网络攻击与防御技术的研究20种攻击源的特征与对应的防御方法论文 网络空间安全导论 北大软微 沈晴霓.docx
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网络攻击与防御技术的研究
摘要:
本文在结合国内外网络安全现状的前提下,介绍了20种攻击源的特征与对应的防御方法。
基于现有的技术条件,分析常见的网络攻击,研究攻击的流量特征。
根据各种攻击的不同特点,研究有效的防御手段和快速处理手段,针对网络不同层次和不同能力的设备制定安全策略。
关键词:
网络攻击;防御技术;安全策略
ResearchonNetworkattackandDefenseTechnology
Abstract:
Basedonthepresentsituationofnetworksecurityathomeandabroad,thispaperintroducesthecharacteristicsof21attacksourcesandcorrespondingdefensemethods.Basedontheexistingtechnicalconditions,commonnetworkattacksareanalyzed,andthetrafficcharacteristicsofattacksarestudied.Accordingtothedifferentcharacteristicsofvariousattacks,theeffectivedefensemeasuresandfastprocessingmethodsarestudied,andthesecuritypoliciesareformulatedfortheequipmentofdifferentlevelsandcapabilitiesofthenetwork.
Keywords:
networkattack;defensetechnology;securitystrategy
一、题目背景
随着互联网的不断发展,网络新技术不断涌现,网络所面临的网络安全形势也越来越严峻。
网络上各类攻击大量涌现(如DOS、DDOS、蠕虫),给网络带来了严重的威胁。
由于网络规模庞大,设备类型众多,由此而带来的软、硬件漏洞也给网络的正常运行带来了更大的挑战。
没有完善的攻击快速处理手段,使得维护人员在处理安全事件时无据可查,增加了维护难度,也延长了处理时长,从而不能给用户提供更加优质的服务保证。
没有有效的攻击源查找方法,无法尽快阻止攻击或病毒行为的快速漫延。
针对网络所面临的各项威胁,应该为其制定相应的网络安全策略和快速处理手段。
二、国内外网络安全现状
网络与信息的安全关系到国家的基础设施安全,因此为保障经济建设顺利进行,在信息网络中必须具有安全设施和安全技术。
由于TCP/IP协议缺乏相应的安全机制,而且互联网最初设计基本没有考虑安全问题,互联网的共享性和开放性,使信息网络的安全存在先天不足。
几乎所有的信息网络在当初建设及其发展过程中,都忽略了最不该忽略的安全性问题,给信息网络的安全埋下了隐患。
黑客们的篡改信息、盗取企业信息、发送垃圾邮件、病毒炸弹等攻击,造成网络瘫痪,甚至无法恢复,损失巨大。
据调查数据显示,垃圾邮件和垃圾短信已经成为信息网上的一大祸害,它在全球造成的经济损失每年超过205亿美元,仅美国在2016年因为垃圾邮件消耗的总费用达到110亿美元。
中国的网络安全技术在近几年得到快速的发展,这一方面得益于从中央到地方政府的广泛重视,另一方面因为网络安全问题日益突出,网络安全企业不断跟进最新安全技术,不断推出满足用户需求、具有时代特色的安全产品,进一步促进了网络安全技术的发展。
随着中国信息产业的持续快速发展,国内互联网公司在对网络进行建设和扩容的同时,还需提升抵御网络攻击的能力以保证用户的隐私安全。
三、各类攻击源的特征
1.TCPSYN拒绝服务攻击
