TCP SYN Flood(SYN洪水)

本文深入探讨了SYN洪水攻击的原理,这是一种典型的拒绝服务(DoS)攻击,通过耗尽服务器的TCP资源阻止正常连接。文章详细介绍了攻击过程,并提出了包括提高TCP端口连接容量、部署支持IP防伪的路由器、使用SYNCache和SYNCookie在内的四种防御策略。

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宏观描述:

      SYN洪水是一种典型的DoS(Denial of Service,拒绝服务)攻击。攻击效果是将服务器的TCP资源耗尽,从而停止响应正常的TCP连接请求。

 

具体过程:

      此过程是发生在TCP建立连接的三次握手过程中。假设A是客户端,B是服务器。首先A发送SYN消息给B建立请求,然后B反馈SYN-ACK消息,此刻连接处于半开状态。由于B不确定自己发送的SYN-ACK消息是否已送达或者A再次反馈的ACK消息是否丢在半路,所以会给这个半开连接预设一个超时时间,如果这期间仍然没有收到A的ACK消息,那么就会重新发送SYN-ACK消息给A,然后会重试有限次数后放弃连接。

      然而,就是因为服务器为了维护半连接状态,会耗费一定的服务器内核资源,一旦攻击方A利用肉机不断的发送大量SYN消息而响应ACK消息,或者伪造SYN消息中的Source IP使得B的SYN-ACK消息石沉大海,服务器维护半开状态直至资源耗尽,那么就会形成所谓的SYN Flood攻击。

 

解决方案:

      (1)提高TCP端口连接容量(提高半开连接队列大小的上限),减少半开连接的资源占用时间(减少等待ACK时间和重试次数)。不推荐这种方式,因为这样会影响部分正常的TCP连接,也会降低不畅网络环境下正常用户的连接成功率。而且这种策略容易被攻击者识别,从而改变攻击策略就能轻松化解。

      (2)部署支持IP防伪的路由器,将伪造IP地址的SYN消息过滤掉,此种方式过于理想,不推荐使用,毕竟攻击者可能攻击前都不需要肉机。

      (3)SYN Cache,首先构造一个全局的Hash Table,用来缓存服务器的所有半开连接信息,连接成功则从缓存中清除相关信息。我们知道,每个Hash Table中包含多个bucket(桶),每个bucket都有容量限制。这是Key的生成策略就依赖于SYN消息中的Source IP或Port等信息,生成策略需要用到特殊的算法,以此可以将所有的半开连接信息均匀地分布到各个bucket中。这样只有攻击者将所有的bucket都填满,而且速度也需要足够快(正常半开连接还未建立就被踢出bucket)才能起到攻击效果。即使有这样的攻击行为,估计也会早早被发现。推荐使用。

      (4)SYN Cookie,首先服务器会将半开连接信息编码成Cookie,用作B给A的消息编号,会随着SYN-ACK消息一同反馈给A,如此一来,服务器在完全建立连接前不保存任何消息,也就不会耗费资源。这也有一些缺点,由于服务器不保存半开连接信息,就丧失了重发SYN-ACK的能力,一方面降低了正常连接的成功率,另一方面可能会让通信双方对于是否成功建立请求会有误解,当然,如果真的遇到这种问题,就只能交给上层策略来另外处理了。

### TCP SYN Flood 攻击的工作原理 TCP SYN Flood 是一种典型的 DDoS(分布式拒绝服务)攻击形式,其核心在于利用了 TCP 协议的三次握手机制。正常情况下,在建立 TCP 连接时,客户端会先向服务器发送一个带有 SYN 标志的数据包,表示发起连接请求;随后服务器回应一个带 SYN 和 ACK 标志的数据包确认收到请求并准备接受新连接;最后客户端再返回一个仅含 ACK 的数据包完成连接建立过程。 然而在 TCP SYN Flood 攻击中,恶意行为者会伪造大量的 IP 地址并向目标主机发送无数个 SYN 请求[^1]。由于这些请求来自不存在或者不可达的真实地址,当服务器按照标准流程回复每一个 SYN/ACK 后便一直处于等待最终 ACK 确认的状态直到超时释放该半开连接。这种状态消耗了大量的系统资源如内存缓冲区和 CPU 时间片等,从而导致合法用户的访问受到严重影响甚至完全中断服务[^4]。 ### 防御方法 #### 一、启用反攻击特性 可以通过在网络设备上开启相应的防护策略来抵御此类威胁。例如,在网关路由器或防火墙上执行命令 `anti-attack tcp-syn enable` 来激活针对 TCP SYN Flood 的基本保护措施[^3]。一旦检测到异常流量模式,则自动采取行动减轻潜在损害。 #### 二、设置速率限制 为了进一步控制可能存在的风险,还可以设定每秒允许接收的最大 SYN 报文数量阈值。比如使用如下配置语句:“`anti-attack tcp-syn car cir 8000`”,它规定了只有不超过8千次每秒钟的新建尝试才会被继续处理下去,超出部分则会被丢弃掉以保障整体性能稳定运行不受干扰。 #### 三、首包丢弃加源认证组合方案 这种方法特别适用于应对那些频繁改变源头信息来进行伪装欺骗式的进攻情况。具体做法是在初次遇到某个新的连接申请时暂时将其忽略不予理会(即所谓的“首包包抛弃”) ,与此同时要求对方提供额外的身份验证材料证明自己的合法性之后才重新考虑是否接纳这个链接请求 。如此一来既能有效过滤掉大部分非法企图又能保持较高的用户体验度[^5]。 #### 四、采用 Cookie 方式 另一种常见的解决方案就是引入 cookies 机制作为中间环节参与到整个协商过程中去。简单来说就是在第二阶段也就是发出 SYN/ACK 响应之前附加一段加密过的临时令牌给客户终端保存起来;等到下一步真正回传过来的时候再核对该标记是否存在以及正确与否以此判断当前对话的真实性进而决定后续动作方向如何发展变化等等细节操作步骤均需严格遵循既定的安全规范执行到位才行。 ```python def syn_flood_defense(): """ A function demonstrating the configuration commands for defending against SYN Flood attacks. Returns: str: Configuration command strings. """ gateway_config = [ "anti-attack tcp-syn enable", "anti-attack tcp-syn car cir 8000" ] return "\n".join(gateway_config) print(syn_flood_defense()) ```
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