SYN cookie

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SYN cookie 是一种用于阻止 SYN flood 攻击的技术。这项技术的主要发明人 Daniel J. Bernstein 将 SYN cookies 定义为“TCP 服务器进行的对开始TCP数据包序列数字的特定选择”。举例来说,SYN Cookies 的应用允许服务器当 SYN 队列被填满时避免丢弃连接。相反,服务器会表现得像 SYN 队列扩大了一样。服务器会返回适当的 SYN+ACK 响应,但会丢弃 SYN 队列条目。如果服务器接收到客户端随后的ACK响应,服务器能够使用编码在 TCP 序号内的信息重构 SYN 队列条目。

实现[编辑]

发起一个 TCP 连接时,客户端将一个 TCP SYN 包发送给服务器。作为响应,服务器将 TCP SYN + ACK 包返回给客户端。此数据包中有一个序号(sequence number,TCP头中的第二个32 bit),它被 TCP 用来重新组装数据流。根据 TCP 规范,由端点发送的第一个序号可以是由该端点决定的任何值。SYN Cookies 是根据以下规则构造的初始序号:

  • t 为一个缓慢递增的时间戳(通常为 time() >> 6 ,提供 64 秒的解析度);
  • m 为服务器会在 SYN 队列条目中存储的最大分段大小(maximum segment size,简称为 MSS);
  • s 为一个加密散列函数对服务器和客户端各自的 IP 地址和端口号以及 t 进行运算的结果。返回得到的数值 s 必须是一个24位值。

初始 TCP 序号,也就是所谓的 SYN cookie,按照如下算法得到:

  • 头五位:t mod 32;
  • 中三位:m 编码后的数值;
  • 末24位:s 本身;

注:由于 m 必须用 3 位进行编码,服务器在启用了 SYN Cookie 时只能为 m 发送八种不同的数值。

根据 TCP 规范,当客户端发回 TCP ACK 包给服务器以响应服务器的 SYN + ACK 包时,客户端必须使用由服务器发送的初始序号加1作为数据包中的确认号。服务器接着从确认号中减去 1 以便还原向客户端发送的原始 SYN Cookie。

接下来服务器进行以下检查:

  • 根据当前的时间以及 t 来检查连接是否过期。
  • 重新计算 s 来确认这是不是一个有效的 SYN Cookie。
  • 从 3 位编码中解码 m,以便之后用来重建 SYN 队列条目。在此之后,连接照常进行。

缺陷[编辑]

SYN Cookies 的使用不与任何协议定义冲突,照理来说它该和所有的 TCP 实现兼容。然而,当 SYN Cookies 使用的时候,会发生两种值得注意的变化:首先,服务器只能编码八种 MSS 数值,因为只有 3 位二进制空间可用。其次,这个服务器必须拒绝所有的 TCP 选用项,例如大型窗口和时间戳,因为服务器会在信息被用其他方式存储时丢弃 SYN 队列条目。 [1]

尽管这些限制将不可避免地导致一个不如最佳的体验,它们的效果很少被客户端注意到——这些改变只在被攻击时值得注意。在这样的情况下,牺牲 TCP 选项来保护连接一般被认为是合乎情理的。

Linux内核 从 2.6.26 版本开始为 TCP 选用项加入了有限的支持,通过把它们编码在时间戳内实现。[2]

较新的 TCP Cookie 传输(TCPCT)标准被设计用来克服 SYN Cookies 的这些问题,并且在各种方面改进这套机制。不像 SYN Cookies,TCPCT 是一个 TCP 拓展并且要求两端点都支持 TCPCT。

安全考量[编辑]

被设置为允许所有出站连接但对入站连接有限制(例如在 Web 服务器上只允许 80 端口)的简单防火墙一般是这样实现的:只阻断不必要端口的 SYN 请求。如果 SYN Cookies 被启动了,应当小心以保证攻击者不能使用伪造 ACK、尝试随机序列号的方式来绕过这样的防火墙。因此 SYN cookies 应该按照每个端口单独处理的方式来调节开关,这样的话一个公共端口上的 SYN Cookies 并不会在一个私有端口上被认可。[3]

历史[编辑]

Daniel J. BernsteinEric Schenk 于 1996 年九月创造了这个技术。Jeff Weisberg 在一个月后发布了最早的实现(在 SunOS 上),Eric Schenk 随后在 1997 年二月发布了他的 Linux 实现(目前的实现使用,例如 net.ipv4.tcp_syncookies)。

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ [1], cr.yp.to September 1996
  2. ^ Patrick McManus, Improving Syncookies, lwn.net April 2008
  3. ^ 存档副本. [2013-03-17]. (原始内容存档于2013-04-13).