Luận Văn Phòng chống tấn công từ chối dịch vụ phân tán vào các website

TÓM TẮT

Phòng chống tấn công từ chối dịch vụ, đặc biệt là các cuộc tấn công từ chối dịch vụ phân tán vào các Website vẫn đang là đề tài nhận được rất nhiều quan tâm của các nhà nghiên cứu. Bên cạnh những khó khăn do cơ sở hạ tầng mạng còn yếu kém, sự phát triển không ngừng của các công cụ và phương pháp tấn công khiến cho việc phòng và chống tấn công từ chối dịch vụ trở thành một vấn đề rất nan giải. Khóa luận này sẽ trình bày về một phương pháp phòng chống tấn công từ chối dịch vụ hiệu quả bằng cách sử dụng một kiến trúc mạng bao phủ để bảo vệ Website. Trong kiến trúc này, một nhóm các SOAP, secure overlay Access Point, sẽ thực hiện chức năng kiểm tra và phân biệt người truy cập với các chương trình độc hại của những kẻ tấn công, để đưa yêu cầu của người dùng hợp lệ đến các node bí mật trong mạng bao phủ bằng kết nối SSL thông qua mạng đó. Sau đó các node bí mật sẽ chuyển tiếp yêu cầu người dùng, qua một vùng lọc, đến với Server đích. Việc dùng các bộ lọc mạnh để lọc các yêu cầu độc hại gửi trực tiếp đến Server đích, chỉ cho phép các node bí mật được truy cập, cùng với việc sử dụng mạng bao phủ để che giấu các node bí mật, và nhóm các SOAP trong mạng bao phủ có thể bị tấn công để sẵn sàng được thay thế bằng các SOAP khác, giúp cho Website được bảo vệ và hạn chế tối đa tác động của các cuộc tấn công. Tuy vậy kiến trúc tỏ ra bất lực khi một hoặc một số các node trong mạng bao phủ bị chiếm dụng trở thành node gây hại và tấn công mạng. Khóa luận đã thực hiện các cải tiến, để có thể phát hiện tình huống node gây hại tấn công, và tự động chuyển hướng truy vấn để tránh khỏi sự tấn công gây hại. Sau khi xây dựng một kịch bản tấn công, kiến trúc cải tiến đã được kiểm tra cho thấy kết quả rất khả quan.

Từ khóa: Denial of Service, overlay node, Graphic Turing Test











MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: CÁC CÁCH THỨC TẤN CÔNG TỪ CHỐI DỊCH VỤ 3

1.1 Thiết lập nên mạng Agent 3

1.1.1 Tìm kiếm các máy dễ bị tổn thương 3

1.1.2 Đột nhập vào máy dễ bị tổn thương 3

1.1.3 Phương pháp lây truyền 4

1.2 Điều khiển mạng lưới máy Agent 5

1.2.1 Gửi lệnh trực tiếp 5

1.2.2 Gửi lệnh gián tiếp 5

1.2.3 Unwitting Agent 6

1.2.4 Thực hiện tấn công 7

1.3 Các cách thức tấn công từ chối dịch vụ 8

1.3.1 Khai thác các điểm yếu của mục tiêu 8

1.3.2 Tấn công vào giao thức 8

1.3.3 Tấn công vào Middleware 10

1.3.4 Tấn công vào ứng dụng 10

1.3.5 Tấn công vào tài nguyên 11

1.3.6 Pure Flooding 11

1.4 IP Spoofing 12

1.5 Xu hướng của DoS 13

Chương 2: CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG TRUYỀN THỐNG 14

