Защита Linux-сервера от SYN flood: основы и методы

в 7:05, , рубрики: ddos, linux, Песочница, метки: , ,

Disclaimer 1: прошу простить мне тот факт, что статья довольно скомкана, и многие темы не раскрыты полностью. Не стесняйтесь задавать вопросы в комментариях. Я, в свою очередь, постараюсь раскрыть наиболее интересные темы в дальнейших статьях.

Disclaimer 2: в сети есть множество статей с заголовками “Как защитить сервер от SYN-атак” или “Защита Linux от DDoS”. Должен предупредить, что многим из них ни в коем случае нельзя слепо верить! Они зачастую написаны людьми, которые плохо понимают, что происходит во время атаки, и рекомендуют делать сумасшедшие вещи — кто-то “оптимизирует” sysctl так, что на сервер перестает проходить даже нормальный трафик, а большинство советуют еще и включить syncookies, чего делать категорически нельзя при большей части реальных атак!

Этой статьей я преследую 3 цели:

1) Дать Вам понимание специфики SYN-атак и того, как они осуществляются;
2) Научить Вас эффективно защищать Linux-сервер от SYN-атаки;
3) Поделиться некоторыми своими наработками.

Что такое SYN-атака?

SYN-флуд или SYN-атака — это метод вызова отказа в обслуживании, влияющий на хосты, выполняющие серверные процессы TCP. Атака используется тот факт, что TCP хранит состояние сессии после получения SYN-сегмента на порту, находящемся в состоянии LISTEN. Основная идея — эксплуатировать это поведение, заставляя хост хранить столько состояний для ложных полуоткрытых сессий, что у него не остается ресурсов для установки новых соединений (RFC4987).

С SYN-флудом относительно сложно бороться, поэтому атаки этого типа так популярны. Почему же?

1) Обычно используются случайные Source IP, которые бесполезно банить, потому что они заново генерируются в каждом пакете;
2) SYN-атака потребляет мало ресурсов на стороне атакующего и очень много на стороне жертвы;
3) Защита от этого типа атак довольно комплексная, полна нюансов и требует времени, чтобы понять и внедрить ее.

Я считаю, что серверы, которые потенциально подвержены атакам (по сути, все серверы, которые имеют публичные IP-адреса, в особенности Web-серверы) должны быть защищены от SYN-атак заранее.

Защита Linux сервера от SYN flood: основы и методы
Рисунок 1: SYN-атака

Как производятся SYN-атаки?

Пример утилиты, которая часто используется для осуществления атак — hping3. Вы можете использовать ее для того, чтобы устроить стресс-тест своего сервера до того, как злоумышленники сделают это за Вас.

hping3 — это богатая возможностями утилита, которая может проделывать множество типов атак с различными параметрами. Я не буду давать мастер-класс по ее использованию, покажу только пример того, как можно проверить свой сервер на уязвимость к небольшой SYN-атаке:

# hping3 -S <--fast|--faster|--flood> -p 80 xx.xx.xx.xx

80 (HTTP) в этом примере — это порт назначения. Обратите внимание на другие параметры (hping3 --help), чтобы понять, как атаки могут отличаться друг от друга.

Пользуйтесь этой утилитой аккуратно и только в целях тестирования собственных ресурсов! Если быть честным, большая часть Интернета уязвима к этим простым операциям, даже если у атакующего канал значительно меньше, чем у атакуемого.

Как определить и измерить SYN-атаку?

1) Во время SYN-атаки атакующий открывает множество подключений к Вашему серверу, но никогда не завершает их, и подключения продолжают висеть в состоянии SYN_RECV. Их можно подсчитать вот так:

# netstat -anutp | grep SYN_RECV | wc -l

Если это число >30 — Вы, вероятно, под SYN-атакой.

Кстати, я не рекомендую использовать netstat для автоматизированного мониторинга — во время реальной атаки он может выполняться очень долго и впустую тратить ценные ресурсы CPU.

2) Вы можете мониторить текущую нагрузку на сеть с помощью vnstat:

# vnstat -l -i eth0

Это очень полезная утилита, которая поможет понять, насколько сильная идет атака.

3) Также я рекомендую установить “продвинутый” аналог top — htop и также смотреть, как атака влияет на ресурсы процессора. Запустите htop:

# htop

Нажмите F2, зайдите в 'Display options' и выберите 'Display threads in a different color'. Розовым цветом можно будет увидеть нагрузку от системных прерываний.

4) Просмотрите SYN-сегменты, которые получает сервер — что в них общего? '-c 100' говорит tcpdump ограничиться 100 пакетами.

