摘 要： 分析SYN flood attack攻擊原理，并在此基礎上研究幾種典型的SYN flood 攻擊檢測方法。對主要技術進行分析和比較，這些技術均有各自的優點和局限性，多種方法有機融合互補將成為SYN flood 攻擊檢測研究的重點。
關鍵詞： SYN flood攻擊；TCP協議；檢測
SYN flood攻擊是一種當前流行的DoS與DDoS的方式之一，主要是利用TCP協議的三次握手的缺陷，造成服務器上TCP連接表溢出[1]，而攻擊服務器響應TCP連接請求的能力。TCP是TCP/IP體系中的運輸層協議，是面向連接的，其三次握手過程數據包都通過IP協議傳輸。而IP協議是一種不可靠、盡力而為的網絡協議，缺乏認證和保密措施，因此為否認、拒絕等欺瞞行為開了方便之門[2]。目前，DDos攻擊中約有90%是SYN flood攻擊[3]，研究 SYN flood攻擊檢測技術對網絡安全意義重大。
1 SYN flood 原理
TCP連接的建立是通過三次握手來初始化[4]。三次握手建立TCP連接如圖1所示。
在TCP連接的三次握手中，若用戶向服務器發送了SYN報文后突然死機或掉線，則服務器在發出SYN+ACK應答報文后將無法收到客戶端的ACK報文，導致第三次握手無法完成。這時，服務器端的TCP/IP棧中會保留這個半連接狀態，然后再次發送SYN+ACK給客戶端，并等待一段時間后丟棄這個未完成的連接。這段時間稱為SYN Timeout（一般約為30 s～2 min）[4]。但如有攻擊者大量模擬這種情況，產生大量的半連接，服務器將為維護這些半連接而消耗大量的資源，進而導致服務器的TCP/IP堆棧溢出，使服務器無法響應正常用戶的請求。SYN flood攻擊就是利用這種行為發動攻擊。
正常情況下，連接超時后，服務器會清理出TCP連接表中已超時連接的相關信息。但攻擊者不斷給服務器發送大量的欺騙的TCP連接請求，使TCP連接表一直處于被填滿狀態，導致服務器無法響應大多數合法的連接請求。
根據攻擊源的IP地址，SYN flood攻擊可分為以下三種：（1）使用本機的IP發送SYN欺騙包；（2）假冒本網段中未在線的多臺主機IP發送SYN欺騙包；（3）隨機產生偽造的IP地址發送SYN欺騙包。為增加攻擊的力度、隱蔽性和效率，使用隨機源地址進行SYN flood攻擊是攻擊者常使用的方法[5]。
2 SYN flood攻擊的檢測技術
根據檢測的位置SYN flood攻擊檢測主要分為4種：被攻擊的服務器端、攻擊源端、攻擊源和被攻擊服務器間以及正常的主機端。最受關注的是服務器端的檢測和防護[6]；
2.1 基于TCP協議SYN-FIN（RST）行為對特征的檢測
這種方法檢測的是連接終端主機的路由器端，是基于TCP協議SYN-FIN（RST）包對特征和連續變化點的檢測[6]。首先收集IP數據包，然后分類數據包。根據IP訪問包的TCP頭部來識別TCP SYN、FIN和RST。關鍵是找出IP數據包片偏移中TCP數據位，計算依據公式為IPoffset=Hdr_LengthIP+TCPoffset。接著利用非參數的CUSUM(Cumulative Sum)算法分析SYN-FIN（RST）行為對。CUSUM算法公式如下：
此檢測方法與參考文獻[6]的檢測思想類似，都是以TCP協議的SYN/ACK包數量為檢測基礎，均需對IP數據包進行分類。優點是兩個粒度檢測引擎采用不同的檢測機制，檢測高效、高速、虛警率低。其缺點主要有：檢測效果會隨著攻擊組規模的增大而衰減。當網絡中攻擊流與網絡正常業務相差不大時，也不易檢測出來。
的優點是存儲保證數據的持久性和容錯性。如系統出現任何故障，當再次進入系統時，數據仍然存在，可以直接恢復正常連接。檢查過程是主動的，不依賴于其他網絡設備。不僅能檢測SYN flood攻擊，還有一定的消除SYN flood攻擊的功能。
3 現有技術比較
表3對上面介紹的SYN flood 攻擊檢測的防御所采用的方法進行簡單總結。通過分析和比較已有的SYN flood 攻擊檢測和防御方法發現，對于SYN flood 攻擊檢測和防御目前還沒有完美的解決方案。常規的SYN flood防御方法因實現容易，已得到廣泛應用，但防御力度不強，不能從根本上避免SYN flood 攻擊的發生。SYN－cookie技術已得到廠商的支持, 已在一些防火墻中使用。輸入過濾器在理論上可以徹底避免SYN flood攻擊的發生，但因其會使路由器處理數據量加大，影響路由器的性能，實施難度較大，還需進一步研究。
本文分析了TCP的三次握手協議，并針對SYN flood 攻擊的原理，對其檢測方法進行了探討。未來的檢測和防御，應趨向于如何綜合應用上述幾種檢測方法，取長補短，以達到互相補充和彌補，提高檢測精度和效率。
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