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DDOS与DDOS追踪的介绍

04-11-02        来源:[db:作者]  
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我很早前研究anti-DDOS,其中就有追踪一块,可以在这里介绍一些,但是实际上只有很少技术被投入使用了,大多数都还是依然是实验室的东西,已经投入实用的我单独提出来。

追踪技术有:

·链级测试 (Link Testing)

多数的追踪技术都是从最接近victim的路由器开始,然后开始检查上流数据链,直到找到攻击流量发起源。理想情况下,这种过程可以递归执行直到找到攻击源头。这种技术假设攻击一直保持活动直到完成追踪,因此很难在攻击结束后、间歇性攻击或对追踪进行攻击调整等情况进行追踪。包括下面两种链级测试:

1、Input debugging
很多路由器都提供Input debugging特性,这能让管理员在一些出口端过滤特定的数据包,而且能决定可以达到那些入口。这种特性就被用来作traceback:首先,victim在确定被攻击时,要从所有的数据包中描述出攻击包标志。通过这些标志,管理员在上流的出口端配置合适的Input debugging。这个过滤会体现出相关的input端口,这个过滤过程可以一直朝上流进行,直到能够到达最初的源头。当然这种工作很多依靠手工,一些国外的ISP联合开发的工具能够在它们的网络中进行自动的追踪。
但是这种办法最大的问题就是管理花费。联系多个ISP并同他们合作需要时间。因此这种办法需要大量的时间,而且几乎不可能完成。

2、Controlled flooding
Burch和 Cheswick提出的方法。这种方法实际上就是制造flood攻击,通过观察路由器的状态来判断攻击路径。首先应该有一张上游的路径图,当受到攻击的时候,可以从victim的上级路由器开始依照路径图对上游的路由器进行控制的flood,因为这些数据包同攻击者发起的数据包同时共享了路由器,因此增加了路由器丢包的可能性。通过这种沿路径图不断向上进行,就能够接近攻击发起的源头。
这种想法很有独创性而且也很实际,但是有几个缺点和限制。最大的缺点就是这种办法本身就是一种DOS攻击,会对一些信任路径也进行DOS,这个缺点也很难用程序实施。而且,Controlled flooding要求有一个几乎覆盖整个网络的拓扑图。Burch和 Cheswick也指出,这种办法很难用于DDOS攻击的追踪。这种方法也只能对正在进行攻击的情况有效。

现在CISCO的路由器的CEF(Cisco Express Forwarding)实际上就是一种链级测试,也就是说,要用CEF追踪到最终源头的话,那么整个链路上的路由器都得使用CISCO的路由器,而且支持CEF。就得要Cisco 12000或者7500系列的路由器了。(不知道现在怎么样,没查最新的CISCO文档),但是要用这个功能是很费资源的。

在CISCO路由器(支持ip source-track的路由器)上IP源追踪以下面的步骤实现:

1、当发现目的被攻击,打开整个路由器上对目的地址的追踪,输入命令 ip source-track。
2、每个Line Card为要追踪的目的地址创建特定的CEF队列。对于line card或者端口适配器用特定的ASIC作包转换,CEF队列用于将包置入line card或者port adapter的CPU。
3、每个line card CPU收集关于要追踪目的的通讯信息
4、所产生的数据定时导出到路由器。要现实这些流信息的摘要,输入命令:show ip source-track summary。要显示每个输入接口的更多的细节信息,输入命令show ip source-track
5、统计被追踪的IP地址的细目表。这可用于上游路由器继续分析。可以在当前路由器上关闭IP source tracker,输入命令:no ip source-track。然后在上游路由器上再打开这个功能。
6、重复步骤1到5,直到找到攻击源。

这差不多能够解答securitytest提的了吧。


·Logging

这种方法通过在主路由器上记录数据包,然后通过数据采集技术来决定这些数据包的穿越路径。虽然这种办法可以用于对攻击后的数据进行追踪,它也有很明显的缺点,比如可能要求大量的资源(或者取样),并且对付大量数据的综合问题。

·ICMP追踪

这种方法主要依靠路由器自身产生的ICMP跟踪消息。每个路由器都有很低的概率(比如:1/200000),数据包可能会把内容复制到一个ICMP消息包中,并且包含了到临近源地址的路由器信息。当flood攻击开始的时候,victim就可以利用这些ICMP消息来重新构造攻击者的路径。这种方式同上面介绍的比较,有很多优点,但是也有一些缺点。比如:ICMP可能被从普通流量中过滤掉,并且,ICMP追踪消息还要同input debugging特性(将数据包同数据包input端口和/或者要到达的MAC地址关联的能力)相关,但是,可能一些路由器就没有这样的功能。同时,这种办法还必须有一种办法来处理攻击者可能发送的伪造ICMP Traceback消息。也就是说,我们可以把这种方式同其他办法一起使用来让跟踪机制更有效。(IETF iTrace)

这就是yawl说的IETF的工作组研究的内容,当时我给Bellovin提出一些意见,但是没有得到答案。比如:
1、尽管是随机1/20000发送追踪包,但是,对于伪造TRACEBACK的包情况下,对路由器的效率将有一定的影响。
2、追踪包的认证并不能解决伪造问题。因为要判别是否是伪造包,那么必须去认证,加大了工作量。
3、即便使用NULL 认证,同样能够达到目的(有认证的情况下)。而且也不会有太大影响。
4、itrace的本来目的是去对付DOS的欺骗源问题,但是现在的设计仿佛让我们更关心的是路径而不是源头。难道路径比源头更对我们解决DOS问题有用么?

