Thiết Kế Hệ Thống Phòng Chống Tấn Công DDoS Hiệu Quả

• Người hướng dẫn: PTS. Đỗ Trung Tuấn
• Trường học: Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Phòng Chống Tấn Công DDoS Hiệu Quả
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái niệm về tấn công DDoS
• 1.2. Nguyên nhân của tấn công từ chối dịch vụ
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ TẤN CÔNG TỪ CHỐI DỊCH VỤ
• 2.1. Lợi dụng lỗ hổng để tấn công
• 2.2. Tính xác thực của địa chỉ nguồn
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN TẤN CÔNG DDoS
• 3.1. Mô hình triển khai vật lý
• 3.2. Thiết kế phân lớp của hệ thống
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT HIỆN VÀ PHẢN LẠI TẤN CÔNG DDoS
• 4.1. Mô hình triển khai vật lý
• 4.2. Thiết kế phân lớp của hệ thống
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Tấn Công DDoS Hiểu Rõ Để Phòng Chống

Tấn công DDoS (Distributed Denial of Service) không còn là khái niệm xa lạ tại Việt Nam. Từ khi Internet chính thức hoạt động, hệ thống mạng dịch vụ đã có những bước phát triển nhanh chóng. Cùng với sự phát triển của các dịch vụ mạng và thương mại điện tử, các hoạt động phá hoại và tấn công vào các trang web dịch vụ cũng gia tăng. Các cuộc tấn công chuyển dần từ tập trung một nguồn sang phân tán từ nhiều nguồn. Do đó, cần có những nghiên cứu chuyên sâu về tấn công từ chối dịch vụ, các cách phòng chống, phát hiện và chống lại. Luận văn này tập trung vào nghiên cứu những tiêu chí phân loại tấn công DDoS. Các nghiên cứu này được kỳ vọng sẽ là những tài liệu mang tính tổng kết về những loại hình tấn công DDoS đã biết và sẽ được phát hiện. Bên cạnh đó, luận văn cũng đưa ra một số kỹ thuật có thể được sử dụng để xây dựng những thiết bị phòng chống tấn công DDoS. Các kỹ thuật này tập trung theo hướng phát hiện sự bất thường trong hoạt động của mạng. Hệ thống mạng sẽ được mô hình hóa bằng những thông số về entropy của thông tin. Những sự thay đổi bất thường về entropy sẽ được theo dõi và ghi nhận. Khi có sự thay đổi giá trị, các sự bất thường này sẽ được phát hiện dựa trên những phương pháp thống kê và so sánh mô hình. Sau khi phát hiện có những dấu hiệu tấn công, cơ chế bảo vệ sẽ được kích hoạt, hạn chế kết nối theo địa chỉ IP để đảm bảo hoạt động phục vụ của hệ thống được bảo vệ.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Của Mạng Internet và Tấn Công DDoS

