LUẬN VĂN: TRIỂN KHAI CÁC HỆ THỐNG D-WARDTHEO MÔ HÌNH MẠNG CÁC NODE HÀNG XÓM pdf

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Phạm Đức Duy





TRIỂN KHAI CÁC HỆ THỐNG D-WARD
THEO MÔ HÌNH MẠNG CÁC NODE HÀNG XÓM










KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Mạng và truyền thông máy tính


i

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận này, trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
thầy Đoàn Minh Phương. Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, và tạo điều kiện rất
tốt cho em trong suốt quá trình làm khóa luận. Đồng thời em xin cảm ơn các thầy giáo,
cô giáo trong Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã truyền đạt
cho em nhiều kiế
n thức bổ ích trong suốt thời gian học tập tại trường.
Cuối cùng, em xin cảm ơn tất cả bạn bè, gia đình và người thân đã giúp đỡ, động
viên em rất nhiều để em có thể hoàn thành tốt khóa luận.

Hà Nội, ngày 21 tháng 5 năm 2010
Sinh viên
Phạm Đức Duy
















ii

TÓM TẮT NỘI DUNG
Các cuộc tấn công tấn công từ chối dịch vụ (DDoS) gây ra một đe dọa rất lớn tới
mạng Internet. Chúng lấy sức mạnh của một lượng lớn các máy được kết nối vào
mạng Internet để tiêu thụ một vài tài nguyên tại máy nạn nhân và từ chối dịch vụ tới
các máy khách hợp lệ, vì chúng thường gây ra sự tắc nghẽn mạng trên đường từ nguồn
đến đích, do vậy làm giảm sự hoạt động của mạng Internet. Chính vì vậy nảy sinh việc
xây dựng các hệ thống phòng thủ DdoS để phát hiện và ngăn chặn các cuộc tấn công
DDoS. Hệ thống D-WARD được biết đến một hệ thống phòng thủ DdoS source-end
rất hiệu quả, nhưng hệ thống D-WARD có nhược điểm là chỉ phát hiện và ngăn chặn
được các cuộc tấn công đi ra từ m
ạng nguồn mà D-WARD được triển khai. Bởi vậy,
việc triển khai các hệ thống D-WARD theo mô hình mạng các node hàng xóm với
mục đích để cho các hệ thống D-WARD trong mạng trao đổi thông tin với nhau, nhằm
tăng hiệu quả của việc phát hiện và ngăn chặn các cuộc tấn công DdoS.
Luận văn đã cài đặt và kiểm chứng hiệu quả của việc triển khai các hệ thống D-
WARD theo mô hình mạng các node hàng xóm đồng thời đưa ra m
ột cải tiến đối với
việc triển khai để nâng cao hiệu quả của việc ngăn chặn các cuộc tấn công DDoS.









iii

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1
Chương 1. Giới thiệu 2
1.1. Giới thiệu 2
1.2. Sơ lược về từ chối dịch vụ và từ chối dịch vụ phân tán 2
1.2.1. Sơ lược về từ chối dịch vụ (DoS) 2
1.2.2. Sơ lược về từ chối dịch vụ phân tán (DDoS) 3
1.3. Sơ
lược về sự phòng thủ DDoS 4
1.3.1. Các thách thức phòng thủ DDoS 4
1.3.1.1. Các thách thức kỹ thuật 4
1.3.1.2. Các thách thức xã hội 4
1.3.2. Mục đích của phòng thủ DDoS 4
1.3.3. Các giải pháp phòng thủ 5
1.3.4. Các điểm phòng thủ 5
1.3.4.1. Phòng thủ tự trị 5
1.3.4.2. Phòng thủ phân tán 9
1.4. D-WARD được đặt ở đâu? 9
Tổng kết 10
Chươ
ng 2. D-WARD 11
2.1. Sơ lược về D-WARD 11
2.2. Các thuật ngữ 11
2.3. Dấu hiệu tấn công 12
2.4. Kiến trúc 13
2.5. Thành phần theo dõi 14
2.5.1. Các đặc điểm và sự phân loại luồng 15
2.5.2 Các đặc điểm kết nối và sự phân loại kết nối 17
2.5.3. Phân loại gói tin đầu tiên 22
2.6. Thành phần giới hạn 25

2.6.1. Giảm theo luật số mũ 26
2.6.2 Tăng tuyến tính 26
iv

2.6.3 Tăng theo hàm số mũ 27
2.7. Thành phần quản lý truyền thông 28
Ưu điểm của D-WARD 28
Nhược điểm của D-WARD 28
Tổng kết 29
Chương 3. Cơ sở lý thuyết của kiến trúc triển khai và mở rộng D-WARD 30
D-WARD 1.0 30
D-WARD 2.0 30
D-WARD 3.0 32
D-WARD 3.1 32
3.1. Kiến trúc thực thi của D-WARD 3.1 33
3.2. Thành phần theo dõi 33
3.2.1. Bảng băm luồng 33
3.2.2 Bảng băm kết nối 35
3.2.3 Thu thập thông tin gói tin 36
3.2.4 Phân loại luồng và kết nối 36
3.3 Thành phần giới hạn 38
3.4 Thành phần quản lý truyền thông 38
3.4.1 Tiến trình quản lý truyền thông 39
3.4.2 Các mẫu máy 39
3.5 Bắt truyền thông(traffic-sniffing) 40
3.6 Triển khai các hệ thống D-WARD trên mạng các node hàng xóm 40
Tổng kết 42
Chương 4. Cài đặt và kết quả thu được 43
4.1. Cài đặt thực nghiệm 43
4.1.1. Mô hình thực thi 43

4.1.2. Biên dịch và chạy D-WARD 43
4.2 Kết quả 45
v

4.3 Đánh giá về việc triển khai mở rộng 46
Tổng kết 47
Chương 5 Kết luận 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO 49






vi

BẢNG TỪ VIẾT TẮT
STT Từ viết tắt Từ hoặc cụm từ
1
DoS
Denial-of-Service
(từ chối dịch vụ phân tán)
2
DDoS
Distributed Denial-of-Service
(từ chối dịch vụ phân tán)
3
DNS
Domain Name Service
(Dịch vụ tên miền)

