无心插柳还是有意为之：TCP反射DDoS攻击手法深入分析2.0

作者：[宙斯盾团队] 暴雪

我们常听说UDP反射攻击，那你听说过TCP反射攻击吗？ 

我们对TCP三次握手谙熟于心，但你确定服务器收到SYN包之后一定返回SYN/ACK吗？ 

现网的DDoS对抗中，基于TCP协议的反射攻击手法已经悄然兴起，而且出现了多次手法变种，对DDoS防护方带来严峻的挑战。新场景下的技术对抗如约而至...

0x00 引言 

笔者之前曾撰写过一篇关于利用TCP协议发起的反射攻击的文章 《小隐隐于野：基于TCP反射DDoS攻击分析》 。分享的是一种新型的攻击手法 —— TCP反射攻击：黑客伪造目的服务器IP向公网的TCP服务器发起连接请求(SYN)，以使得被攻击服务器收到大量SYN/ACK报文，最终造成拒绝服务的手法。而由于这种反射攻击存在协议栈行为，传统的TCP防护算法难以凑效，这也使得这种攻击手法有愈演愈烈之势。 

经过我们团队研究人员长期的跟踪分析，发现这种攻击手法出现了两个新的特征： 

1）黑客逐渐趋向利用CDN厂商的服务器资源发起TCP发射攻击，因为通过扫描CDN厂商网段，可以快速、高效地获得丰富的TCP服务器资源； 

2）TCP反射攻击流量从SYN/ACK转变成ACK，防护难度进一步增大。 

0x01 TCP反射的新特征研究 

特征一：黑客逐渐趋向于利用CDN厂商的服务器资源发起TCP发射攻击 

我们在整理分析现网的TCP反射攻击时，发现会经常出现攻击源几乎全部来源海外CDN厂商的情况。如图2、图3所示，某次TCP反射攻击事件中有99.88%的IP来源美国，而且88.39%属于某个著名CDN厂商。

显而易见这是黑客开始倾向于扫描CDN厂商的IP网段，以获取大批量反射源的思路。由于CDN厂商的IP资源主要用于为用户提供加速服务，不可避免地会开放TCP端口，黑客便可以通过这种方式快速地获取到有效的TCP反射源。例如笔者随机探测一个CDN厂商的C段IP，结果为：整个C段所有IP全部均有开放TCP端口。 

这种方法为黑客提供大量可用的TCP反射源，能够让攻击者的资源实现最大化，而且TCP反射攻击由于具备协议栈行为，传统策略难以防护，所以不难推测后面这种攻击手法将越来越盛行，为DDoS防护方带来不小的挑战。 

特征二：反射流量从SYN/ACK报文转变为ACK报文，防护难度进一步增大 

这里给人的第一反应可能就是颠覆了我们TCP三次握手的印象，一个服务器(反射源)收到一个SYN请求，不应该是返回SYN/ACK吗？怎么会返回ACK包？为了解答这个问题，容笔者从黑客伪造SYN请求的过程说起... 

首先如上文描述TCP反射的原理，黑客会控制肉鸡伪造成被攻击服务器的IP对公网的TCP服务器发起SYN请求，而公网TCP服务器的端口都是固定的，所以为了实现反射，SYN请求中的目的端口也同样固定。与此同时，为了达到更好的攻击效果，黑客需要使反射出来的报文的目的端口为被攻击服务器的业务端口(绕过安全设备将非业务端口的流量直接拦截的策略)，也就是说SYN请求报文中的源端口也是固定的。就是基于这些原因，攻击者伪造SYN请求报文的五元组通常都会出现集聚，这个结论其实很重要，因为它就是引发服务器反弹ACK的前提条件。 

举例如图5所示：黑客需要攻击的服务器IP为183.*.*.45，其业务端口为80，而黑客掌握的TCP反射服务器的IP是104.*.*.35，开放的端口是8080，那么攻击时构造SYN包的五元组就会集聚在Protocol: TCP、DST_IP: 104.*.*.35、SRC_IP: 183.*.*.45、DST_PORT: 8080、SRC_PORT: 80。 

而我们都知道五元组决定了一个会话，所以当黑客短时时间构造大量相同五元组的SYN包发送到同一台TCP服务器时，就会造成大量的“会话冲突”。也就是说从TCP服务器的角度来看，接收到第一个SYN包后，服务器返回SYN/ACK等待ACK以建立TCP连接，而此时又再接收到同一个会话的SYN。那TCP服务器会怎么处理呢？再次返回SYN/ACK？RST？还是其他？

其实在这个情况下，TCP服务器具体怎么处理决定因素在于SYN包的seq号和服务器的window size！假设第一个SYN包的seq号为SEQ1，TCP服务器的windows size为WND，而第二个SYN的seq号为SEQ2，那么： 

一、如果SEQ2==SEQ1，此时TCP服务器会认为这个是SYN包重传，则再次返回SYN/ACK(其实是在重传SYN/ACK)，如图6所示。这个攻击场景从被攻击服务器的视角来看，就是在短时间内接收到大量的SYN/ACK报文，造成拒绝服务，这也是现网最为常见的场景之一。 

