕新的TCP連接建立。

SYN Flood正是利用了上文中TCP協(xié)議的設定，達到攻擊的目的。攻擊者偽裝大量的IP地址給服務器發(fā)送SYN報文，由于偽造的IP地址幾乎不可能存在，也就幾乎沒有設備會給服務器返回任何應答了。因此，服務器將會維持一個龐大的等待列表，不停地重試發(fā)送SYN+ACK報文，同時占用著大量的資源無法釋放。更為關鍵的是，被攻擊服務器的SYN_RECV隊列被惡意的數(shù)據(jù)包占滿，不再接受新的SYN請求，合法用戶無法完成三次握手建立起TCP連接。也就是說，這個服務器被SYN Flood拒絕服務了。

1.2. DNS Query Flood

作為互聯(lián)網(wǎng)最基礎、最核心的服務，DNS自然也是DDoS攻擊的重要目標之一。打垮DNS服務能夠間接打垮一家公司的全部業(yè)務，或者打垮一個地區(qū)的網(wǎng)絡服務。前些時候風頭正盛的黑客組織anonymous也曾經(jīng)宣布要攻擊全球互聯(lián)網(wǎng)的13臺根DNS服務器，不過最終沒有得手。

UDP攻擊是最容易發(fā)起海量流量的攻擊手段，而且源IP隨機偽造難以追查。但過濾比較容易，因為大多數(shù)IP并不提供UDP服務，直接丟棄UDP流量即可。所以現(xiàn)在純粹的UDP流量攻擊比較少見了，取而代之的是UDP協(xié)議承載的DNS Query Flood攻擊。簡單地說，越上層協(xié)議上發(fā)動的DDoS攻擊越難以防御，因為協(xié)議越上層，與業(yè)務關聯(lián)越大，防御系統(tǒng)面臨的情況越復雜。

DNS Query Flood就是攻擊者操縱大量傀儡機器，對目標發(fā)起海量的域名查詢請求。為了防止基于ACL的過濾，必須提高數(shù)據(jù)包的隨機性。常用的做法是UDP層隨機偽造源IP地址、隨機偽造源端口等參數(shù)。在DNS協(xié)議層，隨機偽造查詢ID以及待解析域名。隨機偽造待解析域名除了防止過濾外，還可以降低命中DNS緩存的可能性，盡可能多地消耗DNS服務器的CPU資源。

關于DNS Query Flood的代碼，我在2011年7月為了測試服務器性能曾經(jīng)寫過一份代碼，鏈接是http://www.icylife.net/yunshu/show.php？id=832。同樣的，這份代碼人為降低了攻擊性，只做測試用途。

1.3. HTTP Flood

上文描述的SYN Flood、DNS Query Flood在現(xiàn)階段已經(jīng)能做到有效防御了，真正令各大廠商以及互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)頭疼的是HTTP Flood攻擊。HTTP Flood是針對Web服務在第七層協(xié)議發(fā)起的攻擊。它的巨大危害性主要表現(xiàn)在三個方面：發(fā)起方便、過濾困難、影響深遠。

SYN Flood和DNS Query Flood都需要攻擊者以root權限控制大批量的傀儡機。收集大量root權限的傀儡機很花費時間和精力，而且在攻擊過程中傀儡機會由于流量異常被管理員發(fā)現(xiàn)，攻擊者的資源快速損耗而補充緩慢，導致攻擊強度明顯降低而且不可長期持續(xù)。HTTP Flood攻擊則不同，攻擊者并不需要控制大批的傀儡機，取而代之的是通過端口掃描程序在互聯(lián)網(wǎng)上尋找匿名的HTTP代理或者SOCKS代理，攻擊者通過匿名代理對攻擊目標發(fā)起HTTP請求。匿名代理是一種比較豐富的資源，花幾天時間獲取代理并不是難事，因此攻擊容易發(fā)起而且可以長期高強度的持續(xù)。

另一方面，HTTP Flood攻擊在HTTP層發(fā)起，極力模仿正常用戶的網(wǎng)頁請求行為，與網(wǎng)站業(yè)務緊密相關，安全廠商很難提供一套通用的且不影響用戶體驗的方案。在一個地方工作得很好的規(guī)則，換一個場景可能帶來大量的誤殺。

