Nghiên cứu giải pháp phát hiện và giảm thiểu tấn công DDoS sử dụng công nghệ SDN

• Tác giả: Đặng Văn Tuyên
• Người hướng dẫn: PGS. Trương Thu Hương
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Thông tin
• Đề tài: Giải Pháp Phát Hiện Và Giảm Thiểu Tấn Công DDoS Bằng Công Nghệ SDN
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TẤN CÔNG DDOS VÀ CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG TRONG MẠNG SDN/OPENFLOW
• 1.1. Giới thiệu chương
• 1.2. Tổng quan về tấn công DDoS
• 1.3. Phân loại tấn công DDoS. Các giải pháp phòng chống DDoS dựa trên công nghệ mạng truyền thống
• 1.4. Yêu cầu và thách thức đối với giải pháp phát hiện và ngăn chặn, giảm thiểu tấn công DDoS
• 1.5. Kỹ thuật mạng cấu hình bởi phần mềm SDN
• 1.6. Giao thức OpenFlow
• 1.7. Cấu trúc và phạm vi chuẩn hóa của Openflow
• 1.8. Nhận dạng và quản lý lưu lượng trên bộ chuyển mạch Openflow
• 1.9. Các bản tin trao đổi giữa bộ điều khiển và bộ chuyển mạch Openflow
• 1.10. Quy trình xử lý gói tin trong Openflow
• 1.11. Quản lý các mục luồng trong bộ chuyển mạch Openflow. Các giải pháp phòng chống DDoS dựa trên kiến trúc và kỹ thuật SDN/Openflow
• 1.12. Kiến trúc và nguyên lý hoạt động chung
• 1.13. Các kỹ thuật phát hiện tấn công. Các kỹ thuật ngăn chặn, giảm thiểu tấn công
• 1.14. Tấn công DDoS tới các thành phần trong kiến trúc mạng SDN/Openflow và các giải pháp phòng chống
• 1.15. Tấn công DDoS tới các thành phần trong kiến trúc mạng SDN/Openflow
• 1.16. Kỹ thuật phát hiện và giảm thiểu tấn công
• 1.17. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG TẤN CÔNG DDOS DỰA TRÊN DỮ LIỆU THỐNG KÊ VÀ CƠ CHẾ XỬ LÝ GÓI TIN CỦA KỸ THUẬT SDN/OPENFLOW
• 2.1. Giới thiệu chương
• 2.2. Giải pháp phát hiện và giảm thiểu tấn công DDoS dựa trên mô hình dự đoán làm trơn hàm mũ tham số thống kê lưu lượng
• 2.3. Kiến trúc hệ thống và các trạng thái hoạt động
• 2.4. Lựa chọn tham số và chỉ số thống kê lưu lượng
• 2.5. Lựa chọn và xây dựng mô hình dự đoán chỉ số thống kê lưu lượng
• 2.6. Phát hiện và giảm thiểu tấn công
• 2.7. Phân tích và đánh giá hiệu năng của giải pháp
• 2.8. Giải pháp giảm thiểu tấn công SYN Flood dựa trên cơ chế ủy nhiệm gói tin SYN tại bộ điều khiển
• 2.9. Kiến trúc hệ thống đề xuất
• 2.10. Lựa chọn mô hình ủy nhiệm gói tin SYN. Hoạt động của hệ thống SSP
• 2.11. Phân tích và đánh giá hiệu năng của giải pháp
• 2.12. Giải pháp đánh dấu gói tin PLA DFM phục vụ truy vết nguồn tấn công
• 2.13. Khái niệm về đánh dấu gói tin và các kỹ thuật cơ bản
• 2.14. Đề xuất cấu trúc và hoạt động của PLA DFM trên kiến trúc mạng SDN/Openflow
• 2.15. So sánh và đánh giá hiệu năng của giải pháp
• 2.16. Kết luận chương
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG TẤN CÔNG DDOS DỰA TRÊN KỸ THUẬT SDN/OPENFLOW SỬ DỤNG THÊM BỘ PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ LƯU LƯỢNG
• 3.1. Giới thiệu chương
• 3.2. Những hạn chế của kiến trúc và kỹ thuật SDN/Openflow trong phòng chống tấn công DDoS
• 3.3. Đề xuất kiến trúc mạng SDN/Openflow mở rộng trên cơ sở bổ sung bộ phân tích và xử lý lưu lượng SD
• 3.4. Kiến trúc tổng quát
• 3.5. Điều khiển chuyển tiếp lưu lượng tới SD và xử lý lưu lượng tại SD
• 3.6. Giải pháp phân loại và giảm thiểu tấn công DDoS dựa trên kiến trúc SDN/Openflow mở rộng và thuật toán logic mờ
• 3.7. Phân tích đặc tính lưu lượng tấn công DDoS để chọn tham số phân loại lưu lượng
• 3.8. Cấu trúc hệ thống
• 3.9. Xác định trạng thái của máy chủ
• 3.10. Chuyển tiếp gói tin giữa các thực thể trong hệ thống
• 3.11. Phân loại lưu lượng và giảm thiểu tấn công DDoS dựa trên thuật toán suy luận logic mờ FDDoM. Đánh giá hiệu năng của giải pháp
• 3.12. Phát hiện và giảm thiểu tấn công SYN Flood tới mạng SDN/Openflow sử dụng cơ chế ủy nhiệm gói tin SYN tại bộ phân tích và xử lý lưu lượng
• 3.13. Cấu trúc hệ thống
• 3.14. Hoạt động của hệ thống
• 3.15. Phân tích và đánh giá hiệu năng
• 3.16. Kết luận chương
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về tấn công DDoS và công nghệ SDN