二、如果SEQ2>SEQ1+WND或者SEQ2

图7 RFC: 793 page69 

所以当黑客伪造SYN报文的SEQ随机变化时，就很容易命中上述情况，TCP服务器就会返回ACK报文，如图8、图9所示。

图8 TCP反射，反弹ACK场景(SEQ2>SEQ1+WND)

图9 TCP反射，反弹ACK场景(SEQ2

这个场景中，被攻击服务器会接收到少量SYN/ACK以及大量的ACK报文，这是现网最越来越常见的场景。如图10为现网中一次真实TCP反射攻击的抓包采样，表面上看跟普通的ACKFLOOD攻击没有太大区别，而实际上这些流量是具有协议栈行为，所以传统策略难以有效防护。

图10 现网TCP反射攻击采样

三、如果SEQ1

<=seq1+wnd，这种场景下tcp服务器会认为会话出现异常，并返回rst断开会话，如图11所示。此时被攻击服务器会收到大量syn ack+rst的混合流量(当前现网中这种情况很少，而rst的防护难度较小，这里不做详细阐述)。=""

图11 TCP反射，反弹RST场景 

综上所述，黑客为了实现TCP反射攻击，而且尽可能绕过防护策略，所以伪造的SYN报文的五元组会出现集聚，造成严重的会话冲突。而不同的SEQ号会触发TCP服务器不同的应答场景(情况汇总见图12)，所以现网中的TCP反射除了会出现大量的SYN/ACK流量以外，还有可能出现少量SYN/ACK+大量ACK的混合流量，而且后者的流量成份更为复杂，防护难度更大。

0x02 新型的TCP反射防护算法

笔者整理总结了TCP反射防护的主要难点：

1、TCP反射流量具有协议栈行为，传统的防护算法难以识别和防护； 

2、专业的抗D设备通常旁路部署，所以无法获得服务器出流量，这也意味着无法通过双向会话检查的方式进行防护； 

3、TCP反射通常为SYN/ACK和ACK的混合流量，而且在成份占比和行为上跟正常业务流量几乎没有太大区别，所以传统的成份分析、限速等方式也难以凑效。

那既然TCP反射攻击防护难度这么大，当前有成熟有效的方案了吗？这个问题问得好！答案是有的，我们自研的 腾讯宙斯盾DDoS防护平台 已经具备防护能力，防护算法的核心思路是：对被攻击IP的入方向流量做会话跟踪，并分析每个会话的行为动作，以准确地区分出TCP反射攻击的会话和正常流量会话，最终对反射攻击源做拦截，实现有效防护。 

防护算法具有以下特点： 

1、秒级检测和精准防护：对TCP反射流量包括SYN/ACK、RST、ACK均能有效识别和清洗，保证业务稳定； 

2、对正常业务流量无影响：防护算法对用户透明，用户完全不会有感知，确保用户的最佳体验； 

3、可以自动适配：防护算法可以默认适配绝大部分业务场景，用户不需要额外配置定制策略，大大减轻防护门槛以及运维人力投入。 

当前新算法已经完成研发和验证，当你看到本文的时候就已经上线，为腾讯自营及部分投后业务提供防护，另外还会依托大禹DDoS防护系统为腾讯云用户提供服务。 

0x03 团队介绍 

腾讯TEG安全平台部宙斯盾项目基于十余年的防护技术积累，持续为QQ、微信、王者荣耀、英雄联盟等自研业务提供专业、可靠的DDoS攻击防护解决方案。与腾讯云安全团队合作，推出“大禹”高防产品，并提供高防包、高防 IP、棋牌盾等多种 DDoS 防护方案，为腾讯云用户一站式解决DDoS攻击问题。 

宙斯盾团队一直招聘各路英才，如果你对DDoS防护有浓厚兴趣，而且愿意在海量流量防护场景下一展身手，欢迎加入我们！当前热招岗位有： 

《高级安全运营工程师》 

岗位职责 ：

A、负责网络安全产品的运营指标监控及分析，为产品规划提供决策依据，通过运营数据驱动产品优化，并推动闭环

B、大数据分析挖掘，对网络攻击安全风险隐患、现状、趋势做深入分析，有效刻画威胁风险并形成有效结论体现安全价值

岗位要求 ：

A、本科及以上学历，计算机相关专业，3年以上安全运营工作经验

B、熟悉常用的大数据分析方法，较强的数据敏感性，能够通过数据分析发现、分析和推进风险问题的解决

C、对网络安全场景、黑产、情报、行业有一定了解，理解针对安全事件如何刻画安全风险和价值

D、有安全攻防运营相关经验者优先

《高级网络安全工程师》 

岗位职责 ：

A、负责对网络攻防安全技术进行跟踪研究，对现网威胁进行溯源挖掘，优化现有安全算法和安全体系，提升安全产品能力

岗位要求 ：

A、本科及以上学历，计算机相关专业，三年以上工作经验

B、熟悉TCP/IP协议，路由交换原理，熟悉DDoS攻击检测与防护基础原理

C、熟悉业界主流DDoS安全防护产品解决方案，掌握僵尸网络运作模式和技术原理

D、熟练使用python/perl/shell脚本中的至少1种语言

E、有安全攻防相关经验者优先 

有意向请将简历投递至： security@tencent.com

最后特别致谢我的同事JS大神，感谢他在撰写本文时提供的给力帮助。