2.1 Biện pháp pushback 14

2.2 Biện pháp Traceback 15

2.3 Biện pháp D-WARD 18

2.4 Biện pháp NetBouncer 19

2.5 Biện pháp “Proof of Work” 20

2.6 Biện pháp DefCOM 21

2.7 Biện pháp COSSACK 22

2.8 Biện pháp Pi 23

2.9 Biện pháp SIFF 24

2.10 Biện pháp lọc đếm chặng HCF 25

Chương 3: SOS VÀ WEBSOS 27

3.1 Giao thức Chord 27

3.2 Kiến trúc SOS 29

3.3 Kiến trúc WebSOS 31

3.3.1 Giải pháp đề xuất 31

3.3.2 Kiến trúc của WebSOS 31

3.3.3 Cơ chế của WebSOS 32

3.3.3.1 Cơ chế chung 32

3.3.3.2 Cơ chế định tuyến 34

3.3.4 Cơ chế bảo vệ 34

3.3.5 Đánh giá ưu, nhược điểm của kiến trúc WebSOS 36

Chương 4: THỰC NGHIỆM, CẢI TIẾN VÀ KẾT QUẢ 37

4.1 Môi trường thực nghiệm 37

4.2 Cài đặt kiến trúc WebSOS 37

4.3 Kiểm tra độ trễ của các kết nối 38

4.4 Đề xuất cải tiến 39

4.4.1 Vấn đề về mạng bao phủ của WebSOS 39

4.4.2 Đề xuất cải tiến 40

4.4.3 Thực thi đề xuất 42

4.4.3.1 Kịch bản thử nghiệm 42

4.3.3.2 Kết quả thử nghiệm 43

4.3.3.2.1 Với chương trình gốc 43

4.3.3.2.2 Với chương trình cải tiến 44

4.4.4 Đánh giá hiệu năng của chương trình cải tiến 46

Chương 5: KẾT LUẬN 50

5.1 Các kết quả đã đạt được 50

5.2 Các kết quả hướng tới 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52















MỞ ĐẦU

Tấn công từ chối dịch vụ (Dos, Denial of Services) đã ngày càng trở thành một mối đe dọa lớn đối với sự tin cậy của mạng internet. Là các cuộc tấn công sử dụng nhiều cách thức tổ chức và thực hiện khác nhau, từ việc dùng chỉ một máy tới việc thu thập các máy agent dưới quyền với số lượng lên đến hàng chục ngàn máy phục vụ tấn công, mục đích của các cuộc tấn công là làm tê liệt các ứng dụng, máy chủ, toàn bộ mạng lưới, hoặc làm gián đoạn kết nối của người dùng hợp pháp tới Website đích. Một nghiên cứu tại UCSD [23] đã chỉ ra rằng ngay từ đầu thập niên này các cuộc tấn công từ chối dịch vụ đã diễn ra với một tỷ lệ lên tới 4000 cuộc tấn công mỗi tuần. Trong năm 2002, một cuộc tấn công từ chối dịch vụ [22] đã làm sập tới 9 trong số 13 máy chủ DNS root của toàn thế giới. Mức độ ảnh hưởng nghiêm trọng của các cuộc tấn công từ chối dịch vụ, mà đặc biệt được nhắc đến nhiều nhất là tấn công từ chối dịch vụ phân tán DDoS, đã dẫn đến một loạt các nghiên cứu nhằm hiểu rõ hơn về các cơ chế tấn công, để đưa tới các cách thức giúp có thể phòng chống ảnh hưởng tiêu cực của nó. Có nhiều phương pháp đã được đề xuất nhằm chống lại các cuộc tấn công từ chối dịch vụ, từ việc lọc các gói tin để tránh giả mạo địa chỉ nguồn, chuyển hướng tấn công, đẩy ngược luồng giao thông tấn công trở lại mạng, cách ly để phân biệt máy khách và giao thông máy chủ, Mỗi giải pháp đó đều rất tốt, và cung cấp kĩ thuật giúp chúng ta định vị vấn đề tấn công từ chối dịch vụ. Song các phương pháp chỉ có thể bảo vệ lại từng khía cạnh của tấn công từ chối dịch vụ. Khóa luận của tôi trình bày một phương pháp phòng chống tấn công từ chối dịch vụ phân tán rất hiệu quả và toàn diện hơn thế. Đó là việc áp dụng kiến trúc mạng bao phủ, để bảo vệ mục tiêu khỏi sự tiếp cận của kẻ tấn công. Dựa trên kiến trúc mạng bao phủ, có một số đề xuất được đưa ra đó là kiến trúc SOS và WebSOS. Kiến trúc SOS sử dụng một mạng bao phủ để chỉ cho các truy vấn hợp pháp đã qua xác thực được phép đến server đích. Dựa vào việc sử dụng các node bí mật, và chỉ có giao thông từ các node này mới có thể đến được server đích, kiến trúc tỏ ra khá hiệu quả trong việc bảo vệ Website. Kế thừa kiến trúc SOS, WebSOS triển khai mạng bao phủ với một số cơ chế cải tiến như xác thực người dùng thông qua bài kiểm tra CAPTCHA, kết nối thông qua proxylet cùng với việc xác thiết lập kết nối SSL và xác thực X.509, nhằm tăng mức độ bảo mật hơn cho hệ thống. Để giúp cho WebSOS có thể tránh được cả các trường hợp các node trong mạng bao phủ bị chiếm dụng trở thành nguồn tấn công, chúng tôi đưa ra các đề xuất cải tiến nhằm tự động phát hiện, và thay đổi truy vấn để tránh được cuộc tấn công như vậy.

Phần tiếp theo của khóa luận được tổ chức như sau:

Chương 1: Các phương thức tấn công từ chối dịch vụ nêu lên một cách tổng quan về các cách thức một kẻ tấn công phải thực hiện nhằm tạo ra một cuộc tấn công từ chối dịch vụ.

Chương 2: Các phương pháp phòng chống tấn công từ chối dịch vụ đã được đề xuất trước đây. Nhiều phương pháp hiện nay vẫn là những nghiên cứu đáng quan tâm trong lĩnh vực phòng chống tấn công từ chối dịch vụ. Các phương pháp lọc, với sự phát triển của cơ sở hạ tấng mạng, nếu được thực hiện đồng bộ có thể giảm thiểu nguy cơ tấn công từ chối dịch vụ cho các Website.

Chương 3: SOS và WebSOS, giới thiệu về cơ chế của hai kiến trúc bảo vệ Website khỏi tấn công từ chối dịch vụ thông qua việc sử dụng mạng bao phủ và node bí mật. Từ đó nêu lên các đặc điểm cốt lỗi được tôi sử dụng để tham gia vào kiến trúc được cải tiến nhằm phòng chống tấn công từ chối dịch vụ.

Chương 4: Thực nghiệm, cải tiến và kết quả nêu lên những kết quả của tôi trong việc thực hiện triển khai mô hình kiến trúc WebSOS và các phân tích nhằm đưa ra cải tiến giúp hệ thống trở lên mạnh mẽ hơn chống lại các cuộc tấn công ngay từ trong các node thuộc mạng bao phủ khi một số node bị chiếm dụng trở thành nguồn tấn công. Chương 4 cũng đưa ra các kết quả đánh giá hiệu năng của kiến trúc nguồn WebSOS và kiến trúc cải tiến thông qua kịch bản tấn công được xây dựng và qua việc đo một số thông số về độ trễ truy vấn thực hiện qua mô hình các kiến trúc này.

Chương 5: Kết luận tổng kết lại các kết quả đã đạt được, cùng với các kết quả mà nghiên cứu khóa luận hướng tới nhằm hoàn thiện mô hình để hướng tới mục tiêu có thể triển khai thực hiện.