# tcpdump -i eth0 -nn 'tcp port 80' and 'tcp[13] == 2' -c 100

И наконец, помните, что многие SYN-атаки не “равномерны”, у них есть пики и провалы, которые нужно учитывать в процессе анализа.

Защита Linux сервера от SYN flood: основы и методы
Рисунок 2. Динамика типичной атаки

Сначала — главное

Сетевая карта, прерывания, очереди…

Первая вещь, над которой нужно поработать — это драйвер сетевой карты. Когда на сетевую карту приходит фрейм, она должна инициировать системное прерывание, которое говорит процессору приостановить выполнение текущей задачи и обработать пришедшую порцию трафика. Однако если бы каждый фрейм вызывал незамедлительное прерывание и “отвлекал” CPU от текущих задачи, заметную деградацию производительности можно было бы наблюдать даже на простейших сетевых операциях, таких как передача файла по FTP. Поэтому эти прерывания организованы в очередь, которая скапливается на сетевой карте и обрабатывается процессором за один раз. Обычно это происходит 250-1000 раз в секунду, чем реже — тем меньше загрузка CPU, тем выше задержка.

С другой стороны, большинство современных десктопов и серверов имеют насколько процессорных ядер. Поскольку каждое из них работает для ОС как отдельный процессор, мы можем равномерно распределить между ними нагрузку от прерываний. Есть 2 способа это сделать.

1) Первый и рекомендуемый — использовать аппаратные очереди. Современные сетевые карты имеют несколько очередей прерываний, обычно 4-16. По какой-то причине, в Linux они часто отключены по умолчанию. Нам нужно их включить, а затем равномерно распределить их по процессорам.

2) Второй способ называется RPS — Receive Packet Steering. Это довольно новый механизм ядра, который автоматически распределяет нагрузку между всеми ядрами, неважно, есть на карточке несколько аппаратных очередей или нет. Используйте этот способ только если у Вас больше ядер, чем аппаратных очередей (кстати, рассмотрите возможность отключения SMT/HyperThreading — во время атаки это будет весьма кстати).

Защита Linux сервера от SYN flood: основы и методы
Рисунок 3. Intel 10Gb NIC

Шаги, которые нужно предпринять:

1) Определите производителя и модель сетевой карты (лучше бы это был Intel)

# ethtool -i eth0

2) Установите последние драйверы. Зайдите на сайт производителя чипа для сетевой карты и скачайте последнюю версию драйвера под Linux (чтобы его собрать, понадобятся исходники текущего ядра)

3) Настройте аппаратные очереди. Для этого Вам понадобится воспользоваться документацией от драйвера сетевой карты, которая идет вместе с ним. Для igb (драйвера Intel) c 8 очередями и 4 портами это выглядит примерно так:

# rmmod igb
# modprobe igb QueuePairs=1,1,1,1 RSS=8,8,8,8 IntMode=3,3,3,3 InterruptThrottleRate=3000,3000,3000,3000

Для драйвера igb в RHEL/CentOS Вы можете просто добавить строку параметров драйвера в /etc/modprobe.conf и перезагрузиться:

options igb QueuePairs=1,1,1,1 RSS=8,8,8,8 IntMode=3,3,3,3 InterruptThrottleRate=3000,3000,3000,3000

4) Распределите загрузки прерываний равномерно между ядрами.
Нужно будет определить, какие номера прерываний использует карточка (в нашем случае eth0).

# cat /proc/interrupts | grep eth0

Здесь Вы можете увидеть все номера прерываний, которые использует Ваша NIC, и то, как они по факту сейчас распределяются по ядрам. Запишите эти числа. Теперь нам нужно поменять SMP affinity, чтобы назначить каждому прерыванию свое ядро (interrupt 1 > cpu 1, interrupt 2 > cpu 2 и т.д.). Вот как это делается:

# echo <affinity> > /proc/irq/xx/smp_affinity

5) ОПЦИОНАЛЬНО: Включите RPS (это может не понадобиться, см. выше)

# echo f > /sys/class/net/eth0/queues/rx-0/rps_cpus

Выберите соответствующее устройство (если это не eth0) и все очереди приема, которые оно поддерживает (rx-0..n).

Sysctl

Следующая вещь называется sysctl. Это программный интерфейс, позволяющий Вам настраивать множество параметров системы “на лету”. Однако в рамках данной статьи мы воздержимся от обсуждения того, как с их помощью защититься от SYN-атак — об этом в Интернете и так написано слишком много.

В отличие от того, как думает большинство “советчиков”, НЕ СУЩЕСТВУЕТ “универсальных оптимизаций”, которые подошли бы каждому, у кого есть сервер. Каждая так называемая оптимизация влечет за собой последствия, такие как повышенное потребление памяти или уменьшение доступности/функциональности. Безусловно, определенные изменения должны применяться, но эта тема заслуживает отдельной статьи, более обширной, чем эта.