一般情况下,一个TCP连接的建立需要经过三次握手的过程,即:
发起者向目标计算机发送一个TCPSYN报文;目标计算机收到这个SYN报文后,在内存中创建TCP连接控制块(TCB),然后向发起者回送一个TCPACK报文,等待发起者的回应;发起者收到TCPACK报文后,再回应一个ACK报文,这样TCP连接就建立起来了。
利用这个过程,一些恶意的攻击者可以进行所谓的TCPSYN拒绝服务攻击:
攻击者向目标计算机发送一个TCPSYN报文;目标计算机收到这个报文后,建立TCP连接控制结构(TCB),并回应一个ACK,等待发起者的回应:
而发起者则不向目标计算机回应ACK报文,这样导致目标计算机一致处于等待状态。
可以看出,目标计算机如果接收到大量的TCPSYN报文,而没有收到发起者的第三次ACK回应,会一直等待。
处于这样尴尬状态的半连接如果很多,则会把目标计算机的资源耗尽,而不能响应正常的TCP连接请求。
2.ICMPflood
正常情况下为了对网络进行诊断,一些诊断程序如PING等会发出ICMP响应请求报文(ICMPECHO);接收计算机接收到ICMPECHO后,会回应一个ICMPECHOReply报文。
而这个过程是需要CPU处理的,有的情况下还可能消耗掉大量的资源,比如处理分片的时候。
如果攻击者向目标计算机发送大量的ICMPECHO报文(产生ICMP洪水),则目标计算机会忙于处理这些ECHO报文,而无法继续处理其它的网络数据报文,这是一种拒绝服务攻击(DOS)。
3.UDPflood
原理与ICMP洪水类似,攻击者通过发送大量的UDP报文给目标计算机,导致目标计算机忙于处理这些UDP报文而无法继续处理正常的报文。
4.端口扫描
根据TCP协议规范,当一台计算机收到一个TCP连接建立请求报文(TCPSYN)的时候,做这样的处理:
如果请求的TCP端口是开放的,则回应一个TCPACK报文,并建立TCP连接控制结构(TCB);如果请求的TCP端口没有开放,则回应一个TCPRST报文,告诉发起计算机,该端口没有开放。
相应地,如果IP协议栈收到一个UDP报文,做如下处理:
如果该报文的目标端口开放,则把该UDP报文送上层协议(UDP)处理,不回应任何报文(上层协议根据处理结果而回应的报文例外);如果该报文的目标端口没有开放,则向发起者回应一个ICMP不可达报文,告诉发起者计算机该UDP报文的端口不可达。
利用这个原理,攻击者计算机便可以通过发送合适的报文,判断目标计算机哪些TCP或UDP端口是开放的,过程如下:
发出端口号从0开始依次递增的TCPSYN或UDP报文(端口号是一个16比特的数字,这样最大为65535,数量很有限);如果收到了针对这个TCP报文的RST报文,或针对这个UDP报文的ICMP不可达报文,则说明这个端口没有开放;相反,如果收到了针对这个TCPSYN报文的ACK报文,或者没有接收到任何针对该UDP报文的ICMP报文,则说明该TCP端口是开放的,UDP端口可能开放(因为有的实现中可能不回应ICMP不可达报文,即使该UDP端口没有开放)。
这样继续下去,便可以很容易的判断出目标计算机开放了哪些TCP或UDP端口,然后针对端口的具体数字,进行下一步攻击。
5.分片IP报文攻击
为了传送一个大的IP报文,IP协议栈需要根据链路接口的MTU对该IP报文进行分片,通过填充适当的IP头中的分片指示字段,接收计算机可以很容易的把这些IP分片报文组装起来。
目标计算机在处理这些分片报文的时候,会把先到的分片报文缓存起来,然后一直等待后续的分片报文,这个过程会消耗掉一部分内存,以及一些IP协议栈的数据结构。
如果攻击者给目标计算机只发送一片分片报文,而不发送所有的分片报文,这样攻击者计算机便会一直等待(直到一个内部计时器到时),如果攻击者发送了大量的分片报文,就会消耗掉目标计算机的资源,而导致不能响应正常的IP报文,这也是一种DOS攻击。
6.SYN比特和FIN比特同时设置