4
D-WARD
DDoS Network Attack Recognition and
Defense (Phòng thủ và nhận diện tấn công
mạng DDoS)
6
HTTP
Hypetext Transfer Protocol
(giao thức truyền siêu văn bản)
9
ICMP
Internet Control Message Protocol
(Giao thức thông điệp điều khiển Internet)
10
IP
Internet Protol
(giao thức mạng)
11
NTP
Network Time Protocol
(Giao thức thời gian mạng)
12
TCP
Transmission Control Protocol
(Giao thức điều khiển truyền vận)
13
UDP User Datagram Protocol
14
VoIP
Voice over Internet Protocol

(truyền giọng nói qua giao thức mạng)



vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. Trường hợp tấn công từ chối dịch vụ - DoS 2
Hình 2. Trường hợp tấn công từ chối dịch vụ phân tán – DdoS 3
Hình 3. Các điểm phòng thủ 6
Hình 4. phòng thủ Victim-End 7
Hình 5. Phòng thủ mạng trung gian 8
Hình 6. Phòng thủ source-end 9
Hình 7: Luồng và kết nối 12
Hình 8. Kiến trúc D-WARD 14
Hình 9: Máy trạng thái hữu hạn DNS 19
Hình 10: Máy trạng thái h
ữu hạn NTP 20
Hình 11: Máy trạng thái hữu hạn luồng dữ liệu 22
Hình 12: Một kết nối TCP mới được khởi tạo trong cuộc tấn công 23
Hình 13: Các giá trị giới hạn và sự phân loại cho một luồng mẫu 27
Hình 14. Kiến trúc thực thi của D-WARD 3.1 33
Hình 15. Bảng bản ghi luồng 34
Hình 16. Bản ghi bảng băm luồng giới hạn 38
Hình 17. Mô hình mạng và bảng địa chỉ hàng xóm 42
Hình 18. Mô hình thực thi 43
Hình 19: File debug/class.txt 45
Hình 20: File rlstats.txt 45
Hình 21:File conn.txt 46

1

LỜI MỞ ĐẦU
Các cuộc tấn công từ chối dịch vụ phân tán (DDoS) là một vấn đề nghiêm trọng
và thách thức tới mạng Internet. Việc này yêu cầu ít nỗ lực ở phía kẻ tấn công, vì một
lượng lớn các máy móc tham gia vào cuộc tấn công, và các công cụ cũng như các mã
kịch bản tự động cho việc khai thác và tấn công có thể dễ dàng được tải về từ mạng và
triển khai. Nói cách khác, việc ngă
n chặn tấn công là vô cùng khó khăn do một lượng
lớn máy móc tham gia tấn công, việc sử dụng lừa đảo địa chỉ nguồn và sự giống nhau
giữa truyền thông hợp lệ và tấn công.
Nhiều hệ thống phòng thủ được thiết kế trong các viện nghiên cứu và các hiệp
hội thương mại để chống lại các cuộc tấn công DDoS, nhưng vấn đề vẫn hầu như chưa
được gi
ải quyết. Luận văn này sẽ giới thiệu hệ thống phòng thủ DDoS source-end
được gọi là D-WARD và sự triển khai các hệ thống D-WARD theo mô hình mạng các
node hàng xóm. D-WARD ngăn chặn các cuộc tấn công đi ra từ các mạng được triển
khai. Sự phòng thủ source-end không là giải pháp hoàn toàn với các cuộc tấn công
DDoS, vì các mạng không được triển khai vẫn thực hiện các cuộc tấn công thành công,
nhưng D-WARD có thể tìm ra và ngăn chặn đáng kể các cuộc tấn công DdoS khi nó
đượ
c cài đặt. Nhược điểm của hệ thống D-WARD là các hệ thống D-WARD không
liên lạc được với nhau. Và trong luận văn này sẽ thảo luận về việc triển khai các hệ
thống D-WARD theo mô hình mạng các node hàng xóm.
Khóa luận gồm có 4 chương.
Chương 1: Giới thiệu sơ lược về tấn công từ chối dịch vụ(DoS) và tấn công từ

chối dịch vụ phân tán(DDoS), đồng thời cũng giới thiệu về
phòng thủ DDoS: các thách
thức phòng thủ, mục đích phòng thủ, giải pháp, điểm phòng thủ và phòng thủ phân tán.
Chương 2: Khóa luận giới thiệu về D-WARD: kiến trúc, các thành phần của D-
WARD và sự triển khai các thành phần đó.
Chương 3: Khóa luận đề cập đến việc mở rộng D-WARD: giới thiệu các phiên
bản của D-WARD, sự triển khai trên mạng các node hàng xóm.
Chương 4: Cài đặt và kết quả đạt được khi triển khai trên mạng các node hàng
xóm.
Ch
ương 5: Phần kết luận.


2

Chương 1. Giới thiệu
1.1. Giới thiệu
Hệ thống phòng thủ DDoS là một lĩnh vực nghiên cứu rất được quan tâm nhưng
cũng rất phức tạp. Sự thực thi một hệ thống phòng thủ liên quan đến nhiều vấn đề khác
nhau. Chương này của khóa luận sẽ chỉ ra kiến thức cơ bản mà liên quan đến phòng
thủ DDoS. Đầu tiên, khóa luận sẽ thảo luận về từ
chối dịch vụ và rồi luận văn đề cập
tới từ chối dịch vụ phân tán. Cuối cùng, luận văn sẽ nói về sự phòng thủ DDoS.
1.2. Sơ lược về từ chối dịch vụ và từ chối dịch vụ phân tán
1.2.1. Sơ lược về từ chối dịch vụ (DoS)
Các cuộc tấn công từ chối dịch vụ (DoS) dùng một lượng lớn các gói tin để làm
gián đoạn việc phục vụ của máy nạn nhân với các máy khách hợp lệ. Máy nạn nhân
thường là một máy chủ phục vụ, sẽ phải dùng nhiều thời gian và hầu hết các tài
nguyên để xử lý các yêu cầu DoS,được chỉ rõ trong hình 1. Như một kết quả, các máy
khách thực sự của máy nạn nhân sẽ khó khăn trong việc truy cập hay không thể truy

cập tới các dịch vụ của máy nạn nhân. Ngoài ra, ngay cả khi máy nạn nhân th
ực thi
thành công sau cuộc tấn công, các người dùng thường chọn các nhà cung cấp dịch vụ
khác vì sự quấy rối trước đó. Hiệu ứng này có thể thấy được trong vài trang mà hỗ trợ
các giao dịch thời gian thực như mua vé tàu, chuyển khoản hay mua cố phiếu. Vì
những nguyên nhân này, các máy nạn nhân sẽ mất sự tin tưởng của khách hàng và
giảm lợi nhuận sau các cuộc tấn công DoS.

