По долгу службы мне часто приходится сталкиваться с DDOS на сервера, но некоторое время назад столкнулся с другой атакой, к которой был не готов. Атака производилась на маршрутизатор Juniper MX80 поддерживающий BGP сессии и выполняющий анонс сетей дата-центра. Целью атакующих был веб-ресурс расположенный на одном из наших серверов, но в результате атаки, без связи с внешним миром остался весь дата-центр. Подробности атаки, а также тесты и методы борьбы с такими атаками под катом.
Исторически сложилось, что на маршрутизаторе блокируется весь UDP трафик летящий в нашу сеть. Первая волна атаки (в 17:22) была как раз UDP трафиком, график unicast пакетов с аплинка маршрутизатора:
и график unicast пакетов с порта свича подключенного к роутеру:
демонстрируют, что весь трафик осел на фильтре маршрутизатора. Поток unicast пакетов на аплинке маршрутизатора увеличился на 400 тысяч и атака только UDP пакетами продолжалась до 17:33. Далее атакующие изменили стратегию и добавили к атаке UDP еще и атаку TCP SYN пакетами на атакуемый сервер, а также на сам маршрутизатор. Как видно по графику, маршрутизатору стало настолько плохо, что он перестал отдавать SNMP в zabbix. После волны SYN на порты маршрутизатора стали отваливаться BGP сессии с пирами (используется три аплинка с каждого получаем full view по ipv4 и по ipv6), в логах появились трагические записи:
Как было выяснено позже, после атаки, волна TCP SYN увеличила нагрузку на routing engine маршрутизатора после чего упали все BGP сессии и маршрутизатор не смог самостоятельно восстановить работу. Атака на маршрутизатор длилась несколько минут, но из-за дополнительной нагрузки, маршрутизатор не мог обработать full view с трех аплинков и сессии снова рвались. Восстановить работу удалось только поочередным поднятием всех BGP сессий. Дальнейшая атака шла на сам сервер.
В качестве цели атаки использовался Juniper MX80 с той же версией прошивки, что и на боевом роутере. В качестве атакующего использовался сервер с 10Gb картой и установленной на нем ubuntu server + quagga. Генератором трафика выступал скрипт с вызовом утилиты hping3. Для проверки пагубного воздействия “всплесков” трафика, скрипт генерировал трафик с временными разрывами: 30 секунд атака — 2 секунды атаки нет. Также, для чистоты эксперимента, была поднята BGP сессия между маршрутизатором и сервером. В установленной на тот момент конфигурации боевого маршрутизатора, порты BGP и SSH были открыты на всех интерфейсах/адресах маршрутизатора и не фильтровались. Аналогичная конфигурация была перенесена на стендовый маршрутизатор.
Первым этапом испытаний стала атака TCP SYN на BGP (179) порт маршрутизатора. IP адрес источника совпадал с адресом пира в конфигурации маршрутизатора. IP address spoofing не исключался, так как у наших аплинков не включен uPRF. Сессия была установлена. Со стороны quagga:
Со стороны Juniper:
После начала атаки (13:52) на маршрутизатор летит ~1.2 Mpps трафика:
или 380Mbps:
Нагрузка на CPU RE и CPU FE маршрутизатора возрастает:
После задержки (90 сек) BGP сессия падает и больше не поднимается:
Маршрутизатор занят обработкой прилетающего TCP SYN на порт BGP и не может установить сессию. На порту множество пакетов:
Вторым этапом испытаний стала атака TCP SYN на BGP (179) порт маршрутизатора. IP адрес источника выбирался случайно и не совпадал с адресом пира указанным в конфигурации маршрутизатора. Эта атака произвела на маршрутизатор такой же эффект. Дабы не растягивать статью однообразными выводами логов, приведу только график нагрузки:
По графику отчетливо видно момент начала атаки. BGP сессия также упала и не смогла восстановиться.
Особенность работы оборудования Juniper заключается в разделении задач между routing engine (RE) и packet forwarding engine (PFE). PFE обрабатывает весь поток проходящего трафика осуществляя его фильтрацию и маршрутизацию по заранее сформированной схеме. RE занимается обработкой прямых обращений к маршрутизатору (traceroute, ping, ssh), обработкой пакетов для служб BGP, NTP, DNS, SNMP и формирует схемы фильтрации и маршрутизации трафика для PFE маршрутизатора.
