Linux下DOS攻擊防御防火墻的設計與實現(xiàn)

禹定臣 夏躍偉 劉金廣

(1.黃淮學院信息工程學院,河南駐馬店 463000；2.漯河職業(yè)技術學院計算機工程系，漯河 462000 3.黃淮學院信息工程學院，河南駐馬店 463000）

1 前言

隨著網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，給人們帶來便利的同時，也給人們的網(wǎng)絡安全帶來了巨大的隱患，如何做到有效的控制網(wǎng)絡的安全性成為當今研究的主要課題。防火墻技術就此產(chǎn)生，它是防止網(wǎng)絡攻擊的重要手段，目前的防火墻技術已經(jīng)發(fā)展到一定的水平，商業(yè)產(chǎn)品也有很多，防火墻的主要作用就是防止外部網(wǎng)絡對內(nèi)部網(wǎng)絡進行攻擊，一個標準的網(wǎng)絡防火墻的模型可以如圖1。

圖1 防火墻模型

2 設計原則及方案

防火墻的設計的一個重要規(guī)則就是要使內(nèi)部網(wǎng)絡能夠輕松的訪問到外部網(wǎng)絡，外部網(wǎng)絡不能夠隨意的訪問到內(nèi)部網(wǎng)絡。因此，防火墻的設計可以采用兩種默認規(guī)則：一個是完全的默認所有數(shù)據(jù)包能夠通過，只要預定的一些數(shù)據(jù)包不能通過。另外一種默認規(guī)則就是完全阻止所有的數(shù)據(jù)包，只有預定的數(shù)據(jù)包能夠通過。本課題采用的默認禁止的策略。根據(jù)數(shù)據(jù)包的來源，禁止或者允許該數(shù)據(jù)包的通過與否。防火墻設計的規(guī)則需要知道數(shù)據(jù)包的源IP地址、目的IP地址，數(shù)據(jù)包的源端口和目的端口等信息。

3 防火墻設計實現(xiàn)

1.在網(wǎng)絡攻擊中，一種常見的攻擊方式就是ICMP攻擊，這個攻擊是采用的向主機發(fā)送大量的ICMP數(shù)據(jù)包，致使主機耗費大量的時間去處理該數(shù)據(jù)包。在本課題中，為了應對這種攻擊，減少主機處理ICMP數(shù)據(jù)包的處理時間和數(shù)量，在單位時間內(nèi)，限制ICMP數(shù)據(jù)包的個數(shù)，而且為了防止異常的ICMP數(shù)據(jù)包，限定該包的大小，如果大于規(guī)定的數(shù)值則認為是異常包，直接丟棄。在linux的netfilter的NF_IP_PRE_ROUTIN開始處理。具體的處理代碼如下：

icmp_fire(void)

{

int count=0;//進入主機的ICMP包計數(shù)

Int m=10;//單位時間最大允許ICMP包數(shù)量

if（ip-＞version==0）// 判斷是否是 ICMP 包

{

If（ip-＞long＞64)//判斷icmp包的大小是否在64字節(jié)以內(nèi)

DROP; //丟棄包

}

}

struct timer_list timer;//定義內(nèi)核定時器

void timer_function（int para）;//作為內(nèi)核定時器的處理函數(shù)，此處para為形參而實際值由timer.data傳遞過來。

{

printk("＜0＞Timer Expired and para is %d ！！ ",para);//輸出data參

｝

int timer_init() //模塊初始化函數(shù)

{

init_timer(&timer);//初始化定時器鏈表

timer.data = 5;//參數(shù)為5，用于timer.function

timer.expires = jiffies + (20 * HZ);//設置定時時間為20秒

timer.function = timer_function;//設置操作函數(shù)

add_timer(&timer);//啟動定時器

//注意以上幾個函數(shù)的參數(shù)均為指針類型的，所以用&取地址

return 0;

}

void timer_exit()

{

del_timer( &timer );

}

2.SYN flood攻擊

網(wǎng)絡攻擊中的另外一種常見的攻擊方式就是SYN攻擊，它的攻擊原理就是不斷的向主機發(fā)送大量的SYN請求，可是又不回應主機的應答信息，主機會不停地重新發(fā)送應答信息，浪費主機的時間和空間資源。在netfilter的NF_IP_FORWARD這個鉤子點，是所有數(shù)據(jù)包通過防火墻的點，可以在該點設計防止SYN攻擊。同時要考慮到防火墻的開放性和完整性。為了方便，需要用到linux內(nèi)核中的狀態(tài)檢測機制，在TCP通信過程中，有三次握手，則定為三種狀態(tài)。通過定義三個宏來標識這三個狀態(tài)：

