Chương 1, luận văn trình bày tóm tắt về đề tài, mục tiêu phạm vi và ý nghĩa của luận văn. Trong chương 2, luận văn cung cấp các kiến thức cơ bản về • Tổng quan về tấn công từ chối dịch vụ DDoS quá khứ, hiện tại, tương lai • Các loại hình tấn công DoS/DDOS phổ biến; • Các công cụ tấn công DoS/DDOS; • Những thách thức trong việc phát hiện DoS/DDOS hiện nay; • Tổng quan về các phương pháp phòng chống tấn công DoS/DDOS • Hiểu về học máy. Ý nghĩa và mục đích của việc áp dụng học máy; 3 • Các thuật toán học máy đang được sử dụng nhiều hiện nay trong việc phát hiện tấn công DDoS; Trong chương 3, luận văn cung cấp các kiến thức cơ bản về: • Tổng quan về Dataset, các loại dữ liệu và mô hình các đặc tính cần đánh giá của Dataset. • Hiểu về các nguồn dữ liệu của Dataset, đánh giá các Dataset công khai hiện nay.
• Đánh giá các phương pháp xây dựng hiện có và phương án đề xuất lựa chọn Dataset hiệu quả. Trong chương 4, luận văn cung cấp kiến thức về phương pháp xây dựng Dataset mới, mô hình đề xuất từ kiến trúc mạng mô phỏng, các kịch bản tấn công. Quá trình xử lý dữ liệu kiểm thử, dữ liệu luyện tập cho mô hình học máy. Sau đó là kết luận về các kết quả thử nghiệm của các thuật toán với các bộ dữ liệu mới và các bộ dữ liệu khác trước đó.
So sánh, đánh giá việc sử dụng thuật toán phù hợp với các bộ dữ liệu. Trong chương 5, luận văn sẽ tổng hợp lại các công việc đã thực hiện, đưa ra các nhận định tóm tắt và các hướng phát triển thêm trong tương lai. TỔNG QUAN VỀ TẤN CÔNG VÀ PHÒNG CHỐNG TẤN CÔNG DDOS 2.1 Tổng quan về tấn công từ chối dịch vụ DDoS 2.1 Tấn công DDoS quá khứ, hiện tại và tương lai Hiện nay mối đe dọa do các cuộc tấn công mạng gây ra đang lớn hơn bao giờ hết, các hoạt động bình thường trong thế giới thật đã chuyển dịch sang thế giới số, chuyển đổi số xảy ra trong tất cả lĩnh vực ngày càng tăng của con người, đặc biệt là sau đợt bùng phát ddại dịch Covid-19. Bối cảnh của các cuộc tấn công mạng liên tục thay đổi, cả về số lượng lẫn hang loạt các kỹ thuật tấn công liên tục được cập nhật thường xuyên.
Ngoài ra, những cải tiến gần đây trong công nghệ truyền thông như 5G và Internet vạn vật (IoT) đã tạo ra sự gia tăng lớn trong việc truyền dữ liệu. Đến năm 2023, số lượng thiết bị trên thế giới ước tính có thể đạt 29,3 tỷ thiết bị, gấp ba lần dân số thế giới hiện tại [1]. Do số lượng khổng lồ và thiếu các phương pháp bảo mật tốt nhất, các thiết bị IoT dường như là các công cụ hỗ trợ khuếch đại số lượng lớn hiệu quả nhất để khởi động các cuộc tấn công mạng, đặc biệt là các cuộc tấn công DDoS. Để hiểu đơn giản, một cuộc tấn công DDoS giống như một vụ tắc đường làm tắc nghẽn đường cao tốc, ngăn không cho những phương tiện giao thông khác vào đường đi và gây tiếp tục tắn nghẽn như hình minh họa bên dưới.1 Minh họa về tấn công DDoS [5] Theo Cloudflare, tấn công từ chối dịch vụ (DoS) xảy ra khi các dịch vụ, thiết bị hoặc hạ tầng mạng không thể cung cấp dịch vụ cho người dùng hợp lệ [4].