最后，HTTP Flood攻擊會引起嚴重的連鎖反應，不僅僅是直接導致被攻擊的Web前端響應緩慢，還間接攻擊到后端的Java等業(yè)務層邏輯以及更后端的數(shù)據(jù)庫服務，增大它們的壓力，甚至對日志存儲服務器都帶來影響。

有意思的是，HTTP Flood還有個頗有歷史淵源的昵稱叫做CC攻擊。CC是Challenge Collapsar的縮寫，而Collapsar是國內(nèi)一家著名安全公司的DDoS防御設備。從目前的情況來看，不僅僅是Collapsar，所有的硬件防御設備都還在被挑戰(zhàn)著，風險并未解除。

1.4. 慢速連接攻擊

提起攻擊，第一反應就是海量的流量、海量的報文。但有一種攻擊卻反其道而行之，以慢著稱，以至于有些攻擊目標被打死了都不知道是怎么死的，這就是慢速連接攻擊，最具代表性的是rsnake發(fā)明的Slowloris。

HTTP協(xié)議規(guī)定，HTTP Request以\r\n\r\n結尾表示客戶端發(fā)送結束，服務端開始處理。那么，如果永遠不發(fā)送\r\n\r\n會如何？Slowloris就是利用這一點來做DDoS攻擊的。攻擊者在HTTP請求頭中將Connection設置為Keep-Alive，要求Web Server保持TCP連接不要斷開，隨后緩慢地每隔幾分鐘發(fā)送一個key-value格式的數(shù)據(jù)到服務端，如a:b\r\n，導致服務端認為HTTP頭部沒有接收完成而一直等待。如果攻擊者使用多線程或者傀儡機來做同樣的操作，服務器的Web容器很快就被攻擊者占滿了TCP連接而不再接受新的請求。

很快的，Slowloris開始出現(xiàn)各種變種。比如POST方法向Web Server提交數(shù)據(jù)、填充一大大Content-Length但緩慢的一個字節(jié)一個字節(jié)的POST真正數(shù)據(jù)內(nèi)容等等。關于Slowloris攻擊，rsnake也給出了一個測試代碼，參見http://ha.ckers.org/slowloris/slowloris.pl。

2. DDoS攻擊進階

2.1. 混合攻擊

以上介紹了幾種基礎的攻擊手段，其中任意一種都可以用來攻擊網(wǎng)絡，甚至擊垮阿里、百度、騰訊這種巨型網(wǎng)站。但這些并不是全部，不同層次的攻擊者能夠發(fā)起完全不同的DDoS攻擊，運用之妙，存乎一心。

高級攻擊者從來不會使用單一的手段進行攻擊，而是根據(jù)目標環(huán)境靈活組合。普通的SYN Flood容易被流量清洗設備通過反向探測、SYN Cookie等技術手段過濾掉，但如果在SYN Flood中混入SYN+ACK數(shù)據(jù)包，使每一個偽造的SYN數(shù)據(jù)包都有一個與之對應的偽造的客戶端確認報文，這里的對應是指源IP地址、源端口、目的IP、目的端口、TCP窗口大小、TTL等都符合同一個主機同一個TCP Flow的特征，流量清洗設備的反向探測和SYN Cookie性能壓力將會顯著增大。其實SYN數(shù)據(jù)報文配合其他各種標志位，都有特殊的攻擊效果，這里不一一介紹。對DNS Query Flood而言，也有獨特的技巧。

首先，DNS可以分為普通DNS和授權域DNS，攻擊普通DNS，IP地址需要隨機偽造，并且指明服務器要求做遞歸解析；但攻擊授權域DNS，偽造的源IP地址則不應該是純隨機的，而應該是事先收集的全球各地ISP的DNS地址，這樣才能達到最大攻擊效果，使流量清洗設備處于添加IP黑名單還是不添加IP黑名單的尷尬處境。添加會導致大量誤殺，不添加黑名單則每個報文都需要反向探測從而加大性能壓力。

另一方面，前面提到，為了加大清洗設備的壓力不命中緩存而需要隨機化請求的域名，但需要注意的是，待解析域名必須在偽造中帶有一定的規(guī)律性，比如說只偽造域名的某一部分而固化一部分，用來突破清洗設備設置的白名單。道理很簡單，騰訊的服務器可以只解析騰訊的域名，完全隨機的域名可能會直接被丟棄，需要固化。但如果完全固定，也很容易直接被丟棄，因此又需要偽造一部分。

