新的DDoS攻击手法来袭:TCP反射攻击技术分析

我们常听说UDP反射攻击,那你听说过TCP反射攻击吗?

我们对TCP三次握手谙熟于心,但你确定服务器收到SYN包之后一定返回SYN/ACK吗?

现网的DDoS对抗中,基于TCP协议的反射攻击手法已经悄然兴起,而且出现了多次手法变种,对DDoS防护方带来严峻的挑战。新场景下的技术对抗如约而至。

0×00 引言

利用TCP协议发起的反射攻击一种新型的攻击手法 ——TCP反射攻击:黑客伪造目的服务器IP向公网的TCP服务器发起连接请求(SYN),以使得被攻击服务器收到大量SYN/ACK报文,最终造成拒绝服务的手法。而由于这种反射攻击存在协议栈行为,传统的TCP防护算法难以凑效,这也使得这种攻击手法有愈演愈烈之势。

经过我们团队研究人员长期的跟踪分析,发现这种攻击手法出现了两个新的特征:

黑客逐渐趋向利用CDN厂商的服务器资源发起TCP发射攻击,因为通过扫描CDN厂商网段,可以快速、高效地获得丰富的TCP服务器资源;

TCP反射攻击流量从SYN/ACK转变成ACK,防护难度进一步增大。

0×01 TCP反射的新特征研究

特征一:黑客逐渐趋向于利用CDN厂商的服务器资源发起TCP发射攻击

我们在整理分析现网的TCP反射攻击时,发现会经常出现攻击源几乎全部来源海外CDN厂商的情况。如图2、图3所示,某次TCP反射攻击事件中有99.88%的IP来源美国,而且88.39%属于某个著名CDN厂商。

显而易见这是黑客开始倾向于扫描CDN厂商的IP网段,以获取大批量反射源的思路。由于CDN厂商的IP资源主要用于为用户提供加速服务,不可避免地会开放TCP端口,黑客便可以通过这种方式快速地获取到有效的TCP反射源。例如笔者随机探测一个CDN厂商的C段IP,结果为:整个C段所有IP全部均有开放TCP端口 。

这种方法为黑客提供大量可用的TCP反射源,能够让攻击者的资源实现最大化,而且TCP反射攻击由于具备协议栈行为,传统策略难以防护,所以不难推测后面这种攻击手法将越来越盛行,为DDoS防护方带来不小的挑战。

特征二:反射流量从SYN/ACK报文转变为ACK报文,防护难度进一步增大

这里给人的第一反应可能就是颠覆了我们TCP三次握手的印象,一个服务器(反射源)收到一个SYN请求,不应该是返回SYN/ACK吗?怎么会返回ACK包?为了解答这个问题,容笔者从黑客伪造SYN请求的过程说起…

首先如上文描述TCP反射的原理,黑客会控制肉鸡伪造成被攻击服务器的IP对公网的TCP服务器发起SYN请求,而公网TCP服务器的端口都是固定的,所以为了实现反射,SYN请求中的目的端口也同样固定。与此同时,为了达到更好的攻击效果,黑客需要使反射出来的报文的目的端口为被攻击服务器的业务端口(绕过安全设备将非业务端口的流量直接拦截的策略),也就是说SYN请求报文中的源端口也是固定的。就是基于这些原因,攻击者伪造SYN请求报文的五元组通常都会出现集聚 ,这个结论其实很重要,因为它就是引发服务器反弹ACK的前提条件。

举例如图5所示:黑客需要攻击的服务器IP为183.*.*.45,其业务端口为80,而黑客掌握的TCP反射服务器的IP是104.*.*.35,开放的端口是8080,那么攻击时构造SYN包的五元组就会集聚在Protocol: TCP、DST_IP: 104.*.*.35、SRC_IP: 183.*.*.45、DST_PORT: 8080、SRC_PORT: 80。

而我们都知道五元组决定了一个会话,所以当黑客短时时间构造大量相同五元组的SYN包发送到同一台TCP服务器时,就会造成大量的“会话冲突”。也就是说从TCP服务器的角度来看,接收到第一个SYN包后,服务器返回SYN/ACK等待ACK以建立TCP连接,而此时又再接收到同一个会话的SYN。那TCP服务器会怎么处理呢?再次返回SYN/ACK?RST?还是其他?

其实在这个情况下,TCP服务器具体怎么处理决定因素在于SYN包的seq号和服务器的window size!假设第一个SYN包的seq号为SEQ1,TCP服务器的windows size为WND,而第二个SYN的seq号为SEQ2,那么:

一、如果SEQ2==SEQ1,此时TCP服务器会认为这个是SYN包重传,则再次返回SYN/ACK(其实是在重传SYN/ACK),如图6所示。这个攻击场景从被攻击服务器的视角来看,就是在短时间内接收到大量的SYN/ACK报文,造成拒绝服务,这也是现网最为常见的场景之一。

二、如果SEQ2>SEQ1+WND或者SEQ2<SEQ1,那么这种情况属于out-of-windows:对于不在接收窗口内的报文,需要回复一个ACK,让对方发送正确SEQ号的包过来,协议描述可以参考RFC: 793 page69(见图7)。

图7 RFC: 793 page69

所以当黑客伪造SYN报文的SEQ随机变化时,就很容易命中上述情况,TCP服务器就会返回ACK报文,如图8、图9所示。

图8 TCP反射,反弹ACK场景(SEQ2>SEQ1+WND)

图9 TCP反射,反弹ACK场景(SEQ2<SEQ1)

这个场景中,被攻击服务器会接收到少量SYN/ACK以及大量的ACK报文,这是现网最越来越常见的场景。如图10为现网中一次真实TCP反射攻击的抓包采样,表面上看跟普通的ACKFLOOD攻击没有太大区别,而实际上这些流量是具有协议栈行为,所以传统策略难以有效防护。

图10 现网TCP反射攻击采样

三、如果SEQ1<SEQ2<=SEQ1+WND,这种场景下TCP服务器会认为会话出现异常,并返回RST断开会话,如图11所示。此时被攻击服务器会收到大量SYN/ACK+RST的混合流量(当前现网中这种情况很少,而RST的防护难度较小,这里不做详细阐述)。

图11 TCP反射,反弹RST场景

综上所述,黑客为了实现TCP反射攻击,而且尽可能绕过防护策略,所以伪造的SYN报文的五元组会出现集聚,造成严重的会话冲突。而不同的SEQ号会触发TCP服务器不同的应答场景(情况汇总见图12),所以现网中的TCP反射除了会出现大量的SYN/ACK流量以外,还有可能出现少量SYN/ACK+大量ACK的混合流量,而且后者的流量成份更为复杂,防护难度更大。

0×02 新型的 TCP 反射防护算法

笔者整理总结了TCP反射防护的主要难点:

1、TCP反射流量具有协议栈行为,传统的防护算法难以识别和防护;

2、专业的抗D设备通常旁路部署,所以无法获得服务器出流量,这也意味着无法通过双向会话检查的方式进行防护;

3、TCP反射通常为SYN/ACK和ACK的混合流量,而且在成份占比和行为上跟正常业务流量几乎没有太大区别,所以传统的成份分析、限速等方式也难以凑效。