據(jù)統(tǒng)計，在所有黑客攻擊事件中，SYN攻擊是最常見又最容易被利用的一種攻擊手法。相信很多人還記得2000年YAHOO網(wǎng)站遭受的攻擊事例，當時黑客利用的就是簡單而有效的SYN攻擊，有些網(wǎng)絡蠕蟲病毒配合SYN攻擊造成更大的破壞。本文介紹SYN攻擊的基本原理、工具及檢測方法，并全面探討SYN攻擊防范技術。

    一、TCP握手協(xié)議

    在TCP/IP協(xié)議中，TCP協(xié)議提供可靠的連接服務，采用三次握手建立一個連接。

    第一次握手：建立連接時，客戶端發(fā)送syn包(syn=j)到服務器，并進入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務器確認；

    第二次握手：服務器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=j+1），同時自己也發(fā)送一個SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時服務器進入SYN_RECV狀態(tài)；

    第三次握手：客戶端收到服務器的SYN＋ACK包，向服務器發(fā)送確認包ACK(ack=k+1)，此包發(fā)送完畢，客戶端和服務器進入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手。

    完成三次握手，客戶端與服務器開始傳送數(shù)據(jù)，在上述過程中，還有一些重要的概念：

    未連接隊列：在三次握手協(xié)議中，服務器維護一個未連接隊列，該隊列為每個客戶端的SYN包（syn=j）開設一個條目，該條目表明服務器已收到SYN包，并向客戶發(fā)出確認，正在等待客戶的確認包。這些條目所標識的連接在服務器處于Syn_RECV狀態(tài)，當服務器收到客戶的確認包時，刪除該條目，服務器進入ESTABLISHED狀態(tài)。
Backlog參數(shù)：表示未連接隊列的最大容納數(shù)目。

    SYN-ACK 重傳次數(shù)　服務器發(fā)送完SYN－ACK包，如果未收到客戶確認包，服務器進行首次重傳，等待一段時間仍未收到客戶確認包，進行第二次重傳，如果重傳次數(shù)超過系統(tǒng)規(guī)定的最大重傳次數(shù)，系統(tǒng)將該連接信息從半連接隊列中刪除。注意，每次重傳等待的時間不一定相同。

    半連接存活時間：是指半連接隊列的條目存活的最長時間，也即服務從收到SYN包到確認這個報文無效的最長時間，該時間值是所有重傳請求包的最長等待時間總和。有時我們也稱半連接存活時間為Timeout時間、SYN_RECV存活時間。

    二、SYN攻擊原理

    SYN攻擊屬于DOS攻擊的一種，它利用TCP協(xié)議缺陷，通過發(fā)送大量的半連接請求，耗費CPU和內(nèi)存資源。SYN攻擊除了能影響主機外，還可以危害路由器、防火墻等網(wǎng)絡系統(tǒng)，事實上SYN攻擊并不管目標是什么系統(tǒng)，只要這些系統(tǒng)打開TCP服務就可以實施。從上圖可看到，服務器接收到連接請求（syn=j），將此信息加入未連接隊列，并發(fā)送請求包給客戶（syn=k,ack=j+1），此時進入SYN_RECV狀態(tài)。當服務器未收到客戶端的確認包時，重發(fā)請求包，一直到超時，才將此條目從未連接隊列刪除。配合IP欺騙，SYN攻擊能達到很好的效果，通常，客戶端在短時間內(nèi)偽造大量不存在的IP地址，向服務器不斷地發(fā)送syn包，服務器回復確認包，并等待客戶的確認，由于源地址是不存在的，服務器需要不斷的重發(fā)直至超時，這些偽造的SYN包將長時間占用未連接隊列，正常的SYN請求被丟棄，目標系統(tǒng)運行緩慢，嚴重者引起網(wǎng)絡堵塞甚至系統(tǒng)癱瘓。

    三、SYN攻擊工具

    SYN攻擊實現(xiàn)起來非常的簡單，互聯(lián)網(wǎng)上有大量現(xiàn)成的SYN攻擊工具。

    windows系統(tǒng)下的SYN工具

    以synkill.exe為例，運行工具，選擇隨機的源地址和源端囗，并填寫目標機器地址和TCP端囗，激活運行，很快就會發(fā)現(xiàn)目標系統(tǒng)運行緩慢。如果攻擊效果不明顯，可能是目標機器并未開啟所填寫的TCP端囗或者防火墻拒絕訪問該端囗，此時可選擇允許訪問的TCP端囗，通常，windows系統(tǒng)開放tcp139端囗，UNIX系統(tǒng)開放tcp7、21、23等端囗。