DoS (Denial of Service) là dạng tấn công mạng rất phổ biến hiện nay. Kẻ tấn công gửi rất nhiều các lưu lượng mạng đến máy chủ hoặc một hệ thống mạng, gây đóng băng hoặc cạn kiệt tài nguyên của máy chủ hay hệ thống mạng đó. Các cuộc tấn công DOS này thường nhắm vào các máy chủ ảo (VPS) hay Web Server của các doanh nghiệp lớn như ngân hàng, chính phủ hay là các trang thương mại điện tử. Việc khó khăn trong ngăn chặn các cuộc tấn công này là lưu lượng mạng gửi đến server rất giống dữ lưu lượng truy cập hợp lệ.
Hơn nữa, kẻ tấn công thường sử 5 dụng các gói tin có địa chỉ ip nguồn giả mạo để gửi đi, việc này làm cho các hệ thống tường lửa không còn khả dụng trong việc thiết lập tập luật. DoS thường được triển khai tại một máy tấn công với nguồn tài nguyên hạn chế, vì vậy mà các cuộc tấn công này diễn ra rất chậm và có thể chặn được bởi các hệ thống phát hiện tấn công dựa trên tập luật. Tấn công DDoS một dạng của tấn công DoS, xảy ra khi kẻ tấn công xâm nhập nhiều thiết bị máy tính để làm gián đoạn lưu lượng truy cập bình thường của một nạn nhân đã được nhắm tới [5]. DDoS ( Distributed Denial of Service ) khá giống với nguyên lý hoạt động các loại tấn công DoS ngoại trừ việc lưu lượng tấn công gửi đến server tăng theo cấp số nhân so với tấn công DoS.
Thay vì gửi trực tiếp các gói tin tấn công đến server, attacker điều kiểu một mạng lưới các máy tính bị nhiễm mã độc trước đó – còn được gọi là zombie, các máy tính zombie nhận được lệnh tấn công từ kẻ tấn công và gửi các gói tin đến nạn nhân, gây tràn bộ nhớ đệm và đóng băng tài nguyên. Do lưu lượng tấn công được gửi từ rất nhiều máy tính khác nhau đến nạn nhân, các cuộc tấn công DDoS rất khó phòng chống và ngăn chặn.2 Sự khác biệt giữa DoS và DDoS [5] Tấn công DDoS là một mối nguy hiểm lớn mà hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ hiện đang phải đối phó. Những thiệt hại về kinh tế và cá nhân không phải là hậu quả duy nhất của những tổn thất đó mà có thể gây ảnh hưởng đến toàn xã hội. Cuộc tấn công vào cơ sở hạ tầng lưới điện của Ukraine vào năm 2015 là một ví dụ cho điều này.
Kẻ tấn công thực hiện tấn công mạng, kiểm soát 30 trạm biến áp và khiến gần 230.000 người không có điện hoặc bị lò sưởi giữa mùa đông khắc nghiệt [6]. Cuộc tấn công DDoS đầu tiên và nghiêm trọng nhất xảy ra vào tháng 9 năm 2016, khi hàng trăm nghìn thiết bị IoT tạo ra lưu lượng IP khổng lồ với khối lượng 620 Gbps, thời điểm này hay được nhắc tới là Botnet Mirai [2]. Cùng năm đó, một cuộc tấn công DDoS với thông lượng 1,1 Tbps đã được báo cáo. Các cuộc tấn công DDoS đã tăng lên về số lượng trong vài năm qua, trong báo cáo gần nhất đầu năm 6 2022, Microsoft thông báo xử lý 1 cuộc tấn công DDoS đạt 3,47 Tbps vào cuối năm 2021và được cho là cuộc tấn công DDoS lớn nhất lịch sử.
Cuộc tấn công này bắt nguồn từ khoảng 10.000 thiết bị từ nhiều quốc gia trong đó có Việt Nam, áp dụng nhiều kỹ thuật, vectơ tấn công mới, những cuộc tấn công này dẫn đến sự ngừng hoạt động của các dịch vụ trực tuyến quan trọng dẫn đến nhiều thiệt hại về kinh tế và uy tín [7].3 Thống kê kỹ thuật tấn công DDoS năm 2021. Nguồn: Microsoft [7] Các kỹ thuật tấn công DDoS khác nhau có thể làm quá tải hoặc bão hòa hệ thống bị tấn công theo những cách khác nhau. Có 3 loại tấn công thường gặp: tấn công băng thông (Volumetric attacks), tấn công giao thức (protocol attacks) và tấn công ứng dụng (application attacks). Mỗi cuộc tấn công có thể Mỗi cuộc tấn công có thể kéo dài từ vài phút đến vài tháng và lượng request có thể rất nhỏ, không đáng chú ý hoặc rất lớn.