Hình 1. Trường hợp tấn công từ chối dịch vụ - DoS

3

1.2.2. Sơ lược về từ chối dịch vụ phân tán (DDoS)
Các cuộc tấn công từ chối dịch vụ phân tán đơn giản là các cuộc tấn công từ chối
dịch vụ nhưng được thực hiện từ nhiều máy móc bị phá hoại (agent). Mỗi khi kẻ tấn
công có thể điều khiển các agent, tất cả các máy mọc được tiến hành đồng thời và bắt
đầu phát sinh lượng lớn gói tin có thể
tới máy nạn nhân, được chỉ rõ trong hình 2.
Lượng agent càng lớn,các tài nguyên của máy nạn nhân càng nhanh cạn kiệt và quá
tải. Bởi vậy, để thiết kế một hệ thống phòng thủ tốt, chúng ta phải hoàn toàn hiểu về
các đặc điểm của cuộc tấn công DDoS.
Đầu tiên, các agent luôn sử dụng việc lừa đảo địa chỉ IP nguồn trong các cuộc tấn
công DDoS. Kẻ tấn công giả mạo thông tin trong trường địa chỉ IP ngu
ồn trong các
tiêu đề gói tin tấn công. Do vậy, thật khó cho các máy nạn nhân nếu chúng muốn lần
vết các máy agent. Bên cạnh đó, việc ẩn địa chỉ của các máy agent cho phép kẻ tấn
công sử dụng lại chúng cho các cuộc tấn công trong tương lai. Vì vậy, bất kỳ loại
truyền thông nào cũng có thể được sử dụng để thực hiện một cuộc tấn công từ chối
dịch vụ thành công. Kẻ tấn công nhắm t
ới phát sinh các gói tin giống như hợp lệ để

thực hiện cuộc tấn công, nên việc phân loại giữa truyền thông hợp lệ và truyền thông
tấn công yêu cầu xây dựng các bảng dữ liệu thống kê để rút ra ngữ nghĩa phiên giao
dịch.

Hình 2. Trường hợp tấn công từ chối dịch vụ phân tán – DdoS

4

1.3. Sơ lược về sự phòng thủ DDoS
1.3.1. Các thách thức phòng thủ DDoS
Các thách thức cho việc thiết kế các hệ phòng thủ DDoS chia thành hai loại: các
thách thức kỹ thuật và các thách thức xã hội. Các thách thức kỹ thuật bao quanh các
vấn đề liên quan tới các giao thức Internet hiện tại và các đặc điểm của DDoS. Các
thách thức xã hội, nói theo cách khác, hầu như liên quan tới cách mà một giải pháp kỹ
thuật thành công sẽ được giới thiệu tới ng
ười dùng Internet, và được chấp nhận và
được triển khai diện rộng bởi những người dùng này.
1.3.1.1. Các thách thức kỹ thuật
Bản chất phân tán của các cuộc tấn công DDoS và dung các mẫu truyền thông
hợp lệ và sự lừa đảo IP tương ứng với các thách thức kỹ thuật chính để thiết kế các hệ
thống phòng thủ DDoS hiệu quả. Danh sách dưới đây tổng hợp các thách thức kỹ thuật
cho phòng thủ DDoS:
• Cần thiết cho một sự đáp trả phân tán tại nhiều điểm trong mạng Internet.
• Sự thiếu thông tin tấn công chi tiết.
• Sự thiếu các tiêu chuẩn cho hệ thống phòng thủ.
• Sự khó khăn trong kiểm thử ở mức lớn.
1.3.1.2. Các thách thức xã hội
Nhiều hệ thống phòng thủ DdoS yêu cầu các kiểu triển khai nào đó để thu được
hiệu quả. Các kiểu này chia thành các lo
ại sau:

• Triển khai hoàn toàn.
• Triển khai kề nhau.
• Triển khai mức lớn, diện rộng.
• Triển khai hoàn toàn tại các vị trí xác định trong mạng Internet.
• Sự điều chỉnh của các giao thức Internet được triển khai diện rộng, như TCP,
UDP hay HTTP.
• Tất cả các máy khách (hợp lệ) của phòng thủ triển khai mục tiêu được bảo vệ.
1.3.2. Mục đích của phòng thủ DDoS
5

Mục đích chính của phòng thủ DDoS là cung cấp dịch vụ tốt tới các máy khách
hợp lệ của máy nạn nhân trong cuộc tấn công, vì vậy hủy bỏ hiệu ứng từ chối dịch vụ.
Múc đích thứ hai là làm giảm bớt hiệu ứng của cuộc tấn công tới máy nạn nhân vì thế
các tài nguyên của nó có thể dành cho các máy khách hợp lệ hay được giữ gìn. Cuối
cùng, thuộc tính tấn công sẽ như m
ột cản trở lớn tới các sự cố DDoS, vì vậy các kẻ tấn
công có thể đối mặt với rủi ro phát hiện và trừng phạt.
1.3.3. Các giải pháp phòng thủ
Các giải pháp phòng thủ DDoS có thể được chia thành ba loại: các giải pháp
ngăn ngừa, giải pháp chọn lọc tự nhiên và giải pháp đáp lại.
Các giải pháp ngăn ngừa: Giới thiệu sự thay đổi trong các giao thức
Internet,các chương trình và các host, để vá các tổn thương
đang tồn tại và giảm sự
xâm nhập và lợi dụng. Mục đích của chúng ngăn chặn các cuộc tấn công vào tổn
thương, và cản trở các cố gắng của kẻ tấn công để đạt được một lực lượng agent lớn.
Các giải pháp chọn lọc tự nhiên: Mở rộng các tài nguyên của máy nạn nhân,
cho phép nó phục vụ cả các yêu cầu hợp lệ và có ác ý trong cuộc tấn công, vì vậy h
ủy
bỏ hiệu ứng từ chối dịch vụ. Sự mở rộng này đạt được một cách tĩnh – bằng việc mua
thêm các tài nguyên, hay tự động – bằng cách kiếm được các tài nguyên từ việc