    四、檢測SYN攻擊

    檢測SYN攻擊非常的方便，當你在服務器上看到大量的半連接狀態(tài)時，特別是源IP地址是隨機的，基本上可以斷定這是一次SYN攻擊。我們使用系統(tǒng)自帶的netstat 工具來檢測SYN攻擊：

　　# netstat -n -p TCP
　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　124.173.152.8:25882　 SYN_RECV　-
　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　236.15.133.204:2577　 SYN_RECV　-
　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　127.160.6.129:51748　 SYN_RECV　-
　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　222.220.13.25:47393　 SYN_RECV　-
　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　212.200.204.182:60427 SYN_RECV　-
　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　232.115.18.38:278　　 SYN_RECV　-
　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　239.116.95.96:5122　　SYN_RECV　-
　　tcp　0　 0 10.11.11.11:23　　236.219.139.207:49162 SYN_RECV　-
　　...

    上面是在LINUX系統(tǒng)中看到的，很多連接處于SYN_RECV狀態(tài)（在WINDOWS系統(tǒng)中是SYN_RECEIVED狀態(tài)），源IP地址都是隨機的，表明這是一種帶有IP欺騙的SYN攻擊。

    我們也可以通過下面的命令直接查看在LINUX環(huán)境下某個端囗的未連接隊列的條目數(shù)：

　　＃netstat -n -p TCP | grep SYN_RECV | grep :22 | wc -l
　　324

    顯示TCP端囗22的未連接數(shù)有324個，雖然還遠達不到系統(tǒng)極限，但應該引起管理員的注意。

    五、SYN攻擊防范技術

    關于SYN攻擊防范技術，人們研究得比較早。歸納起來，主要有兩大類，一類是通過防火墻、路由器等過濾網(wǎng)關防護，另一類是通過加固TCP/IP協(xié)議棧防范.但必須清楚的是，SYN攻擊不能完全被阻止，我們所做的是盡可能的減輕SYN攻擊的危害，除非將TCP協(xié)議重新設計。

    1、過濾網(wǎng)關防護

    這里，過濾網(wǎng)關主要指明防火墻，當然路由器也能成為過濾網(wǎng)關。防火墻部署在不同網(wǎng)絡之間，防范外來非法攻擊和防止保密信息外泄，它處于客戶端和服務器之間，利用它來防護SYN攻擊能起到很好的效果。過濾網(wǎng)關防護主要包括超時設置，SYN網(wǎng)關和SYN代理三種。

    ■網(wǎng)關超時設置：防火墻設置SYN轉(zhuǎn)發(fā)超時參數(shù)（狀態(tài)檢測的防火墻可在狀態(tài)表里面設置），該參數(shù)遠小于服務器的timeout時間。當客戶端發(fā)送完SYN包，服務端發(fā)送確認包后（SYN＋ACK），防火墻如果在計數(shù)器到期時還未收到客戶端的確認包（ACK），則往服務器發(fā)送RST包，以使服務器從隊列中刪去該半連接。值得注意的是，網(wǎng)關超時參數(shù)設置不宜過小也不宜過大，超時參數(shù)設置過小會影響正常的通訊，設置太大，又會影響防范SYN攻擊的效果，必須根據(jù)所處的網(wǎng)絡應用環(huán)境來設置此參數(shù)。

    ■SYN網(wǎng)關：SYN網(wǎng)關收到客戶端的SYN包時，直接轉(zhuǎn)發(fā)給服務器；SYN網(wǎng)關收到服務器的SYN/ACK包后，將該包轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端，同時以客戶端的名義給服務器發(fā)ACK確認包。此時服務器由半連接狀態(tài)進入連接狀態(tài)。當客戶端確認包到達時，如果有數(shù)據(jù)則轉(zhuǎn)發(fā)，否則丟棄。事實上，服務器除了維持半連接隊列外，還要有一個連接隊列，如果發(fā)生SYN攻擊時，將使連接隊列數(shù)目增加，但一般服務器所能承受的連接數(shù)量比半連接數(shù)量大得多，所以這種方法能有效地減輕對服務器的攻擊。

    ■SYN代理：當客戶端SYN包到達過濾網(wǎng)關時，SYN代理并不轉(zhuǎn)發(fā)SYN包，而是以服務器的名義主動回復SYN/ACK包給客戶，如果收到客戶的ACK包，表明這是正常的訪問，此時防火墻向服務器發(fā)送ACK包并完成三次握手。SYN代理事實上代替了服務器去處理SYN攻擊，此時要求過濾網(wǎng)關自身具有很強的防范SYN攻擊能力。
　
    2、加固tcp/ip協(xié)議棧