Thiệt hại từ các cuộc tấn công này gây ra trong lịch sử là hết sức đáng kể.4 Thống kê về thời gian tấn công DDoS năm 2021.2 Các dạng tấn công DDoS phổ biến Trong phần này, luận văn trình bày cụ thể hơn về các dạng tấn công DoS/DDOS làm cạn kiệt tài nguyên của hệ thống bị tấn công ở lớp mạng và lớp ứng dụng. Trong phần này, luận văn sử dụng các thuật ngữ tiếng anh để đảm bảo đúng ý nghĩa, tính chất của các thuật ngữ. Nghiên cứu cho thấy, có 2 dạng tấn công DDoS phổ biến như sau. Network-based attack Các dạng tấn công DDoS ở lớp mạng thường sử dụng các gói tin giao thức UDP, ICMP, TCP hoặc DNS với mục tiêu cạn kiệt tài nguyên xử lý hoặc băng thông của hạ tầng mạng.
Các dạng tấn công này được chia làm 04 loại phổ biến: • Tấn công flooding (flooding attack): Dạng tấn công này gây ra cạn kiệt băng thông của đối tượng cần bảo vệ thông qua cơ chế gửi hàng loạt các gói tin có kích thước lớn (UDP flood, TCP flood) • Tấn công flooding bằng việc khai thác điểm yếu giao thức (Protocol exploitation flooding attack): Tập trung vào việc cạn kiệt tài nguyên của hệ thống thông qua việc khai thác các hệ thống sử dụng các giao thức mạng có điểm yếu, lỗ hổng an toàn thông tin như TCP SYN/SYN-ACK flood Hình 2.5 Minh họa Protocol attack [5] • Tấn công flooding Reflection-based (reflection-based flooding attack): Với dạng tấn công này, kẻ tấn công gửi các request giả mạo qua hệ thống trung gian, thay thế địa chỉ IP nguồn được giả mạo bằng địa chỉ IP của nạn nhân. Chính vì vậy, các hệ thống trung gian sẽ gửi response data về hệ thống nạn nhân, thay vì gửi về máy tấn công. Việc địa chỉ IP nguồn có thể thay đổi được do bản chất của Internet được thiết kế là không an toàn, chi tiết về vấn đề này có thể tham khảo trên các bài phân tích của blog engineering Cloudflare. Hình thức tấn công này lợi dụng điểm yếu security của các protocol sử dụng hoặc do lỗi cấu hình sai của các hệ thống trung gian (không 8 xác thực lại địa chỉ IP nguồn), cho phép kẻ tấn công chỉ cần gửi một yêu cầu giả mạo có kích thước dữ liệu nhỏ đến các hệ thống trung gian, các giao thức này sẽ trả về một lượng dữ liệu lớn hơn nhiều lần (có thể từ vài chục đến vài trăm lần) • Tấn công flooding Amplification-based (Amplification-based flooding attack): Dạng tấn công này được thực hiện tương tự tấn công Reflection- based.
Tuy nhiên kẻ tấn công thay vì khai thác các hệ thống trung gian như đề cập ở trên thì sẽ sử dụng các mạng botnet để có thể tấn công nhanh mạnh hơn nữa. Điển hình trong hình thức tấn công này là tấn công DNS amplification attack. Tất cả các cuộc tấn công khuếch đại đều khai thác sự chênh lệch về mức tiêu thụ băng thông giữa kẻ tấn công và tài nguyên web được nhắm mục tiêu. Khi sự chênh lệch về chi phí được tăng lên trên nhiều yêu cầu, khối lượng lưu lượng kết quả có thể làm gián đoạn cơ sở hạ tầng mạng.