Hệ thống mạng Internet bắt đầu từ hệ thống mạng ARPANet của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, với mục đích xây dựng một mạng lưới liên lạc tin cậy, hoạt động được ngay cả khi một phần hệ thống đã bị phá hủy. Giao thức đầu tiên được sử dụng để truyền tin trong hệ thống ARPANet là 1822, quy định phương thức truyền tin giữa một máy tính tới một IMP. Đến năm 1970, mạng ARPANet đã kết nối được 9 điểm và phát triển nhanh chóng những năm tiếp theo. Đến năm 1981, đã có 212 host kết nối với tốc độ 2 ngày có một host mới kết nối vào mạng. Đến năm 1984, mạng máy tính của bộ Quốc phòng Mỹ tách khỏi mạng ARPANet và gọi là mạng MILNET. Sau một thời gian hoạt động, do một số lý do kỹ thuật và chính trị, kế hoạch sử dụng mạng ARPANET không thu được kết quả như mong muốn. Vì vậy hội đồng khoa học Quốc gia Mỹ đã quyết định xây dựng một mạng riêng NSFNET liên kết 12 các trung tâm tính toán lớn và các trường đại học vào năm 1986 sử dụng giao thức TCP/IP. Mạng này phát triển hết sức nhanh chóng, không ngừng được nâng cấp và mở rộng liên kết tới hàng loạt các doanh nghiệp, các cơ sở nghiên cứu và đào tạo của nhiều nước khác nhau. Cũng từ đó thuật ngữ INTERNET ra đời. Dần dần kỹ thuật xây dựng mạng ARPANet đã được thừa nhận bởi tổ chức NSF, kỹ thuật này được sử dụng để dựng mạng lớn hơn với mục đích liên kết các trung tâm nghiên cứu lớn của nước Mỹ. Người ta đã nối các siêu máy tính thuộc các vùng khác nhau bằng đường điện thoại có tốc độ cao. Tiếp theo là sự mở rộng mạng này đến các trường đại học. Ngày càng có nhiều người nhận ra lợi ích của hệ thống mạng trên, người ta dùng để trao đổi thông tin giữa các vùng với khoảng cách ngày càng xa. Vào đầu những năm 1990 người ta bắt đầu mở rộng hệ thống mạng sang lĩnh vực thương mại tạo thành nhóm CIX. Nhưng chỉ đến khi Tim Berners-Lee phát triển HTML, HTTP tại CERN năm 1991, thì Internet mới thực sự phát triển “bùng nổ”. Với công nghệ HTML, các trang web được tạo ra một cách nhanh chóng và tiện lợi cho người sử dụng truy cập, đọc thông tin. Năm 1993, trung tâm NCSA tại đại học Illinois đưa ra trình duyệt web Mosaic 1.0, nền tảng cho các trình duyệt web về sau. Và bắt đầu từ thời điểm đó, mạng Internet đã phát triển nhanh chóng, lan rộng khắp toàn cầu. Tới tháng 1 năm 2006, đã có hơn một tỷ người sử dụng Internet [33], và tại Việt Nam là hơn 5 triệu người sử dụng. Ngày nay, với sự phát triển của thương mại điện tử, khó có thể tách rời sự tồn tại của Internet với xã hội loài người. Thống kê cho thấy, trong năm 2006, tổng giá trị bán hàng qua mạng sẽ đạt con số 200 tỷ USD [34]. Kinh doanh qua mạng Internet, quảng cáo qua Internet, cung cấp thông tin qua Internet đã là những khái niệm kinh điển. Trang web chính là bộ mặt của công ty, là nơi giao dịch mua bán, là nơi tiếp đón người dùng, nơi giao lưu, kết bạn. Những mô hình kinh doanh thành công như ebay, yahoo, google ngày nay đã và đang liên tục phát triển.

1.2. Giao Thức TCP IP Nền Tảng Của Các Cuộc Tấn Công DDoS

Hệ thống mạng internet dựa trên nền tảng là họ giao thức TCP/IP như đã nói ở trên. Mô hình hoạt động của Internet là chuyển gói tin nhanh nhất có thể từ trạm nguồn tới trạm đích. Hệ thống mạng trung gian đóng vai trò hỗ trợ chuyển tiếp dịch vụ. Các quy ước hoạt động được trạm nguồn và trạm đích tự thỏa thuận (ứng dụng). Theo cơ chế này, khi một trong hai phía tham gia truyền tin gặp sự cố - hoạt động sai (vô tình hoặc cố ý) thì đều dẫn tới những sự cố. Những mạng trung gian trong quá trình truyền tin hoàn toàn không đóng một vai trò nào có thể thay đổi được những sự cố đó. Nói một cách khác, hoạt động truyền tin trên Internet là tự do, không có sự cản trở nào có thể tác động được hoạt động truyền tin. Ví dụ điển hình là khả năng giả mạo địa chỉ IP – IP spoofing[29]. Phía gửi tin có thể dễ dàng thay đổi trường địa chỉ nguồn của gói tin TCP/IP. Phía nhận không thể phân biệt được trường địa chỉ đã bị thay đổi hay chưa.

II. Phân Tích Chi Tiết Các Loại Tấn Công DDoS Phổ Biến

Mức độ an toàn của Internet phụ thuộc vào mọi thành phần tham gia kết nối. Các cuộc tấn công phân tán từ chối dịch vụ thường được bắt đầu từ những hệ thống bị chiếm quyền quản lý do mắc các lỗi bảo mật. Cho dù máy chủ có được bảo mật như thế nào thì độ an toàn của máy chủ, dịch vụ vẫn phụ thuộc rất lớn vào phần còn lại của các hệ thống máy chủ trên Internet[30]. Các tài nguyên của Internet là hữu hạn. Tài nguyên Internet được tập hợp từ tài nguyên của các mạng kết nối chung, là tài nguyên của các máy chủ cung cấp dịch vụ. Các máy chủ này có tài nguyên hữu hạn về chip, về dung lượng bộ nhớ, khả năng lưu trữ. Nếu có quá nhiều yêu cầu cung cấp dịch vụ thì máy chủ sẽ bị quá tải và không thể tiếp tục cung cấp dịch vụ ổn định. Trong mô hình giao tiếp đ...