等等,还有一堆问题,都是我觉得iTrace将会面临的很难处理的问题。


·数据包标记

这种技术构想(因为现在没有实用)就是要在现有协议的基础上进行修改,而且修改很小,不象iTrace的想法,个人认为比iTrace更好一些。这种追踪技术有很多细节研究,形成多种标记算法,但是最好的还是经过压缩的边缘取样算法。

这种技术原理就是修改IP头中,重载其中的identification域。也就是如果没有使用到identification域的话,将这个域定义为标记。

将16bit的idnetification分成:3bit的offset(可允许8次分片),5bit的distance,以及8bit的边缘分片。5bit的distance可以允许31级路由,这对于目前的网络来说已经足够了。

标记和重构路径的算法是:

Marking procedure at router R:
let R = BitIntereave(R, Hash(R))
let k be the number of none-overlappling fragments in R
for each packet w
let x be a random number from [0..1)
if x<p then
let o be a random integer from [0..k-1]
let f be the fragment of R at offset o
write f into w.frag
write 0 into w.distance
wirte o into w.offset
else
if w.distance=0 then
let f be the fragment of R at offset w.offset
write f⊕w.frag into w.frag
increment w.distance

 

Path reconstruction procedure at victim v:

let FragTbl be a table of tuples(frag,offset,distance)
let G be a tree with root v
let edges in G be tuples(start,end,distance)
let maxd:=0
let last:=v
for each packet w from attacker
FragTbl.Insert(w.frag,w.offset,w.distance)
if w.distance>maxd then
maxd:=w.distance
for d:=0 to maxd
for all ordered combinations of fragments at distance d
construct edge z
if d!=0 then
z:= z⊕last
if Hash(EvenBits(z))=OddBits(z) then
insert edge(z,EvenBits(z),d) into G
last:=EvenBits(z);
remove any edge(x,y,d) with d!=distance from x to v in G
extract path(Ri..Rj) by enumerating acyclic paths in G

实验室情况下这种标记技术只需要victim能够抓到1000到2500个包就能够重构整个路径了,应该说结果是很好的,但是没有投入到实用中,主要是需要路由器厂商和ISP支持。

差不多ip traceback的已经实用的技术和实验室技术,或者已经死掉的,就主要是这些,虽然还有其他的一些。

已经很长时间没有搞DDOS防范这一块了,国内也有黑洞这样的产品,以前也了解一些国外的,比如floodguard、toplayer、radware等。受securitytest提示,又了解到riverhead的,我就立刻看了看他们的白皮书。

因为前面bigfoot提出的主要是ip traceback的题目,securitytest也又到防御的问题。针对DDOS的问题ip traceback和Mitigation是不一样的,ip traceback主要是进行追踪,因为DDOS主要是spoof,而很难判别到真正的攻击源,而且如果能够很容易找到真正的攻击源,不仅仅对付DDOS,对付其他的攻击也很有帮助,比如法律问题等。而Mitigation是从受害者的角度,因为victim一般是没有能力去调查整个网络,找出source,而且,即便能够找到source,也得有法律或者一些沟通的手段来让source停下来(攻击的source并不是source的攻击者),这种意味着大量的沟通、跨ISP、跨过等类似的非技术问题,所以,通常很难处理。但是从victim的角度来说,必须得有所解决办法,所以就需要Mitigation。

这又正好是我以前研究的范围,所以,又会说出一大堆。对于Mitigation,其实,技术的根本就是要能从众多的流量中将攻击包和合法包分离出来,把攻击包抛弃掉,让合法包通过就性了。这就是根本,所以实际运用的技术就是要如何尽可能识别出攻击包,而又尽可能小地影响正常包。这又得来分析DDOS(甚至DOS)的方式和原理。基本又下面几种形式:
1、系统漏洞形成的DOS。这种特征固定,检测和防御也容易
2、协议攻击(一些跟系统处理相关,一些跟协议相关)。比如SYN FLOOD,碎片等。特征还好识别,检测和防御相对容易。比如SYN COOKIE、SYN CACHE,碎片可以抛弃。比如land攻击、smurf、teardrop等
3、bandwidth FLOOD。垃圾流量堵塞带宽,特征不好识别,防御不容易
4、基本合法的FLOOD

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