在TCP报文的报头中,有几个标志字段:
SYN:
连接建立标志,TCPSYN报文就是把这个标志设置为1,来请求建立连接;ACK:
回应标志,在一个TCP连接中,除了第一个报文(TCPSYN)外,所有报文都设置该字段,作为对上一个报文的相应;FIN:
结束标志,当一台计算机接收到一个设置了FIN标志的TCP报文后,会拆除这个TCP连接;RST:
复位标志,当IP协议栈接收到一个目标端口不存在的TCP报文的时候,会回应一个RST标志设置的报文;PSH:
通知协议栈尽快把TCP数据提交给上层程序处理。
正常情况下,SYN标志(连接请求标志)和FIN标志(连接拆除标志)是不能同时出现在一个TCP报文中的。
而且RFC也没有规定IP协议栈如何处理这样的畸形报文。
因此,各个操作系统的协议栈在收到这样的报文后的处理方式不同,攻击者可以利用这个特征,通过发送SYN和FIN同时设置的报文,来判断操作系统的类型,然后针对该操作系统,进行进一步的攻击。
7.没有设置任何标志的TCP报文攻击
正常情况下,任何TCP报文都会设置SYN,FIN,ACK,RST,PSH五个标志中的至少一个标志,第一个TCP报文(TCP连接请求报文)设置SYN标志,后续报文都设置ACK标志。
有的协议栈基于这样的假设,没有针对不设置任何标志的TCP报文的处理过程,因此这样的协议栈如果收到了这样的报文,可能会崩溃。
攻击者利用了这个特点,对目标计算机进行攻击。
8.设置了FIN标志却没有设置ACK标志的TCP攻击
正常情况下,ACK标志在除了第一个报文(SYN报文)外,所有的报文都设置,包括TCP连接拆除报文(FIN标志设置的报文)。
但有的攻击者却可能向目标计算机发送设置了FIN标志却没有设置ACK标志的TCP报文,这样可能导致目标计算机崩溃。
9.PingofDeath
TCP/IP规范要求IP报文的长度在一定范围内(比如,0—64K),但有的攻击计算机可能向目标计算机发出大于64K长度的PING报文,导致目标计算机IP协议栈崩溃。
10.地址猜测攻击
跟端口扫描攻击类似,攻击者通过发送目标地址变化的大量的ICMPECHO报文,来判断目标计算机是否存在。
如果收到了对应的ECMPECHOREPLY报文,则说明目标计算机是存在的,便可以针对该计算机进行下一步的攻击。
11.泪滴攻击
对于一些大的IP包,需要对其进行分片传送,这是为了迎合链路层的MTU(最大传输单元)的要求。
比如,一个4500字节的IP包,在MTU为1500的链路上传输的时候,就需要分成三个IP包。
在IP报头中有一个偏移字段和一个分片标志(MF),如果MF标志设置为1,则表面这个IP包是一个大IP包的片断,其中偏移字段指出了这个片断在整个IP包中的位置。
例如,对一个4500字节的IP包进行分片(MTU为1500),则三个片断中偏移字段的值依次为:
0,1500,3000。
这样接收端就可以根据这些信息成功的组装该IP包。
如果一个攻击者打破这种正常情况,把偏移字段设置成不正确的值,即可能出现重合或断开的情况,导致目标操作系统崩溃。
比如把上述偏移设置为0,1300,3000,这就是所谓的泪滴攻击。
12.带源路由选项的lP报文
为了实现一些附加功能,IP协议规范在IP报头中增加了选项字段,这个字段可以有选择的携带一些数据,以指明中间设备(路由器)或最终目标计算机对这些IP报文进行额外的处理。
源路由选项的目的,是指导中间设备(路由器)如何转发该数据报文,即指明了报文的传输路径。
比如,让一个IP报文明确的经过三台路由器R1,R2,R3,则可以在源路由选项中明确指明这三个路由器的接口地址,这样不论三台路由器上的路由表如何,这个IP报文就会依次经过R1,R2,R3。
而且这些带源路由选项的IP报文在传输的过程中,其源地址不断改变,
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