Основная идея защиты маршрутизатора состоит в фильтрации всего трафика предназначенного для RE. Создание фильтра позволит перенести нагрузку, создаваемую DDOS атакой, с CPU RE на CPU PFE маршрутизатора, что даст возможность RE обрабатывать только реальные пакеты и не тратить процессорное время на другой трафик. Для построения защиты необходимо определить, что фильтруем. Схема написания фильтров для IPv4 была взята из книги Douglas Hanks Jr. — Day One Book: Securing the Routing Engine on M, MX and T series. В моем случае на маршрутизаторе схема была следующей:
По протоколу IPv4
По протоколу IPv6, в моем случае, фильтры накладывались только на BGP, NTP, ICMP, DNS и traceroute. Единственное отличие в фильтрации ICMP трафика, так как IPv6 использует ICMP в служебных целях. Остальные протоколы не использовали IPv6 адресацию.
Для написания фильтров в juniper существует удобный инструмент — prefix-list, который позволяет динамически составлять списки ip адресов/подсетей для подстановки в фильтры. Например, для создания списка адресов ipv4 BGP соседей указанных в конфигурации, используется следующая структура:
результат составления списка:
Составляем динамические списки префиксов для всех фильтров:
Составляем политики для ограничения пропускной способности:
Ниже, под «копи-паст», конфигурация фильтров конечного варианта защиты (были уменьшены пороги пропускной способности трафика NTP и ICMP, причины снижения порогов подробно описаны в разделе тестирования). Настраиваем фильтры ipv4:
Аналогичный фильтр для ipv6:
Далее необходимо применить фильтры на служебный интерфейс lo0.0. В системе JunOS этот интерфейс используется для передачи данных между PFE и RE. Конфигурация примет следующий вид:
Порядок указания фильтров в input-list интерфейса очень важен. Каждый пакет будет проверяться на валидность проходя по фильтрам указанным в input-list слева направо.
После применения фильтров, провел ряд тестов на том же стенде. После каждого теста выполнялась очистка счетчиков firewall. Нормальная (без атаки) нагрузка на роутере видна на графиках в 11:06 — 11:08. График pps за весь период тестов:
График CPU за весь период тестов:
Первым проводился тест флуда icmp c порогом трафика 5Мб/с (на графиках 10:21 — 10:24). По счетчикам фильтра и на графике видно ограничение по трафика по пропускной способности, но даже этого потока было достаточно для повышения нагрузки, поэтому порог был уменьшен до 1Мб/с. Счетчики:
Повторный тест флуда icmp c порогом трафика 1Мб/с (на графиках 10:24 — 10:27). Нагрузка на RE роутера упала с 19% до 10%, нагрузка на PFE до 30%. Счетчики:
Следующим был проведен тест флуда на порт BGP роутера с постороннего (не включеного в конфиг) ip адреса (на графиках 10:29 — 10:36). Как видно из счетчиков, весь флуд осел на discard-tcp фильтре RE и лишь увеличил нагрузку на PFE. Нагрузка на RE не изменилась. Счетчики:
сессия не падает:
Четвертым был проведен тест флуда (на графиках 10:41 — 10:46) UDP на порт NTP (в настройках фильтра взаимодействие по этому порту ограничивается серверами указанными в конфиге роутера). По графику, нагрузка поднимается только на PFE роутера до 28%. Счетчики:
Пятым был проведен тест флуда (на графиках 10:41 — 11:04) UDP на порт NTP с IP spoofing. Нагрузка на RE увеличилась на 12%, нагрузка на PFE увеличилась до 22%. По счетчикам видно, что флуд упирается в порог 1Мб/с, но этого достаточно для повышения нагрузки на RE. Порог трафика в итоге был уменьшен до 512Кб/с. Счетчики:
Повторный тест флуда (на графике ниже 11:29 — 11:34) UDP на порт NTP с IP spoofing, но с порогом трафика 512Кб/с. График нагрузки:
Счетчики:
В итоге всех проведенных тестов удалось получить, устойчивую к DDOS атакам, конфигурацию фильтров трафика RE. В настоящий момент эта конфигурация уже применена на боевом роутере и проблем не выявлено. По счетчикам с боевого MX80:
видно какое количество “левого” трафика оседает на фильтре discard.
Буду рад ответить на все вопросы в комментариях.
