作者：互联网域名系统国家研究中心（ZDNS） 产品研发中心
关键词：DDoS攻击 DNS安全
前言 近日陆续有大量高校自建DNS服务器遭受DDoS攻击，互联网域名系统国家研究中心（ZDNS）监控到攻击事件后，第一时间对攻击情况与处置建议进行了通告，同时迅速开展应急响应协助用户恢复业务。为了帮助用户更好地理解本次攻击原理以规划处置应对措施，ZDNS持续跟进分析，通过梳理攻击特征深度剖析了攻击事件的底层原理与核心过程，并针对性地提出了防护建议供参考借鉴。
攻击特征 攻击包源IP：伪造成DNS服务器同网段的随机IP地址。 攻击流量：根据监测数据统计，单服务器平均每秒收到5千个左右的攻击查询请求。 攻击域名：前期主要集中于hongmao520.com、cqxqjx.com、lzn376.com、fow757.com、wym317.com五个二级域名的NS类型查询，后期为了躲避安全拦截策略新增了以上域名的DGA子域名，不排除后续还会有新的域名出现。
底层原理 原理一：DNS通信主要基于UDP协议，无法有效验证伪造的源IP 在传统DNS系统中，DNS查询和响应都基于UDP协议。UDP协议是一种无连接的协议，没有内置的机制来验证源IP的真实性。这意味着攻击者可以伪造IP地址发送DNS查询请求，触发DNS服务器返回响应到被攻击者指定的地址。 原理二：网卡发送数据包前需先确定目标主机，并通过ARP请求获取目标主机的MAC地址 网卡发送出数据包前，需先经由两步查找确定发送目标主机的MAC地址。 i. 查找目标主机：如果数据包的目的IP与自身IP在同一个直连网段内，则选择目的IP所在主机作为发送目标主机，否则选择路由表匹配的下一跳网关作为发送目标主机。 ii. 获取MAC地址：通过广播的ARP请求获取发送目标主机应答的MAC地址，如未收到应答等待重试超时，具体等待时间取决于操作系统类型与配置，以CentOS系统为例，默认配置下无应答的ARP请求需等待3秒(重试3次，单次1秒超时)。
原理三： UDP套接字回包是按顺序的，且发送缓冲区大小存在容量限制 服务器构造完应答包后，会放到对应UDP套接字的发送缓冲区中进行处理，发送缓冲区有两个特点： i. 先进先出：只有前一个应答包被正常发送或者丢弃后，才会继续处理下一个应答包。 ii. 容量受限：Linux系统发送缓冲区一般默认为200K左右，配置参数可通过命令cat/proc/sys/net/core/wmem_default查看。当缓冲区溢出后再放入新的数据包会触发报错，具体错误处理方式依赖于上层应用实现，可选择重试或直接丢弃等。
攻击过程 有用户可能会好奇，常规DNS服务器性能规格远高于本次攻击流量，为什么几千的攻击查询会导致DNS服务可用性严重下降呢？ 关键在于攻击者巧妙地利用了网络通信协议的一系列原理特点，本次攻击方发送了大量源IP伪造成服务器同网段未使用IP的DNS请求包，从而触发回包时ARP请求响应超时，同时利用了UDP套接字按顺序回包且存在缓冲区容量限制的特点，导致大量正常请求无法成功应答，具体过程如下： a. DNS服务器接收到大量攻击包，攻击包源IP伪造成服务器同网段未使用IP； b. 基于上述原理一，因为无法校验源IP真实性，DNS服务器内部处理完毕后会尝试向伪造IP回包； c. 基于上述原理二，因为数据包源IP与目标IP在同一网段，回包前需先通过ARP请求伪造IP的主机MAC地址； d. 因为伪造IP的主机不存在，所以无法响应ARP请求，每个请求需等待数秒后超时退出； e. 基于上述原理三，因为UDP套接字回包是按顺序的，每个攻击包触发的无应答ARP请求超时退出前会阻塞整个回包处理流程； f. 基于上述原理三，攻击包数量较多，会导致发送缓冲区被长时间频繁阻塞，当堆积的未发出应答包数据导致缓冲区溢出后，新的应答包无法继续放入缓冲区。 注：图示红框中为受攻击时发送缓冲区堆积的数据大小，单位：字节
本次攻击基于网络协议机制造成服务不可用，适用的攻击范围不限于DNS解析服务，任意满足攻击条件的服务都将造成影响。
防护建议 DNS安全防护是一个系统化工程，需要综合考虑各层面因素，以下为针对本次攻击的三个重点层面防护建议： 部署层面：缩小DNS服务暴露面。 ▪ DNS服务地址配置NAT：避免直接配置公网IP，可以增大攻击方伪造同网段IP的难度； ▪ 划分独立网段：DNS服务使用单独VLAN，减小攻击命中未使用地址概率，方便独立配置防护策略； ▪ 规避非必要服务暴露：如DNS服务无需向外暴露，通过出口防火墙策略控制，避免成为安全攻击目标； ▪ 递归权威分离：非公共递归服务无需对外暴露，权威服务按需进行安全加固。 功能层面：启用DNS服务器上的安全防护功能。 ▪ 开启IP限速：根据具体业务情况，对同网段IP配置限速策略； ▪ 开启域名限速：开启域名解析限速策略，丢弃超速报文； ▪ 开启威胁情报拦截：有效防护已知威胁事件，厂商监测到新攻击后可第一时间在云端更新威胁库实现及时封堵。 出口层面：互联网出口核心设备加强源地址欺骗防护，从源头上拦截可疑的DNS请求流量。
打造安全DNS刻不容缓 域名系统作为互联网关键基础设施，是互联网访问的入口。近年来，面向网络基础设施发起的攻击增长迅猛，而针对DNS发起的DDoS攻击就占据了其中50%以上。因为域名服务故障通常会造成大面积的网络中断，严重程度远大于单个应用系统故障，所以安全DNS的重要性进一步凸显。此次高校园区网遭受攻击再次敲响了警钟，重视并加强DNS系统安全，建设安全DNS成为企业信息化建设核心任务，刻不容缓！ 互联网域名系统国家研究中心（ZDNS）在DNS安全领域已持续投入多年，并在国内率先发布安全DNS产品，现已拥有多项DNS安全发明专利，旨在为企业提供全功能智能DNS解析服务、深度DNS协议安全防护服务和基于威胁情报的解析防护服务，有效控制域名威胁，保障业务安全。同时，ZDNS提供安全云解析托管与安全云递归解析服务，为互联网公司、大型企业和金融机构等提供可靠、稳定、高扩展性的DNS DDoS防御解决方案。
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