nhường cho một bộ máy chủ công cộng phân tán và tái tạo lại dịch vụ mục tiêu. Hiệu
quả của các giải pháp chọn lọc tự nhiên giới hạn trong các trường hợp các tài nguyên
được mở rộng l
ớn hơn lượng tấn công, nhưng kẻ tấn công có thể dễ dàng thu thập
hàng trăm, hàng ngàn máy agent, do vậy các giải pháp chọn lọc tự nhiên hầu như
không cung cấp một giải pháp hoàn toàn cho vấn đề DDoS.
Các giải pháp đáp lại: Phát hiện sự xảy ra tấn công và đáp lại nó(“chiến đấu
lại”) bằng điều khiển các luồng tấn công, hay có gắng định vị các máy agent và gọi ra
các hành động cần thiế
t.
1.3.4. Các điểm phòng thủ
Một hệ thống phòng thủ DDoS có thể được triển khai như một hệ thống tự
trị(đơn điểm) hay như một hệ thống phân tán. Các hệt thống tự trị bao gồm một node
phòng thủ đơn lẻ để theo dõi cuộc tấn công và đưa ra các đáp lại. Các hệ thống phân
tán bao gồm nhiều node phòng thủ(thường cùng chức năng) được triể
n khai tại nhiều
vị trí và được tổ chức trong một mạng.
1.3.4.1. Phòng thủ tự trị
6

Các luồng tấn công DDoS phát sinh từ các máy tấn công phân tán, được chuyển
bởi các bộ định tuyến hạt nhân và đồng quy tại mạng máy nạn nhân. Chúng ta theo dõi
tiến trình này như một sự tác động của ba loại mạng: mạng nguồn chứa các máy tấn
công, mạng trung gian chuyển tiếp truyền thông tấn công tới máy nạn nhân, và mạng
nạn nhân chứa mục tiêu, được thể hiện rõ trong hình 3. Mỗi mạng có thể ch
ứa các hệ
thống phòng thủ DDoS.

Hình 3. Các điểm phòng thủ
1.3.4.1.1. Phòng thủ Victim-End

Đa số các hệ thống phòng thủ DDoS được thiết kế cho sự triển khai victim-end,
hình 4 thể hiện sự triển khai phòng thủ victim-end. Thật dễ hiểu vì máy nạn nhân chịu
tổn thương nhất từ một cuộc tấn công DDoS. Một hệ thống phòng thủ DDoS victim-
end dễ dàng phát hiện vì nó theo dõi máy nạn nhân gần. Tuy nhiên, khoảng đáp lại bị
giới hạn. Hệ thống phòng th
ủ nằm trên đường đi của toàn bộ lực lượng tấn công, và có
thể bị vượt ngưỡng bởi một lượng lớn truyền thông. Một thách thức khác mà hệ thống
victim-end phải đối mặt là khả năng xử lý và lưu trữ. Để mà phân biệt các luồng hợp lệ
với các luồng tấn công, hệ thống của bạn cần lưu một lượng lớn các mẫu và sức m
ạnh
tính toán để kiểm tra và lưu trữ các đặc điểm của từng luồng.
7


Hình 4. phòng thủ Victim-End
1.3.4.1.2. Phòng thủ mạng trung gian
Chúng ta biết rằng sự nguy hiểm của một cuộc tấn công DDoS với các tài nguyên
mạng là rất lớn. Vì vậy, chúng ta muốn di chuyển sự phòng thủ xa hơn máy nạn nhân,
vào mạng trung gian, hình 5 thể hiện sự triển khai phòng thủ ở mạng trung gian. Một
hệ thống phòng thủ mạng trung gian, thường cài đặt tại một bộ định tuyến hạt nhân,
phát hiện cuộc tấn công thông qua theo dõi các bấ
t thường tại bộ định tuyến này. Vì
các bộ định tuyến hạt nhân xử lý lượng lớn, chúng hầu như giám sát tất cả. Các bộ
định tuyến hạt nhân không thể có khả năng giữ các đặc điểm của các gói tin đi qua trên
nền tảng mỗi đích. Giải pháp này không phổ biến vì chúng ta cần một lượng lớn chi
phí và bảo đảm chắc chắn về các kết quả hiệu quả
khi chúng ta tăng sự phức tạp của
bộ định tuyến hạt nhân.
8

Hình 5. Phòng thủ mạng trung gian
1.3.4.1.3. Phòng thủ source-end
Phòng thủ DDoS được đặt xa hơn máy nạn nhân tới nguồn, rút ngắn khả năng
phát hiện,hình 6 thể hiện phòng thủ source-end. Một hệ thống phòng thủ source-end
không thể dễ dàng theo dõi hiệu ứng của truyền thông đi tới máy nạn nhân. Hơn nữa,
vì nó có thể giám sát chỉ một phần nhỏ của cuộc tấn công, hệ thống phòng thủ có
những khó khăn trong việc phát hiệ
n các bất thường. Nói cách khác, tính hiệu quả của
sự đáp lại tăng với trạng thái gần nguồn. Vì phương pháp này có lượng thấp hơn, nó có
thể cho phép nhiều xử lý hơn để phát hiện và phân loại. Ngoài ra, với sự thiếu của sự
tập hợp có thể giúp cho việc phân chia giữa truyền thông hợp lệ và truyền thông tấn
công trong cuộc tấn công. Giải pháp này có thể phát hiện và ngăn chăn tốt hơn và
nhanh hơn, nên giảm tối thiểu nguy hiểm gây ra. Tuy nhiên, khó khăn để triển khai ở
mức lớn, và khó khăn khác chính là xác định giữa truyền thông hợp lệ và truyền thông
tấn công để mà loại bỏ các gói tin truyền thông tấn công.
9


