SYN攻击原理以及检测防范技术
添加时间: 2008-2-27 12:11:31 作者: 网络安全 阅读次数:11 来源: http://www.d9soft.com
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 10.11.11.11:23 124.173.152.8:25882 SYN_RECV -
tcp 0 0 10.11.11.11:23 236.15.133.204:2577 SYN_RECV -
tcp 0 0 10.11.11.11:23 127.160.6.129:51748 SYN_RECV -
tcp 0 0 10.11.11.11:23 222.220.13.25:47393 SYN_RECV -
tcp 0 0 10.11.11.11:23 212.200.204.182:60427 SYN_RECV -
tcp 0 0 10.11.11.11:23 232.115.18.38:278 SYN_RECV -
tcp 0 0 10.11.11.11:23 239.116.95.96:5122 SYN_RECV -
tcp 0 0 10.11.11.11:23 236.219.139.207:49162 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：
HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters
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。
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