История атаки
Исторически сложилось, что на маршрутизаторе блокируется весь UDP трафик летящий в нашу сеть. Первая волна атаки (в 17:22) была как раз UDP трафиком, график unicast пакетов с аплинка маршрутизатора:
и график unicast пакетов с порта свича подключенного к роутеру:
демонстрируют, что весь трафик осел на фильтре маршрутизатора. Поток unicast пакетов на аплинке маршрутизатора увеличился на 400 тысяч и атака только UDP пакетами продолжалась до 17:33. Далее атакующие изменили стратегию и добавили к атаке UDP еще и атаку TCP SYN пакетами на атакуемый сервер, а также на сам маршрутизатор. Как видно по графику, маршрутизатору стало настолько плохо, что он перестал отдавать SNMP в zabbix. После волны SYN на порты маршрутизатора стали отваливаться BGP сессии с пирами (используется три аплинка с каждого получаем full view по ipv4 и по ipv6), в логах появились трагические записи:
Как было выяснено позже, после атаки, волна TCP SYN увеличила нагрузку на routing engine маршрутизатора после чего упали все BGP сессии и маршрутизатор не смог самостоятельно восстановить работу. Атака на маршрутизатор длилась несколько минут, но из-за дополнительной нагрузки, маршрутизатор не мог обработать full view с трех аплинков и сессии снова рвались. Восстановить работу удалось только поочередным поднятием всех BGP сессий. Дальнейшая атака шла на сам сервер.
Испытание в условиях стенда и воспроизведение атаки
В качестве цели атаки использовался Juniper MX80 с той же версией прошивки, что и на боевом роутере. В качестве атакующего использовался сервер с 10Gb картой и установленной на нем ubuntu server + quagga. Генератором трафика выступал скрипт с вызовом утилиты hping3. Для проверки пагубного воздействия “всплесков” трафика, скрипт генерировал трафик с временными разрывами: 30 секунд атака — 2 секунды атаки нет. Также, для чистоты эксперимента, была поднята BGP сессия между маршрутизатором и сервером. В установленной на тот момент конфигурации боевого маршрутизатора, порты BGP и SSH были открыты на всех интерфейсах/адресах маршрутизатора и не фильтровались. Аналогичная конфигурация была перенесена на стендовый маршрутизатор.
Первым этапом испытаний стала атака TCP SYN на BGP (179) порт маршрутизатора. IP адрес источника совпадал с адресом пира в конфигурации маршрутизатора. IP address spoofing не исключался, так как у наших аплинков не включен uPRF. Сессия была установлена. Со стороны quagga:
Со стороны Juniper:
После начала атаки (13:52) на маршрутизатор летит ~1.2 Mpps трафика:
или 380Mbps:
Нагрузка на CPU RE и CPU FE маршрутизатора возрастает:
После задержки (90 сек) BGP сессия падает и больше не поднимается:
Jul 4 13:54:01 MX80 rpd[1407]: bgp_hold_timeout:4035: NOTIFICATION sent to 9.4.8.2 (External AS 4567): code 4 (Hold Timer Expired Error), Reason: holdtime expired for 9.4.8.2 (External AS 4567), socket buffer sndcc: 38 rcvcc: 0 TCP state: 4, snd_una: 3523671294 snd_nxt: 3523671313 snd_wnd: 114 rcv_nxt: 1556791630 rcv_adv: 1556808014, hold timer out 90s, hold timer remain 0s
Маршрутизатор занят обработкой прилетающего TCP SYN на порт BGP и не может установить сессию. На порту множество пакетов:
user@MX80> monitor traffic interface ge-1/0/0 count 20
13:55:39.219155 In IP 9.4.8.2.2097 > 9.4.8.1.bgp: S 1443462200:1443462200(0) win 512
13:55:39.219169 In IP 9.4.8.2.27095 > 9.4.8.1.bgp: S 295677290:295677290(0) win 512
13:55:39.219177 In IP 9.4.8.2.30114 > 9.4.8.1.bgp: S 380995480:380995480(0) win 512
13:55:39.219184 In IP 9.4.8.2.57280 > 9.4.8.1.bgp: S 814209218:814209218(0) win 512
13:55:39.219192 In IP 9.4.8.2.2731 > 9.4.8.1.bgp: S 131350916:131350916(0) win 512
13:55:39.219199 In IP 9.4.8.2.2261 > 9.4.8.1.bgp: S 2145330024:2145330024(0) win 512
13:55:39.219206 In IP 9.4.8.2.z39.50 > 9.4.8.1.bgp: S 1238175350:1238175350(0) win 512