Hình 6. Phòng thủ source-end
1.3.4.2. Phòng thủ phân tán
Các hệ thống phân tán của phòng thủ DDoS bao gồm các hành động của các hệ
thống phòng thủ victim-end, source-end và đôi khi của phòng thủ mạng trung gian.
Phòng thủ victim-end phát hiện tấn công và phân phối cảnh báo tới thành viên khác
mà hợp tác để chặn các luồng tấn công. Mục đích là cài đặt các tài nguyên gần các
nguồn có thể, vì vậy giảm tối thiểu nguy hiểm.
Các hệ thống phân tán gần như là giải pháp thích hợp cho việc xử
lý DDoS. Tuy
nhiên, chúng là giải pháp cơ sở - chúng trải qua nhiều mạng và quản lý nhiều miền và
thực hiện cam kết của nhiều người tham gia Internet. Do vậy các hệ thống khó khăn

trong triển khai và duy trì. Hơn nữa, sự yêu cầu kết hợp của phòng thủ là khó mà đạt
được do việc quản lý phân tán mạng Internet và sự hoạt động tự trị của các miền. Việc
an toàn và xác thực các kênh truyền thông cũng chịu một giá cao nếu lượng tham gia
là lớn.
1.4. D-WARD được đặt ở đâu?
10

D-WARD là một hệ thống phòng thủ DdoS source-end. Nó được thiết kế để thực
hiện cả hai như một hệ thống tự trị và như một phần của phòng thủ phân tán. Như một
hệ thống tự trị, nó phát hiện một khoảng rộng các cuộc tấn công và điều khiển chúng,
điều khiển là được lựa chọn, vì vậy cho phép các máy khách hợp lệ nhận được các
dịch vụ tốt từ máy nạn nhân trong cuộc tấn công. Như một phần của phòng thủ phân
tán, D-WARD có thể nhận một cảnh báo tấn công và hướng dẫn giới hạn, và đưa ra
một đáp lại tự động,hiệu quả và có lựa chon. Nhưng D-WARD không phải là một giải
pháp hoàn toàn với các cuộc tấn công DdoS, nó đẩy mạnh an ninh mạng Internet.
Tổng kết
Chương 1 của khóa luận đã chỉ cho các bạ
n thấy rằng từ chối dịch vụ phân tán
(DDoS) là các cuộc tấn công đơn giản. Chúng thu thập các tài nguyên của một lượng
agent để làm tràn máy nạn nhân. Khó khăn trong việc xử lý các cuộc tấn công DdoS
một cách chính xác. Vì chúng lạm dụng các giao thức hợp lệ để thực hiện từ chối dịch
vụ, nó vô cùng khó khăn để phân chia truyền thông tấn công với truyền thông hợp lệ;
việc này cản trở cả việc phát hiệ
n và đáp lại.
Thêm đó, cũng chỉ cho các bạn thấy được các thách thức trong việc thiết kế một
sự phòng thủ hiệu quả. Các giải pháp phòng thủ nhắm đến việc ngăn chặn các cuộc tấn
công từ chối dịch vụ (các giải pháp ngăn chặn), để cho phép máy nạn nhân tồn tại
trong cuộc tấn công ma không từ chối dịch vụ tới các máy khách hợp lệ(các giải pháp
chọ
n lọc tự nhiên). Và các giải pháp ngăn chặn, giải pháp chọn lọc tự nhiên không thể

hoàn toàn xử lý các cuộc tấn công DdoS. Các giải pháp đáp lại chỉ ra các hứa hẹn cho
việc hoàn thành các hoạt động của các giải pháp ngăn chặn và chọn lọc tự nhiên.
Ngoài ra, cũng đưa ra cái nhìn tổng thể về việc lựa chọn cài đặt hệ thống phòng
thủ DDoS tại đâu để thu được hiệu quả nhất: source-end, m
ạng trung gian hay victim-
end.







11

Chương 2. D-WARD
2.1. Sơ lược về D-WARD
D-WARD ( DDoS Network Attack Recognition and Defense) là một hệ thống
phòng thủ DDoS mà được triển khai ở source-end. Nó có hai mục đích chính:
• Phát hiện các cuộc tấn công DDoS đi ra và dừng chúng bằng điều khiển truyền
thông đi ra tới máy nạn nhân.
• Cung cấp dịch vụ tốt tới các giao dịch hợp lệ giữa mạng triển khai và máy nạn
nhân trong khi cuộc tấn công đang diễn ra.
D-WARD có thể
hoạt động hoặc như một hệ thống tự trị, hoặc là một người tham
gia trong một hệ thống bảo vệ phân tán. Trong sự hoạt động tự trị, D-WARD tìm ra
các cuộc tấn công và đáp lại tới chúng không truyền thông với bất kỳ thực thể khác.
Trong sự hoạt động hợp tác phân tán, D-WARD làm tăng sự dò tìm của nó bằng nhận
các cảnh bảo tấn công từ các người tham gia khác. D-WARD cũng có th
ể chấp nhận

và công nhận một vài sự đáp lại được yêu cầu từ máy khác.
D-WARD là hệ thống phòng thủ source-end, nên nó được cài đặt tại bộ định
tuyến nguồn và sự hoạt động của nó dường là một gateway giữa mạng được triển khai
và phần còn lại của mạng Internet. Do vậy D-WARD chỉ kiểm soát truyền thông đi ra
từ mạng của nó. Bất kỳ truyền thông hình thành trong các miền khác được
đưa đến cho
D-WARD thì không được kiểm soát.
2.2. Các thuật ngữ
Khi chúng ta nghiên cứu về D-WARD, chúng ta phải hiểu các thuật ngữ liên
quan tới D-WARD như luồng, kết nối, “bộ địa chỉ kiểm soát”,…
Đầu tiên, D-WARD được cấu hình với một bộ các địa chỉ cục bộ mà truyền
thông đi ra được nó kiểm soát – bộ địa chỉ kiểm soát của nó. Bộ này nhận diện, ví dụ,
tất cả các máy trong mạ
ng stub hay tất cả khách hàng của một ISP. Chúng ta giả thiết
D-WARD có thể nhận diện bộ địa chỉ kiểm soát, hoặc thông qua vài giao thức hay
thông qua cấu hình bằng tay.
D-WARD theo dõi tất cả truyền thông giữa bộ địa chỉ kiểm soát của nó và phần
còn lại của Internet, dựa vào luồng và kết nối. Luồng được xác định như toàn bộ
truyền thông giữa bộ địa chỉ kiểm soát và một host bên ngoài (i.e ,mộ
t địa chỉ IP bên
ngoài). Một kết nối được định nghĩa như toàn truyền thông giữa một cặp địa chỉ IP và
12