2.1. Tấn Công DDoS Dựa Trên Lớp Mạng Network Layer Attacks

Các cuộc tấn công lớp mạng nhắm mục tiêu vào cơ sở hạ tầng mạng, làm cạn kiệt băng thông và tài nguyên mạng. Các loại tấn công phổ biến bao gồm SYN flood, UDP flood và ICMP flood. SYN flood khai thác quy trình bắt tay ba chiều TCP, trong khi UDP và ICMP flood gửi một lượng lớn gói tin đến mục tiêu, làm nghẽn mạng và làm cho các dịch vụ không khả dụng.

2.2. Tấn Công DDoS Dựa Trên Lớp Ứng Dụng Application Layer Attacks

Các cuộc tấn công lớp ứng dụng, còn được gọi là tấn công lớp 7, nhắm mục tiêu vào các ứng dụng web và máy chủ. Chúng khai thác các lỗ hổng trong ứng dụng hoặc mô phỏng lưu lượng truy cập hợp pháp để làm quá tải máy chủ. Các loại tấn công phổ biến bao gồm HTTP flood, Slowloris và tấn công dựa trên botnet. HTTP flood gửi một lượng lớn yêu cầu HTTP đến máy chủ, trong khi Slowloris duy trì nhiều kết nối chậm, làm cạn kiệt tài nguyên máy chủ. Tấn công dựa trên botnet sử dụng mạng lưới các máy tính bị nhiễm để thực hiện các cuộc tấn công quy mô lớn.

III. Hướng Dẫn Thiết Kế Hệ Thống Phòng Thủ DDoS Toàn Diện

Để xây dựng một hệ thống phòng thủ DDoS hiệu quả, cần kết hợp nhiều lớp bảo vệ và các kỹ thuật giảm thiểu khác nhau. Điều này bao gồm việc sử dụng tường lửa, hệ thống phát hiện xâm nhập (IDS), hệ thống ngăn chặn xâm nhập (IPS), cân bằng tải và mạng phân phối nội dung (CDN). Tường lửa giúp lọc lưu lượng độc hại, trong khi IDS/IPS phát hiện và ngăn chặn các cuộc tấn công. Cân bằng tải phân phối lưu lượng trên nhiều máy chủ, ngăn chặn một máy chủ duy nhất bị quá tải. CDN lưu trữ nội dung tĩnh gần người dùng, giảm tải cho máy chủ gốc.

3.1. Triển Khai Tường Lửa Firewall và Hệ Thống IPS IDS

Tường lửa đóng vai trò là tuyến phòng thủ đầu tiên, lọc lưu lượng độc hại dựa trên các quy tắc được xác định trước. IDS/IPS giám sát lưu lượng mạng để tìm các mẫu tấn công và thực hiện các hành động để ngăn chặn chúng. Việc triển khai và cấu hình đúng cách các hệ thống này là rất quan trọng để bảo vệ chống lại các cuộc tấn công DDoS.

3.2. Sử Dụng Cân Bằng Tải Load Balancing và CDN Để Giảm Tải

Cân bằng tải phân phối lưu lượng truy cập trên nhiều máy chủ, ngăn chặn một máy chủ duy nhất bị quá tải. CDN lưu trữ nội dung tĩnh gần người dùng, giảm tải cho máy chủ gốc và cải thiện hiệu suất. Việc sử dụng kết hợp cân bằng tải và CDN có thể giúp giảm thiểu tác động của các cuộc tấn công DDoS.

3.3. Áp Dụng Rate Limiting và Blacklisting Để Kiểm Soát Lưu Lượng

Rate limiting giới hạn số lượng yêu cầu mà một người dùng có thể thực hiện trong một khoảng thời gian nhất định, ngăn chặn các cuộc tấn công dựa trên lưu lượng lớn. Blacklisting chặn lưu lượng từ các địa chỉ IP hoặc khu vực địa lý đã biết là độc hại. Việc sử dụng kết hợp rate limiting và blacklisting có thể giúp kiểm soát lưu lượng và giảm thiểu tác động của các cuộc tấn công DDoS.