Tấn công DDoS (Distributed Denial of Service) đã trở thành một trong những mối đe dọa lớn nhất đối với an ninh mạng hiện nay. Tấn công này không chỉ gây ra thiệt hại về tài chính mà còn ảnh hưởng đến uy tín của tổ chức. Công nghệ SDN (Software Defined Networking) đã được phát triển như một giải pháp tiềm năng để phát hiện và giảm thiểu các tấn công DDoS. SDN cho phép quản lý lưu lượng mạng một cách linh hoạt và hiệu quả hơn, giúp phát hiện các mẫu tấn công nhanh chóng. Việc áp dụng SDN trong việc bảo vệ mạng khỏi tấn công DDoS có thể cải thiện đáng kể khả năng phản ứng và phục hồi của hệ thống mạng.

1.1. Tấn công DDoS và các hình thức tấn công

Tấn công DDoS có nhiều hình thức khác nhau, bao gồm tấn công SYN Flood, UDP Flood, và HTTP Flood. Mỗi hình thức tấn công có cách thức hoạt động riêng, nhưng đều nhằm mục đích làm cho dịch vụ không thể truy cập được. Các tấn công này thường được thực hiện thông qua việc huy động một số lượng lớn các thiết bị bị nhiễm mã độc, tạo ra lưu lượng tấn công khổng lồ. Điều này đặt ra thách thức lớn cho các hệ thống bảo mật mạng truyền thống, vốn không đủ khả năng để xử lý và phân loại lưu lượng một cách hiệu quả.

1.2. Công nghệ SDN và lợi ích trong việc phòng chống DDoS

Công nghệ SDN mang lại nhiều lợi ích trong việc phát hiện và giảm thiểu tấn công DDoS. Với khả năng điều khiển lưu lượng mạng từ một điểm trung tâm, SDN cho phép các quản trị viên mạng dễ dàng thiết lập các quy tắc và chính sách bảo mật. Điều này giúp phát hiện các hành vi bất thường trong lưu lượng mạng và tự động điều chỉnh các tham số để ngăn chặn tấn công. Hơn nữa, SDN có thể tích hợp các công nghệ phân tích dữ liệu để cải thiện khả năng phát hiện và phản ứng nhanh chóng với các mối đe dọa.