số cổng, nơi một địa chỉ thuộc vào bộ địa chỉ kiểm soát và địa chỉ kia là một địa chỉ
bên ngoài.
Hình 7 sẽ minh họa khái niệm của một lưu lượng và một kết nối.

Hình 7: Luồng và kết nối
D-WARD áp dụng bộ lọc lối vào với truyền thông đi ra, để chống lại sự lừa đảo
ngẫu nhiên. D-WARD có khả năng điều khiển các cuộc tấn công mà dùng lừa đảo

subnet.
2.3. Dấu hiệu tấn công
D-WARD theo dõi trạng thái lưu lượng và kết nối và phân loại lưu lượng hay kết
nối hoàn chỉnh như hợp lệ hay tấn công. D-WARD tìm các tấn công DDoS đi ra bở
i
giám sát truyền thông hai chiều giữa mạng nguồn và phần còn lại của mạng Internet.
Hệ thống tìm kiếm các dị thường dưới đây trong truyền thông tự động có thể là dấu
hiệu của một cuộc tấn công DDoS:
Host bên ngoài không đáp lại: Tỷ lệ gửi tín hiệu mang tính tấn công đi đôi
với tỷ lệ đáp lại thấp. Sự dị thường này có quan hệ tới các truyền thông hai chi
ều mà
cho phép một mẫu yêu cầu/đáp lại như TCP, một vài loại truyền thông ICMP, truyền
thông DNS, truyền thông NTP, Trong các truyền thông này, một bên gửi một hay vài
gói tin tới bên khác, và chờ một trả lời (hoặc xác nhận của sự nhận được hay một sự
đáp lại) trước khi gửi một vài gói tin. Bằng việc tìm ra các host bên ngoài không đáp
lại, D-WARD thực sự tập trung vào tìm ra sự nảy sinh của hiệu ứng từ chối dị
ch vụ.
Việc này là một dấu hiệu tấn công rất tin cậy, như một người tấn công phải tạo ra hiệu
ứng từ chối dịch vụ để gây ra nguy hiểm tới máy nạn nhân. Nói cách khác, cặp phát
13

hiện ra từ chối dịch vụ có thể đưa đến sự tìm ra “sau sự thật”(after-the-fact), một khi
nguy hiểm đã xảy ra. Sẽ tốt hơn nếu việc tìm ra có thể được biểu diễn ở các bước ban
đầu của cuộc tấn công, vì thế giữ gìn được nhiều tài nguyên của máy nạn nhân.
Dạng của lừa đảo IP: D-WARD triển khai bộ lọc lối vào và xóa bỏ, ở mọi th
ời
điểm, các gói tin đi ra mà không mang các địa chỉ cục bộ. Thêm vào đó, D-WARD
giám sát số lượng các kết nối đồng thời giữa mạng nguồn và từng host bên ngoài. Các
host bên ngoài này mà tiến hành một số lượng lớn kết nối khả nghi với máy nạn nhân
dường như là một phần của một cuộc tấn công lừa đảo subnet ( nơi mà máy do thám

lừa đảo các địa chỉ cục bộ tới mạng con củ
a nó). Hình thức này của việc tìm ra lừa đảo
IP không hoàn toàn chính xác, vì có thể xảy ra khi một máy đích trở nên quá phổ biến
để nhiều host cục bộ bắt đầu các kết nối hợp lệ với nó (do vậy hình thành một hiệu ứng
“giả đám đông” (“flash crowd”)).
Một khi cuộc tấn công được tìm ra, D-WARD đáp lại bằng tỷ lệ giới hạn tổng
luồng đi ra từ mạng nguồn t
ới máy nạn nhân, và vì thế giảm bớt lượng truyền thông
lớn của máy nạn nhân. Như một sự đáp lại đầy đủ, tỷ lệ giới hạn được chọn thay cho
bộ lọc. D-WARD có thể tự điều chỉnh với các gói tin thuộc các luồng và kết nối nhận
được. Sự khác nhau của các kết nối hợp lệ với tấn công là một vấn đề rất khó trong
phòng th
ủ DdoS, D-WARD biểu diễn sự khác nhau trong hai cách:
Nó giám sát các kết nối ở mọi lúc, và dùng các mẫu kết nối hợp lệ để tìm ra các
kết nối hợp lệ. Mỗi khi tìm ra, các kết nối này được ghi vào trong Danh sách kết nối
hợp lệ (Legitimate Connection List). Khi cuộc tấn công được tìm ra, các gói tin thuộc
các kết nối trong Danh sách kết nối hợp lệ dường như hợp lệ, và không phải chịu tỷ lệ
giới hạn. Vì tình trạ
ng kết nối được đánh giá lại theo định kỳ, các kết nối có ác ý mà
được ghi vào Danh sách kết nối hợp lệ. Chúng sẽ nhanh chóng tìm ra và được xóa
khỏi danh sách.
Trong cuộc tấn công, D-WARD dùng một bộ các mẫu để đánh giá tính hợp lệ
của các gói tin đang bắt đầu các kết nối mới. Những gói này này mà trải qua cuộc
kiểm tra tùy theo tỷ lệ giới hạn. Kỹ thuật này tăng cơ hội của việ
c tạo ra các kết nối
thành công trong cuộc tấn công, trong khi giới hạn lượng nguy hiểm mà một kẻ tấn
công lén lút có thể làm (một kẻ tấn công mà có thể phát sinh các gói tin mà vượt qua
cuộc kiểm tra hợp lệ).
2.4. Kiến trúc
14

D-WARD là một hệ thống phản hồi ngược tự điều chỉnh. Nó bao gồm các thành
phần theo dõi, giới hạn và kiểm soát truyền thông. Thành phần kiểm soát truyền thông
phải là một phần của router nguồn, trong khi thành phần theo dõi và giới hạn có thể là
một phần của một bộ độc lập mà tác động qua lại với router nguồn để các thống kê
truyền thông và cài đặt các quy tắc giới hạn. Hình 8 miêu tả ki
ến trúc D-WARD.