Единственное, что хочется отметить как важное и зачастую неправильно применяемое — так называемые syncookies. Вкратце, это системный механизм борьбы с SYN-атаками путем отправки cookies в ответ на каждый SYN-запрос для подтверждения легитимности соединения. Факт в том, что это может быть действительно полезно, если скорость атаки составляет 40% от эффективной пропускной способности сервера или меньше (под эффективной я имею в виду такую пропускную способность, которую сервер по факту способен обработать). В остальных случаях использование syncookies ведет к повышению нагрузки на сеть, CPU и, таким образом, к отказу в обслуживании.

Лично я в большинстве случаев отключаю syncookies.

Базовые техники защиты с помощью iptables

Защита Linux сервера от SYN flood: основы и методыНе забудьте “укрепить” свой файрвол: блокируйте весь входящий трафик, кроме того, который ДЕЙСТВИТЕЛЬНО нужен на Вашем сервера. Разрешите управление только из доверенных сетей.

Самый простой случай — это атака с 1 IP без подмены адресов (спуфинга). С такими бороться просто:

# iptables -A INPUT -p tcp -m state --state NEW -m recent --update --seconds 60 --hitcount 20 -j DROP
# iptables -A INPUT -p tcp -m state --state NEW -m recent --set -j ACCEPT

Эти правила ограничивают количество SYN-пакетов с одного адреса до 20 в минуту. Только не пользуйтесь этим на постоянной основе! Вы можете заблокировать легитимный трафик, идущий из-за NAT.

Многие SYN-атаки можно отфильтровать по “необычным” и повторяющимся параметрам TCP-заголовка, которыми “грешат” атакующие утилиты.

Первый такой параметр — это MSS (Maximum Segment Size) — максимальный размер сегмента, который хочет разрешить хост, инициирующий соединение. Большинство атакующих утилит (включая hping) не задействуют эту опцию по умолчанию. С другой стороны, я еще не видел легитимных клиентов, которые бы ее не ставили. “Нормальные” значения находятся в диапазоне от 536 до 65535, давайте это использовать:

# iptables -t mangle -I PREROUTING -p tcp -m tcp --dport 80 -m state --state NEW -m tcpmss ! --mss 536:65535 -j DROP

Кстати, таблица mangle быстрее, чем filter, потому что обрабатывается раньше, однако через нее проходит ВЕСЬ трафик, и нет возможности разделить INPUT, OUTPUT и FORWARD.

Еще один крайне полезный параметр — это размер окна TCP (window size). Большинство атакующих не генерируют его каждый раз, и он остается одинаковым в течение всей атаки. Чтобы отфильтровать и заблокировать сегменты по window size, понадобится модуль u32 для iptables. После того, как Вы узнаете размер окна, с которым идет атака (например, 512), преобразуйте его в hex (в нашем случае 0x200) и выполните следующую команду:

# iptables -t mangle -I PREROUTING -d xx.xx.xx.xx -p tcp -m u32 --u32 "6&0xFF=0x6 && 32&0xFFFF=0x200" -j DROP

Но будьте осторожны! Не блокируйте well-known размеры окон, используемые популярными операционными системами: 14600, 1892, 65535, 62240, 5840, 32120, 5720, 4128, 8760, 16384, 62920, 64380 и 17820.

Наконец, упомянем параметр TTL (Time To Live). Я хочу, чтобы это был самый последний параметр, на котором основываются Ваши проверки, поскольку диапазон значений невелик и Вы практически наверняка заблокируете не того, кого надо. Но когда вы видите множество пакетов атаки, и совпадает у них только TTL — это может помочь.

# iptables -A FORWARD -p tcp -m ttl --ttl-eq=55 -m state --state NEW -j DROP

Если ничего не помогает

Обратитесь к профессионалам! Я серьезно. То, что описано здесь — это только верхушка айсберга. Помните, есть две стратегии защиты, которые должны использоваться вместе:

1) Наращивание/оптимизация вычислительных/сетевых ресурсов для обработки большего числа запросов;
2) Отделение нежелательного трафика от легального с целью его дальнейшей блокировки.

Таким образом, у Вас есть 3 причины попросить помощи со стороны:
1) У Вас недостаточно полосы пропускания или же вычислительных ресурсов для отделения нежелательного трафика от легального;
2) Атака сложная, и нежелательные пакеты не отличаются или почти не отличаются от легальных. Профессионалы используют более продвинутые методы фильтрации, а иногда дорогостоящее специализированное оборудование и ПО.

И наконец,

Защита Linux сервера от SYN flood: основы и методы

Автор: netracer

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js