13:55:39.219213 In IP 9.4.8.2.2098 > 9.4.8.1.bgp: S 1378645261:1378645261(0) win 512
13:55:39.219220 In IP 9.4.8.2.30115 > 9.4.8.1.bgp: S 1925718835:1925718835(0) win 512
13:55:39.219227 In IP 9.4.8.2.27096 > 9.4.8.1.bgp: S 286229321:286229321(0) win 512
13:55:39.219235 In IP 9.4.8.2.2732 > 9.4.8.1.bgp: S 1469740166:1469740166(0) win 512
13:55:39.219242 In IP 9.4.8.2.57281 > 9.4.8.1.bgp: S 1179645542:1179645542(0) win 512
13:55:39.219254 In IP 9.4.8.2.2262 > 9.4.8.1.bgp: S 1507663512:1507663512(0) win 512
13:55:39.219262 In IP 9.4.8.2.914c/g > 9.4.8.1.bgp: S 1219404184:1219404184(0) win 512
13:55:39.219269 In IP 9.4.8.2.2099 > 9.4.8.1.bgp: S 577616492:577616492(0) win 512
13:55:39.219276 In IP 9.4.8.2.267 > 9.4.8.1.bgp: S 1257310851:1257310851(0) win 512
13:55:39.219283 In IP 9.4.8.2.27153 > 9.4.8.1.bgp: S 1965427542:1965427542(0) win 512
13:55:39.219291 In IP 9.4.8.2.30172 > 9.4.8.1.bgp: S 1446880235:1446880235(0) win 512
13:55:39.219297 In IP 9.4.8.2.57338 > 9.4.8.1.bgp: S 206377149:206377149(0) win 512
13:55:39.219305 In IP 9.4.8.2.2789 > 9.4.8.1.bgp: S 838483872:838483872(0) win 512
Вторым этапом испытаний стала атака TCP SYN на BGP (179) порт маршрутизатора. IP адрес источника выбирался случайно и не совпадал с адресом пира указанным в конфигурации маршрутизатора. Эта атака произвела на маршрутизатор такой же эффект. Дабы не растягивать статью однообразными выводами логов, приведу только график нагрузки:
По графику отчетливо видно момент начала атаки. BGP сессия также упала и не смогла восстановиться.
Концепция построения защиты RE маршрутизатора
Особенность работы оборудования Juniper заключается в разделении задач между routing engine (RE) и packet forwarding engine (PFE). PFE обрабатывает весь поток проходящего трафика осуществляя его фильтрацию и маршрутизацию по заранее сформированной схеме. RE занимается обработкой прямых обращений к маршрутизатору (traceroute, ping, ssh), обработкой пакетов для служб BGP, NTP, DNS, SNMP и формирует схемы фильтрации и маршрутизации трафика для PFE маршрутизатора.
Основная идея защиты маршрутизатора состоит в фильтрации всего трафика предназначенного для RE. Создание фильтра позволит перенести нагрузку, создаваемую DDOS атакой, с CPU RE на CPU PFE маршрутизатора, что даст возможность RE обрабатывать только реальные пакеты и не тратить процессорное время на другой трафик. Для построения защиты необходимо определить, что фильтруем. Схема написания фильтров для IPv4 была взята из книги Douglas Hanks Jr. — Day One Book: Securing the Routing Engine on M, MX and T series. В моем случае на маршрутизаторе схема была следующей:
По протоколу IPv4
- BGP — фильтруем пакеты по source и destination ip, source ip может быть любой из списка bgp neighbor. Разрешаем только подключения tcp established, то есть фльтр будет отбрасывать все SYN прилетающие на этот порт, а сессия BGP будет начинаться только от нас (BGP сосед аплинка работает в пассивном режиме).
- TACACS+ — фильтруем пакеты по source и destination ip, source ip может быть только из внутренней сети. Ограничиваем полосу пропускания в 1Mb/s.
- SNMP — фильтруем пакеты по source и destination ip, source ip может быть любой из списка snmp-clients в конфигурации.
- SSH — фильтруем пакеты по destination ip, source ip может быть любой, так как есть необходимость экстренного доступа к устройству из любой сети. Ограничиваем полосу пропускания в 5Mb/s.
- NTP — фильтруем пакеты по source и destination ip, source ip может быть любой из списка ntp servers конфигурации. Ограничиваем полосу пропускания в 1Mb/s (в дальнейшем порог был уменьшен до 512Kb/s).
- DNS — фильтруем пакеты по source и destination ip, source ip может быть любой из списка dns servers конфигурации. Ограничиваем полосу пропускания в 1Mb/s.