Hình 8. Kiến trúc D-WARD
Thành phần theo dõi giám sát tất cả mọi gói tin đi qua bộ định truyến nguồn và
thu thập thống kê về truyền thông hai chiều giữa bộ địa chỉ kiểm soát và phần còn lại
của Internet, ghi lại luồng và kết nối. Việc giám sát này có thể được thực hiện, ví dụ
như, bằng cách bắt truyền thông ở các giao diện của bộ định tuyến nguồn. Một cách
định kỳ, các thố
ng kê được so sánh với các mẫu của truyền thông hợp lệ, và các luồng
và kết nối được phân chia. Kết quả phân chia được đưa tới thành phần giới hạn, để
điều chỉnh các quy tắc giới hạn. Cả Danh sách kết nối hợp lệ và các quy tắc giới hạn
truyền tới thành phần kiểm soát truyền thông, để làm cho các giới hạn có hiệu lực và
bảo đảm việc chuyển ti
ếp của các gói tin hợp lệ. Các mức giới hạn phải chịu điểu
chỉnh các luồng truyền thông liên kết và tác động tới sự theo dõi trong tương lai, kết
thúc các vòng lặp hồi quy.
2.5. Thành phần theo dõi
15

Thành phần theo dõi thu thập các thống kê và giám sát chúng ở mức luồng và kết
nối. Các thống kê luồng được lưu trong Bảng luồng (Flow Table) trong khi các thống
kê kết nối được lưu trong Bảng kết nối (Connection Table). Vì các cuộc tấn công vùng
chứa tạm thời (spooles) có thể phát sinh một lượng lớn bản ghi trong bảng này, kích cỡ
bảng là giới hạn để tránh sự dư thừa trong sử dụng bộ nhớ.

Để cung cấp tất cả các
thông tin thích hợp trong các bảng có kích cỡ giới hạn,thành phần theo dõi xóa các
bảng: (1) xóa bỏ một cách định kỳ các bản ghi đã cũ, và (2) nếu tràn, xóa bỏ các bản
ghi mà xem như ít được dùng hơn các bản ghi khác.
Thành phần theo dõi phân chia một cách định kỳ các luồng và kết nối. Phân chia
luồng được dùng để tìm ra sự xảy ra của một cuộc tấn công DDoS, trong khi phân chia
kết nối được dùng để nhận ra các kết n
ối hợp lệ để mà nhận được dịch vụ tốt trong
trường hợp luồng kết hợp trở nên bị giới hạn. Sơ lược kết nối tiếp tục được thực hiện
(ngược lại với sơ lược trức tiếp mỗi khi cuộc tấn công được tìm ra). Lợi thế của
phương pháp này là Bảng kết nối hợp lệ đã sẵ
n sàng tồn tại khi cuộc tấn công xảy ra.
D-WARD dùng kiến thức này để duy trì cung cấp dịch vụ tốt tới các kết nối trong
bảng, do vậy chúng không chịu nguy hiểm bởi cuộc tấn công. Nếu D-WARD dùng sơ
lược trực tiếp, một thời gian trễ sẽ tồn tại giữa tín hiệu phát hiện tấn công và sự cư trú
của bảng kết nối hợp lệ. Trong thời gian này, truyền thông kết n
ối hợp lệ sẽ nguy hiểm
bởi các cuộc tấn công.
2.5.1. Các đặc điểm và sự phân loại luồng
Mỗi gói tin đi ra và đi vào đều đổi sang một bản ghi trong Bảng luồng. Vì
vậy,một luồng đi ra có thể bao gồm hỗn hợp của nhiều giao thức giao vận và các
chương trình, các bản ghi luồng bao gồm vài trường dành cho việc xác định các đặc
điểm giao thức. D-WARD hiện t
ại phân chia các đặc điểm thành 3 loại giao vận với
luồng: TCP, UDP, và ICMP. Các đặc điểm nào sẽ được gán cho giao thức giao vận
phụ thuộc vào các mẫu luồng hợp lệ. Sự phân chia luồng được thực hiện trong mỗi
Khoảng theo dõi luồng (giây). Trong sự phân chia, D-WARD so sánh các đặc điểm
luồng cho mỗi trường giao thức với các mẫu luồng hợp lệ tương ứng. Mỗi luồng sẽ
đượ
c phân chia:

Tấn công nếu ít nhất một trường của các đặc điểm không khớp với mẫu tương
ứng.
Khả nghi nếu các đặc điểm hay tất cả các trường khớp với các mẫu tương ứng,
nhưng luồng được phân loại là tấn công gần đây.
16