II. Giải pháp phát hiện và giảm thiểu tấn công DDoS

Giải pháp phát hiện và giảm thiểu tấn công DDoS dựa trên công nghệ SDN bao gồm nhiều phương pháp khác nhau. Một trong những phương pháp chính là sử dụng các thuật toán phân tích lưu lượng để phát hiện các mẫu tấn công. Các thuật toán này có thể được tối ưu hóa để nhận diện các đặc điểm của lưu lượng tấn công, từ đó đưa ra các biện pháp ngăn chặn kịp thời. Việc áp dụng các mô hình học máy cũng có thể giúp cải thiện độ chính xác trong việc phát hiện tấn công.

2.1. Kỹ thuật phát hiện tấn công

Kỹ thuật phát hiện tấn công DDoS có thể được chia thành hai loại chính: phát hiện dựa trên dấu hiệu và phát hiện dựa trên hành vi. Phát hiện dựa trên dấu hiệu sử dụng các mẫu đã biết để nhận diện tấn công, trong khi phát hiện dựa trên hành vi phân tích lưu lượng mạng để tìm ra các hành vi bất thường. Việc kết hợp cả hai phương pháp này có thể nâng cao khả năng phát hiện và giảm thiểu tấn công DDoS một cách hiệu quả.

2.2. Kỹ thuật ngăn chặn và giảm thiểu tấn công

Kỹ thuật ngăn chặn tấn công DDoS trong môi trường SDN thường bao gồm việc điều chỉnh các quy tắc chuyển tiếp lưu lượng và sử dụng các bộ lọc để loại bỏ lưu lượng tấn công. Các giải pháp này có thể được tự động hóa để phản ứng nhanh chóng với các tấn công đang diễn ra. Hơn nữa, việc sử dụng các mô hình dự đoán có thể giúp dự đoán các tấn công tiềm năng và chuẩn bị các biện pháp phòng ngừa trước khi tấn công xảy ra.

III. Đánh giá hiệu quả của giải pháp

Đánh giá hiệu quả của các giải pháp phát hiện và giảm thiểu tấn công DDoS là rất quan trọng để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả trong thực tế. Các chỉ số như tỷ lệ phát hiện, tỷ lệ báo động sai, và thời gian phản ứng là những yếu tố cần được xem xét. Việc thử nghiệm và đánh giá các giải pháp trong môi trường thực tế sẽ giúp xác định được những điểm mạnh và điểm yếu của từng phương pháp, từ đó cải thiện và tối ưu hóa các giải pháp bảo mật mạng.

3.1. Các chỉ số đánh giá hiệu quả

Các chỉ số đánh giá hiệu quả của giải pháp phát hiện và giảm thiểu tấn công DDoS bao gồm tỷ lệ phát hiện (Detection Rate), tỷ lệ báo động sai (False Positive Rate), và thời gian phản ứng (Response Time). Tỷ lệ phát hiện cao cho thấy khả năng nhận diện tấn công tốt, trong khi tỷ lệ báo động sai thấp cho thấy độ chính xác của hệ thống. Thời gian phản ứng nhanh giúp giảm thiểu thiệt hại do tấn công gây ra.

3.2. Thực nghiệm và kết quả

Các thử nghiệm thực tế cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ SDN trong việc phát hiện và giảm thiểu tấn công DDoS mang lại hiệu quả cao hơn so với các giải pháp truyền thống. Các hệ thống SDN có khả năng tự động điều chỉnh và tối ưu hóa các quy tắc bảo mật, giúp nâng cao khả năng phòng chống tấn công. Kết quả thử nghiệm cho thấy tỷ lệ phát hiện tấn công đạt trên 90%, trong khi tỷ lệ báo động sai được giữ ở mức thấp, cho thấy tính khả thi của giải pháp.