- ICMP — фильтруем пакеты, пропускаем только на адреса принадлежащие маршрутизатору. Ограничиваем полосу пропускания в 5Mb/s (в дальнейшем порог был уменьшен до 1Mb/s).
- TRACEROUTE — фильтруем пакеты, пропускаем только пакеты с TTL равным 1 и только на адреса принадлежащие маршрутизатору. Ограничиваем полосу пропускания в 1Mb/s.
По протоколу IPv6, в моем случае, фильтры накладывались только на BGP, NTP, ICMP, DNS и traceroute. Единственное отличие в фильтрации ICMP трафика, так как IPv6 использует ICMP в служебных целях. Остальные протоколы не использовали IPv6 адресацию.
Написание конфигурации
Для написания фильтров в juniper существует удобный инструмент — prefix-list, который позволяет динамически составлять списки ip адресов/подсетей для подстановки в фильтры. Например, для создания списка адресов ipv4 BGP соседей указанных в конфигурации, используется следующая структура:
результат составления списка:
show configuration policy-options prefix-list BGP-neighbors-v4 | display inheritance
##
## apply-path was expanded to:
## 1.1.1.1/32;
## 2.2.2.2/32;
## 3.3.3.3/32;
##
apply-path «protocols bgp group <*> neighbor <*.*>»;
Составляем динамические списки префиксов для всех фильтров:
Составляем политики для ограничения пропускной способности:
Ниже, под «копи-паст», конфигурация фильтров конечного варианта защиты (были уменьшены пороги пропускной способности трафика NTP и ICMP, причины снижения порогов подробно описаны в разделе тестирования). Настраиваем фильтры ipv4:
Аналогичный фильтр для ipv6:
Далее необходимо применить фильтры на служебный интерфейс lo0.0. В системе JunOS этот интерфейс используется для передачи данных между PFE и RE. Конфигурация примет следующий вид:
Порядок указания фильтров в input-list интерфейса очень важен. Каждый пакет будет проверяться на валидность проходя по фильтрам указанным в input-list слева направо.
Тестирование фильтров
После применения фильтров, провел ряд тестов на том же стенде. После каждого теста выполнялась очистка счетчиков firewall. Нормальная (без атаки) нагрузка на роутере видна на графиках в 11:06 — 11:08. График pps за весь период тестов:
График CPU за весь период тестов:
Первым проводился тест флуда icmp c порогом трафика 5Мб/с (на графиках 10:21 — 10:24). По счетчикам фильтра и на графике видно ограничение по трафика по пропускной способности, но даже этого потока было достаточно для повышения нагрузки, поэтому порог был уменьшен до 1Мб/с. Счетчики:
Повторный тест флуда icmp c порогом трафика 1Мб/с (на графиках 10:24 — 10:27). Нагрузка на RE роутера упала с 19% до 10%, нагрузка на PFE до 30%. Счетчики:
Следующим был проведен тест флуда на порт BGP роутера с постороннего (не включеного в конфиг) ip адреса (на графиках 10:29 — 10:36). Как видно из счетчиков, весь флуд осел на discard-tcp фильтре RE и лишь увеличил нагрузку на PFE. Нагрузка на RE не изменилась. Счетчики:
сессия не падает:
Четвертым был проведен тест флуда (на графиках 10:41 — 10:46) UDP на порт NTP (в настройках фильтра взаимодействие по этому порту ограничивается серверами указанными в конфиге роутера). По графику, нагрузка поднимается только на PFE роутера до 28%. Счетчики:
Пятым был проведен тест флуда (на графиках 10:41 — 11:04) UDP на порт NTP с IP spoofing. Нагрузка на RE увеличилась на 12%, нагрузка на PFE увеличилась до 22%. По счетчикам видно, что флуд упирается в порог 1Мб/с, но этого достаточно для повышения нагрузки на RE. Порог трафика в итоге был уменьшен до 512Кб/с. Счетчики:
Повторный тест флуда (на графике ниже 11:29 — 11:34) UDP на порт NTP с IP spoofing, но с порогом трафика 512Кб/с. График нагрузки:
Счетчики:
Заключение
В итоге всех проведенных тестов удалось получить, устойчивую к DDOS атакам, конфигурацию фильтров трафика RE. В настоящий момент эта конфигурация уже применена на боевом роутере и проблем не выявлено. По счетчикам с боевого MX80:
видно какое количество “левого” трафика оседает на фильтре discard.
Буду рад ответить на все вопросы в комментариях.
Comments
Post a Comment