Bình thường nếu các đặc điểm hay tất cả các trường khớp với các mẫu tương
ứng và luồng không bị phân loại là tấn công gần đây.
Mỗi khi cuộc tấn công lắng xuống, luồng đầu tiên sẽ được phân chia là khả nghi
trong thời gian tuân theo (Compliance Period) giây. Sự phân loại khả nghi kéo theo
việc tăng chậm, cẩn thận của mức giới hạn. Nếu cuộc tấn công lặp l
ại trước thời gian
tuân theo hết hạn, luồng sẽ lại bị phân loại là tấn công. Nếu không, luồng sẽ được phân
loại là bình thường. Sự khác biệt giữa luồng khả nghi và bình thường là giảm tối thiểu
nguy hiểm từ các cuộc tấn công lặp lại. Các cuộc tấn công lặp lại với một khoảng ngắn
hơn thời gian tuân theo sẽ chỉ đạt được lự
c lượng đầy đủ của chúng trong lần vi phạm
đầu tiên.
Các mẫu dưới đây được dùng trong việc phân loại luồng.
Mẫu luồng TCP hợp lệ: Một phần lớn của giao vận trong Internet (khoảng
90%) là giao vận TCP. Giao vận TCP dùng một cơ chế truyền thông 2 chiều để thu
được sự phân phối tin cậy. Trong một phiên TCP, luồng dữ liệu từ host nguồn tới host
đích được điều khiển b
ởi luồng xác nhận (acknowledgment) theo chiều ngược lại. Nếu
luồng xác nhận giảm, đây là được cân nhắc như dấu hiệu của tắc nghẽn và tỷ lệ gửi
nhanh chóng giảm. Vì thế, truyền thông TCP bình thường có thể được mô hình hóa bởi
tỷ lệ số gói tin gửi tới và nhận từ một đích đến chỉ định. Theo ý tưởng, tỷ lệ này sẽ là
1, nhưng sự tắc nghẽ
n mạng và sự thi hành TCP khác dùng khoảng trễ và các xác nhận
có lựa chọn đẩy tới nó dẫn tới giá trị hơi cao hơn. Mẫu TCP hợp lệ của D-WARD định

nghĩa TCP
rto
là tỷ lệ lớn nhất cho phép của số lượng gói tin gửi và nhận trong luồng.
Luồng được phân loại như là một luồng tấn công nếu tỷ lệ gói tin của nó là trên
ngưỡng cho phép. Tỷ lệ gói tin được theo dõi là được dàn xếp trước sự phân loại để
tránh nhiễu trong các phép đo. Truyền thông kết nối hợp lệ không phải chịu mức giới
hạn và vì vậy không ảnh hưởng bởi giá trị
thời gian tuân theo. D-WARD dùng 3 cho
giá trị TCP
rto

Mẫu luồng ICMP hợp lệ: Các tin nhắn ICMP được dùng như các tin nhắn điều
khiển ngoài luồng để báo cáo vài lỗi mạng hay để giúp đỡ việc sửa chữa mạng. Không
may,chúng được dùng thành công cho các cuộc tấn công khác nhau. Giao thức ICMP
chỉ định nhiều loại tin nhắn khác nhau. Trong lúc hoạt động bình thường, các tin nhắn
“timestamp”, “information request”, và “echo” phải đi kèm với đáp lại tương ứng.
Dùng sự theo dõi này, mẫu luồng ICMP bình thường định ngh
ĩa ICMP
rto
như là tỷ lệ
cho phép lớn nhất của số lượng echo, timestamp, và information request và đáp lại các
gói tin được gửi và nhận trong luồng. Tần số của các tin nhắn ICMP khác, như không
17

tìm thấy host đích(destination unreachable), source quench, redirect,… được kỳ vọng
là rất nhỏ để một mức giới hạn được điều khiển có thể dùng để điều khiển một phần
giao vận.
Mẫu luồng UDP hợp lệ: Giao thức UDP được dùng để phân phối thông điệp
không tin cậy và trong đời thường không yêu cầu các gói tin ngược cho hoạt động
đúng của nó. Nhiều ứng dụng dùng UDP phát sinh m

ột mức tương đối không đổi gói
tin, nhưng mức lớn nhất phụ thuộc lớn vào ứng dụng tầng dưới. Thêm vào đó, các
người dùng có thể viết ứng dụng dùng giao vận UDP, mà xa hơn là cản trở định nghĩa
của các mẫu giao vận UDP. D-WARD định nghĩa một mẫu luồng UDP hợp lệ rất rộng
lớn, có gắng để phát hiện chỉ các cuộc tấn công UDP mà dùng nhiều subnet spoofing
hay g
ửi ở một tỷ lệ rất cao. Một giải pháp thay thế là xây dựng một mẫu luồng hợp lệ
cho mỗi chương trình mà dùng UDP, và phát hiện các cuộc tấn công khi giao vận UDP
lạ được theo dõi. Giải pháp này được dùng một phần cho các mẫu kết nối UDP hợp lệ.
Nó sẽ gần như phát hiện nhiều cuộc tấn công dựa vào UDP, nhưng nó đắt tiền đến
mức không thể mua được như nhi
ều đặc điểm hơn được lưu trữ. Thêm vào đó, vì
nhiều người có thể định nghĩa các ứng dụng UDP mới, các mẫu sẽ phải cập nhật định
kỳ. Các máy khách nhận luồng dữ liệu có thể cài đặt các quy tắc tường lửa để chỉ cho
phép giao vận UDP đi về trong các kết nối được kiến tạo bởi client. Mẫu luồng UDP
hợp lệ đượ
c xác định theo 2 ngưỡng: n
conn
– giới hạn trên của lượng kết nối được phép
trên mỗi máy đích, và p
conn
– giới hạn dưới của số lượng gói tin được phép trên mỗi
kết nối. Các ngưỡng giúp nhận ra một cuộc tấn công UDP thông qua các kết nối lừa
đảo, phát hiện sự cố của nhiều kết nối với rất ít gói tin trên mỗi kết nối. Mẫu phân loại
một luồng như một cuộc tấn công khi cả 2 ngưỡng nay bị vi phạm.
2.5.2 Các đặc điểm kết nối và sự
phân loại kết nối
Mỗi gói tin đi ra và đi vào đều đổi sang một bản ghi trong Bảng kết nối. Mỗi kết
nối có thể chỉ mang giao vận từ một giao thức và một ứng dụng. Các mẫu kết nối hợp
lệ xác định các nội dung đặc điểm. Sự phân loại kết nối được thực hiện mỗi khoảng

theo dõi kết nối (giây). Trong phân lo
ại, D-WARD so sánh các đặc điểm kết nối với
các mẫu kết nối hợp lệ tương ứng. Một kết nối sẽ được phân loại:
Tốt nếu các đặc điểm của nó khớp với mẫu tương ứng.
Xấu nếu các đặc điểm của nó không khớp với mẫu tương ứng.
Nhất thời nếu không đủ dữ li
ệu để thực hiện phân loại.