其次，對DNS的攻擊不應該只著重于UDP端口，根據(jù)DNS協(xié)議，TCP端口也是標準服務。在攻擊時，可以UDP和TCP攻擊同時進行。

HTTP Flood的著重點，在于突破前端的cache，通過HTTP頭中的字段設置直接到達Web Server本身。另外，HTTP Flood對目標的選取也非常關鍵，一般的攻擊者會選擇搜索之類需要做大量數(shù)據(jù)查詢的頁面作為攻擊目標，這是非常正確的，可以消耗服務器盡可能多的資源。但這種攻擊容易被清洗設備通過人機識別的方式識別出來，那么如何解決這個問題？很簡單，盡量選擇正常用戶也通過APP訪問的頁面，一般來說就是各種Web API。正常用戶和惡意流量都是來源于APP，人機差別很小，基本融為一體難以區(qū)分。

之類的慢速攻擊，是通過巧妙的手段占住連接不釋放達到攻擊的目的，但這也是雙刃劍，每一個TCP連接既存在于服務端也存在于自身，自身也需要消耗資源維持TCP狀態(tài)，因此連接不能保持太多。如果可以解決這一點，攻擊性會得到極大增強，也就是說Slowloris可以通過stateless的方式發(fā)動攻擊，在客戶端通過嗅探捕獲TCP的序列號和確認維護TCP連接，系統(tǒng)內(nèi)核無需關注TCP的各種狀態(tài)變遷，一臺筆記本即可產(chǎn)生多達65535個TCP連接。

前面描述的，都是技術層面的攻擊增強。在人的方面，還可以有一些別的手段。如果SYN Flood發(fā)出大量數(shù)據(jù)包正面強攻，再輔之以Slowloris慢速連接，多少人能夠發(fā)現(xiàn)其中的秘密？即使服務器宕機了也許還只發(fā)現(xiàn)了SYN攻擊想去加強TCP層清洗而忽視了應用層的行為。種種攻擊都可以互相配合，達到最大的效果。攻擊時間的選擇，也是一大關鍵，比如說選擇維護人員吃午飯時、維護人員下班堵在路上或者在地鐵里無線上網(wǎng)卡都沒有信號時、目標企業(yè)在舉行大規(guī)模活動流量飆升時等。

2.2. 來自P2P網(wǎng)絡的攻擊

前面的攻擊方式，多多少少都需要一些傀儡機，即使是HTTP Flood也需要搜索大量的匿名代理。如果有一種攻擊，只需要發(fā)出一些指令，就有機器自動上來執(zhí)行，才是完美的方案。這種攻擊已經(jīng)出現(xiàn)了，那就是來自P2P網(wǎng)絡的攻擊。

大家都知道，互聯(lián)網(wǎng)上的P2P用戶和流量都是一個極為龐大的數(shù)字。如果他們都去一個指定的地方下載數(shù)據(jù)，使成千上萬的真實IP地址連接過來，沒有哪個設備能夠支撐住。拿BT下載來說，偽造一些熱門視頻的種子，發(fā)布到搜索引擎，就足以騙到許多用戶和流量了，但這只是基礎攻擊。

高級P2P攻擊，是直接欺騙資源管理服務器。如迅雷客戶端會把自己發(fā)現(xiàn)的資源上傳到資源管理服務器，然后推送給其他需要下載相同資源的用戶，這樣，一個鏈接就發(fā)布出去。通過協(xié)議逆向，攻擊者偽造出大批量的熱門資源信息通過資源管理中心分發(fā)出去，瞬間就可以傳遍整個P2P網(wǎng)絡。更為恐怖的是，這種攻擊是無法停止的，即使是攻擊者自身也無法停止，攻擊一直持續(xù)到P2P官方發(fā)現(xiàn)問題更新服務器且下載用戶重啟下載軟件時為止。

3. 總結

限于篇幅，DDoS攻擊的介紹就寫這么多，而且我也不愿意對這個做更進一步的闡述了——理解防御這么多已經(jīng)夠用了。

總的來說，DDoS攻擊可以很靈巧，可以很優(yōu)美。運用之妙，存乎一心。