TCP_SYN 0

TCP_ACCEPT 1

TCP_ACK 2

TCP_STATE_NUM 3

在設計過程中，通過定義一個哈希表ip_infor_hash來儲存處理的數(shù)據(jù)包，該哈希表的每一個節(jié)點都是一個雙向鏈表。當數(shù)據(jù)包到達NF_IP_FORWARD鉤子點的時候，分析該數(shù)據(jù)包的內(nèi)在信息，IP地址、源端口、目的端口等，以及該數(shù)據(jù)包的狀態(tài)信息。如果這個地址的數(shù)據(jù)包已經(jīng)存在于哈希表中，則認為它現(xiàn)有的狀態(tài)時不正確的，直接丟棄該數(shù)據(jù)包。如果哈希表中沒有改地址的數(shù)據(jù)包，則對這個數(shù)據(jù)包進行檢查，如果檢查數(shù)據(jù)包是錯誤的，則將這個數(shù)據(jù)包信息放到哈希表中，否則直接讓這個數(shù)據(jù)包通過這個鉤子點。

struct pack_info

{

struct list_head ip_list; //定義為一個鏈表結構

struct inaddr src,dst;//表示數(shù)據(jù)包的源地址和目的地址

u_int16_t proto;//數(shù)據(jù)包的傳輸協(xié)議類型

u_int16_t spts,dpts ; //數(shù)據(jù)包的源端口和目的端口

u_int8_t addr_flag ; //這是判斷地址信息的真假狀態(tài)標志。為0就表示地址是假，為1則表示為真

u_int8_t pack_state;//數(shù)據(jù)包擁有的狀態(tài)標志

u_int32_t sequence ;//TCP數(shù)據(jù)包中序列號

u_int32_t ackno ;//TCP數(shù)據(jù)包的確認序列號

struct ntimer_list timeout ; //定時器，到達定時則刪除這條記錄

}

static unsigned int ipt_forward(unsigned int hook,struct sk_uff **pskb,const struct

net_device in, const struct net_device out,int(okfn)(struct sk_uff*))

{

int judge,new_flag,verdict;process_defend_dos(pskb,&new_flag ,&verdict);if(new_flag)

{

judge=ipt_do_table(pskb,HOOK,in,out,&packet_filter,NULL);

Insert_hash_info(pskb);

Return judge;

}

return verdict;

}

上面的邏輯中，對DOS攻擊的邏輯處理都在process_defend_dos函數(shù)中實現(xiàn)。這個函數(shù)的三個參數(shù)類型分別為struct sk_buff, 首先在協(xié)議棧中有關數(shù)據(jù)的傳輸是通過變量值進行的，這個變量值就是structsk_buff，其次關于第2個參數(shù)是用來判斷的，判斷會話連接中的第1個數(shù)據(jù)包是否是此數(shù)據(jù)包，最后關于第3個參數(shù)是用來存放判斷結果的。關于該數(shù)據(jù)對會話連接有兩個方面，第一個就是如果這個數(shù)據(jù)包不是在會話連接的第一次，則把判斷的結果直接放到參數(shù)中去，同時返回該判斷結果，第二就是如果這個是會話中連接的第一個數(shù)據(jù)包，就把該數(shù)據(jù)包的信息放到哈希表中，然后也返回該數(shù)據(jù)包的判斷結果，Netfilter中一個重要的處理函數(shù)是ipt_do_table，該函數(shù)的主要功能就是對規(guī)則進行匹配操作，如果得到了匹配的規(guī)則后，就會按照要求分別進行對應的處理，這期間也會return一個對數(shù)據(jù)包的判斷結果。

4 結論

在DOS攻擊中，常見的攻擊有ICMP攻擊、SYN攻擊，本課題在防火墻設計工程中，分析了這兩種攻擊的原理，分析了linux的Netfilter機制,然后構建了一個抵抗這兩種攻擊的防火墻，通過實驗的驗證，本設計的防御能力對于輕度和中度的攻擊行為能有較好的能力。

[1]周小勇.軟件防火墻設計[J].華中科技大學學報(自然科學版), 2008；32(3):83-85.

[2]毛德操，胡希明.Linux內(nèi)核源代碼情景分析[M].杭州：浙江大學出版社，2001.

[3]付志剛.Linux內(nèi)核防火墻分析 ，計算機工程[J]，2009；11(3)：56-60.

[4]Potter.B.open source firewall alternatives[J].Network security,2006；18(6):16-17.

[5]唐振云，李曉霞.Linux網(wǎng)絡內(nèi)核的機制分析[J].計算機應用, 2010；25(1):76-84.