    防范SYN攻擊的另一項主要技術是調(diào)整tcp/ip協(xié)議棧，修改tcp協(xié)議實現(xiàn)。主要方法有SynAttackProtect保護機制、SYN cookies技術、增加最大半連接和縮短超時時間等。tcp/ip協(xié)議棧的調(diào)整可能會引起某些功能的受限，管理員應該在進行充分了解和測試的前提下進行此項工作。

    ■SynAttackProtect機制

    為防范SYN攻擊，win2000系統(tǒng)的tcp/ip協(xié)議棧內(nèi)嵌了SynAttackProtect機制，Win2003系統(tǒng)也采用此機制。SynAttackProtect機制是通過關閉某些socket選項，增加額外的連接指示和減少超時時間，使系統(tǒng)能處理更多的SYN連接，以達到防范SYN攻擊的目的。默認情況下，Win2000操作系統(tǒng)并不支持SynAttackProtect保護機制，需要在注冊表以下位置增加SynAttackProtect鍵值：

　　HKLMSYSTEMCurrentControlSetServicesTcpipParameters

    當SynAttackProtect值（如無特別說明，本文提到的注冊表鍵值都為十六進制）為0或不設置時，系統(tǒng)不受SynAttackProtect保護。

    當SynAttackProtect值為1時，系統(tǒng)通過減少重傳次數(shù)和延遲未連接時路由緩沖項（route cache entry）防范SYN攻擊。

    當SynAttackProtect值為2時（Microsoft推薦使用此值），系統(tǒng)不僅使用backlog隊列，還使用附加的半連接指示，以此來處理更多的SYN連接，使用此鍵值時，tcp/ip的TCPInitialRTT、window size和可滑動窗囗將被禁止。

    我們應該知道，平時，系統(tǒng)是不啟用SynAttackProtect機制的，僅在檢測到SYN攻擊時，才啟用，并調(diào)整tcp/ip協(xié)議棧。那么系統(tǒng)是如何檢測SYN攻擊發(fā)生的呢？事實上，系統(tǒng)根據(jù)TcpMaxHalfOpen,TcpMaxHalfOpenRetried 和TcpMaxPortsExhausted三個參數(shù)判斷是否遭受SYN攻擊。

    TcpMaxHalfOpen 表示能同時處理的最大半連接數(shù)，如果超過此值，系統(tǒng)認為正處于SYN攻擊中。Win2000　server默認值為100，Win2000　Advanced server為500。

    TcpMaxHalfOpenRetried定義了保存在backlog隊列且重傳過的半連接數(shù)，如果超過此值，系統(tǒng)自動啟動SynAttackProtect機制。Win2000　server默認值為80，Win2000 Advanced server為400。

    TcpMaxPortsExhausted　是指系統(tǒng)拒絕的SYN請求包的數(shù)量，默認是5。

    如果想調(diào)整以上參數(shù)的默認值，可以在注冊表里修改（位置與SynAttackProtect相同）

    ■ SYN cookies技術

    我們知道，TCP協(xié)議開辟了一個比較大的內(nèi)存空間backlog隊列來存儲半連接條目，當SYN請求不斷增加，并這個空間，致使系統(tǒng)丟棄SYN連接。為使半連接隊列被塞滿的情況下，服務器仍能處理新到的SYN請求，SYN cookies技術被設計出來。

    SYN cookies應用于linux、FreeBSD等操作系統(tǒng)，當半連接隊列滿時，SYN　cookies并不丟棄SYN請求，而是通過加密技術來標識半連接狀態(tài)。

    在TCP實現(xiàn)中，當收到客戶端的SYN請求時，服務器需要回復SYN＋ACK包給客戶端，客戶端也要發(fā)送確認包給服務器。通常，服務器的初始序列號由服務器按照一定的規(guī)律計算得到或采用隨機數(shù)，但在SYN cookies中，服務器的初始序列號是通過對客戶端IP地址、客戶端端囗、服務器IP地址和服務器端囗以及其他一些安全數(shù)值等要素進行hash運算，加密得到的，稱之為cookie。當服務器遭受SYN攻擊使得backlog隊列滿時，服務器并不拒絕新的SYN請求，而是回復cookie（回復包的SYN序列號）給客戶端， 如果收到客戶端的ACK包，服務器將客戶端的ACK序列號減去1得到cookie比較值，并將上述要素進行一次hash運算，看看是否等于此cookie。如果相等，直接完成三次握手（注意：此時并不用查看此連接是否屬于backlog隊列）。