IV. Ứng Dụng AI và Machine Learning Trong Phòng Chống Tấn Công DDoS

Trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) đang ngày càng được sử dụng trong phòng chống DDoS. Các thuật toán AI/ML có thể phân tích lưu lượng mạng để phát hiện các mẫu bất thường và xác định các cuộc tấn công DDoS một cách nhanh chóng và chính xác. Chúng cũng có thể tự động điều chỉnh các biện pháp bảo vệ để đáp ứng với các cuộc tấn công đang diễn ra.

4.1. Phân Tích Hành Vi Người Dùng Bằng Machine Learning

Machine learning có thể được sử dụng để phân tích hành vi người dùng và xác định các hoạt động bất thường có thể chỉ ra một cuộc tấn công DDoS. Bằng cách học các mẫu lưu lượng truy cập hợp pháp, các thuật toán ML có thể phát hiện các cuộc tấn công một cách nhanh chóng và chính xác.

4.2. Sử Dụng Threat Intelligence Để Dự Đoán Tấn Công DDoS

Threat intelligence cung cấp thông tin về các mối đe dọa mới nhất và các kỹ thuật tấn công. Bằng cách sử dụng threat intelligence, các tổ chức có thể dự đoán và ngăn chặn các cuộc tấn công DDoS trước khi chúng xảy ra.

V. Kiểm Thử và Mô Phỏng DDoS Đánh Giá Hiệu Quả Phòng Thủ

Kiểm thử và mô phỏng DDoS là rất quan trọng để đánh giá hiệu quả của các biện pháp phòng thủ. Bằng cách mô phỏng các cuộc tấn công DDoS, các tổ chức có thể xác định các điểm yếu trong hệ thống phòng thủ của họ và thực hiện các điều chỉnh cần thiết.

5.1. Các Phương Pháp Kiểm Thử DDoS Phổ Biến

Có nhiều phương pháp kiểm thử DDoS khác nhau, bao gồm kiểm thử thâm nhập, kiểm thử tải và kiểm thử ứng suất. Kiểm thử thâm nhập mô phỏng các cuộc tấn công thực tế để xác định các lỗ hổng. Kiểm thử tải đánh giá khả năng của hệ thống để xử lý lưu lượng truy cập cao. Kiểm thử ứng suất đánh giá khả năng của hệ thống để phục hồi sau một cuộc tấn công.

5.2. Sử Dụng Công Cụ Mô Phỏng DDoS Để Đánh Giá Khả Năng Chống Chịu

Có nhiều công cụ mô phỏng DDoS khác nhau có sẵn, cho phép các tổ chức mô phỏng các cuộc tấn công DDoS khác nhau và đánh giá khả năng chống chịu của hệ thống của họ. Các công cụ này có thể giúp xác định các điểm yếu và thực hiện các điều chỉnh cần thiết.

VI. Kết Luận Xu Hướng Tương Lai Của Phòng Chống Tấn Công DDoS

Phòng chống DDoS là một lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng. Các cuộc tấn công DDoS ngày càng trở nên tinh vi hơn, đòi hỏi các biện pháp phòng thủ tiên tiến hơn. Các xu hướng tương lai trong phòng chống DDoS bao gồm việc sử dụng AI/ML, threat intelligence và các kỹ thuật giảm thiểu dựa trên đám mây.

6.1. Tích Hợp Các Giải Pháp Phòng Chống DDoS Đa Lớp

Để bảo vệ hiệu quả chống lại các cuộc tấn công DDoS, cần tích hợp các giải pháp phòng chống DDoS đa lớp, bao gồm tường lửa, IDS/IPS, cân bằng tải, CDN và các kỹ thuật giảm thiểu dựa trên đám mây.

6.2. Cập Nhật Liên Tục Các Biện Pháp Phòng Thủ DDoS

Các cuộc tấn công DDoS ngày càng trở nên tinh vi hơn, đòi hỏi các biện pháp phòng thủ phải được cập nhật liên tục để đáp ứng với các mối đe dọa mới nhất. Các tổ chức cần theo dõi các xu hướng tấn công mới nhất và thực hiện các điều chỉnh cần thiết cho hệ thống phòng thủ của họ.