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，