    在RedHat linux中，啟用SYN cookies是通過在啟動環(huán)境中設置以下命令來完成：

　　# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies

    ■ 增加最大半連接數(shù)

    大量的SYN請求導致未連接隊列被塞滿，使正常的TCP連接無法順利完成三次握手，通過增大未連接隊列空間可以緩解這種壓力。當然backlog隊列需要占用大量的內(nèi)存資源，不能被無限的擴大。

    WIN2000：除了上面介紹的TcpMaxHalfOpen, TcpMaxHalfOpenRetried參數(shù)外，WIN2000操作系統(tǒng)可以通過設置動態(tài)backlog(dynamic backlog)來增大系統(tǒng)所能容納的最大半連接數(shù)，配置動態(tài)backlog由AFD.SYS驅(qū)動完成，AFD.SYS是一種內(nèi)核級的驅(qū)動，用于支持基于window socket的應用程序，比如ftp、telnet等。AFD.SYS在注冊表的位置：
HKLMSystemCurrentControlSetServicesAFDParametersEnableDynamicBacklog值為1時，表示啟用動態(tài)backlog，可以修改最大半連接數(shù)。　

    MinimumDynamicBacklog表示半連接隊列為單個TCP端囗分配的最小空閑連接數(shù)，當該TCP端囗在backlog隊列的空閑連接小于此臨界值時，系統(tǒng)為此端囗自動啟用擴展的空閑連接（DynamicBacklogGrowthDelta），Microsoft推薦該值為20。

    MaximumDynamicBacklog是當前活動的半連接和空閑連接的和，當此和超過某個臨界值時，系統(tǒng)拒絕SYN包，Microsoft推薦MaximumDynamicBacklog值不得超過2000。

    DynamicBacklogGrowthDelta值是指擴展的空閑連接數(shù)，此連接數(shù)并不計算在MaximumDynamicBacklog內(nèi)，當半連接隊列為某個TCP端囗分配的空閑連接小于MinimumDynamicBacklog時，系統(tǒng)自動分配DynamicBacklogGrowthDelta所定義的空閑連接空間，以使該TCP端囗能處理更多的半連接。Microsoft推薦該值為10。

    LINUX：Linux用變量tcp_max_syn_backlog定義backlog隊列容納的最大半連接數(shù)。在Redhat 7.3中，該變量的值默認為256，這個值是遠遠不夠的，一次強度不大的SYN攻擊就能使半連接隊列占滿。我們可以通過以下命令修改此變量的值：

　　# sysctl -w net.ipv4.tcp_max_syn_backlog="2048"

    Sun Solaris Sun Solaris用變量tcp_conn_req_max_q0來定義最大半連接數(shù)，在Sun Solaris 8中，該值默認為1024，可以通過add命令改變這個值：

　　# ndd -set /dev/tcp tcp_conn_req_max_q0 2048

    HP-UX：HP-UX用變量tcp_syn_rcvd_max來定義最大半連接數(shù)，在HP-UX　11.00中，該值默認為500，可以通過ndd命令改變默認值：

　　＃ndd -set /dev/tcp tcp_syn_rcvd_max 2048

    ■縮短超時時間

    上文提到，通過增大backlog隊列能防范SYN攻擊；另外減少超時時間也使系統(tǒng)能處理更多的SYN請求。我們知道，timeout超時時間，也即半連接存活時間，是系統(tǒng)所有重傳次數(shù)等待的超時時間總和，這個值越大，半連接數(shù)占用backlog隊列的時間就越長，系統(tǒng)能處理的SYN請求就越少。為縮短超時時間，可以通過縮短重傳超時時間（一般是第一次重傳超時時間）和減少重傳次數(shù)來實現(xiàn)。

    Win2000第一次重傳之前等待時間默認為3秒，為改變此默認值，可以通過修改網(wǎng)絡接囗在注冊表里的TcpInitialRtt注冊值來完成。重傳次數(shù)由TcpMaxConnectResponseRetransmissions 來定義，注冊表的位置是：HKLMSYSTEMCurrentControlSetServicesTcpipParameters registry key。

    當然我們也可以把重傳次數(shù)設置為0次，這樣服務器如果在3秒內(nèi)還未收到ack確認包就自動從backlog隊列中刪除該連接條目。

    LINUX：Redhat使用變量tcp_synack_retries定義重傳次數(shù)，其默認值是5次，總超時時間需要3分鐘。

    Sun Solaris Solaris　默認的重傳次數(shù)是3次，總超時時間為3分鐘，可以通過ndd命令修改這些默認值。