SYN cookie

SYN cookie 是一种用于阻止 SYN flood 攻击的技术。这项技术的主要发明人 Daniel J. Bernstein 将 SYN cookies 定义为“TCP 服务器进行的对开始TCP数据包序列数字的特定选择”。举例来说，SYN Cookies 的应用允许服务器当 SYN 队列被填满时避免丢弃连接。相反，服务器会表现得像 SYN 队列扩大了一样。服务器会返回适当的 SYN+ACK 响应，但会丢弃 SYN 队列条目。如果服务器接收到客户端随后的ACK响应，服务器能够使用编码在 TCP 序号内的信息重构 SYN 队列条目。

实现

发起一个 TCP 连接时，客户端将一个 TCP SYN 包发送给服务器。作为响应，服务器将 TCP SYN + ACK 包返回给客户端。此数据包中有一个序号（sequence number，TCP头中的第二个32 bit），它被 TCP 用来重新组装数据流。根据 TCP 规范，由端点发送的第一个序号可以是由该端点决定的任何值。SYN Cookies 是根据以下规则构造的初始序号：

  • 令 t 为一个缓慢递增的时间戳（通常为 time() >> 6 ，提供 64 秒的解析度）；
  • 令 m 为服务器会在 SYN 队列条目中存储的最大分段大小（maximum segment size，简称为 MSS）；
  • 令 s 为一个加密散列函数对服务器和客户端各自的 IP 地址和端口号以及 t 进行运算的结果。返回得到的数值 s 必须是一个24位值。

初始 TCP 序号，也就是所谓的 SYN cookie，按照如下算法得到：

  • 头五位：t mod 32；
  • 中三位：m 编码后的数值；
  • 末24位：s 本身；

注：由于 必须用 3 位进行编码，服务器在启用了 时只能为 发送八种不同的数值。

根据 TCP 规范，当客户端发回 TCP ACK 包给服务器以响应服务器的 SYN + ACK 包时，客户端必须使用由服务器发送的初始序号加1作为数据包中的确认号。服务器接着从确认号中减去 1 以便还原向客户端发送的原始 SYN Cookie。

接下来服务器进行以下检查：

  • 根据当前的时间以及 t 来检查连接是否过期。
  • 重新计算 s 来确认这是不是一个有效的 SYN Cookie。
  • 从 3 位编码中解码 m，以便之后用来重建 SYN 队列条目。在此之后，连接照常进行。

缺陷

SYN Cookies 的使用不与任何协议定义冲突，照理来说它该和所有的 TCP 实现兼容。然而，当 SYN Cookies 使用的时候，会发生两种值得注意的变化：首先，服务器只能编码八种 MSS 数值，因为只有 3 位二进制空间可用。其次，这个服务器必须拒绝所有的 TCP 选用项，例如大型窗口和时间戳，因为服务器会在信息被用其他方式存储时丢弃 SYN 队列条目。 [1]

尽管这些限制将不可避免地导致一个不如最佳的体验，它们的效果很少被客户端注意到——这些改变只在被攻击时值得注意。在这样的情况下，牺牲 TCP 选项来保护连接一般被认为是合乎情理的。

Linux内核 从 2.6.26 版本开始为 TCP 选用项加入了有限的支持，通过把它们编码在时间戳内实现。[2]

较新的 TCP Cookie 传输（TCPCT）标准被设计用来克服 SYN Cookies 的这些问题，并且在各种方面改进这套机制。不像 SYN Cookies，TCPCT 是一个 TCP 拓展并且要求两端点都支持 TCPCT。

安全考量

被设置为允许所有出站连接但对入站连接有限制（例如在 Web 服务器上只允许 80 端口）的简单防火墙一般是这样实现的：只阻断不必要端口的 SYN 请求。如果 SYN Cookies 被启动了，应当小心以保证攻击者不能使用伪造 ACK、尝试随机序列号的方式来绕过这样的防火墙。因此 SYN cookies 应该按照每个端口单独处理的方式来调节开关，这样的话一个公共端口上的 SYN Cookies 并不会在一个私有端口上被认可。[3]

历史

Daniel J. Bernstein 和 Eric Schenk 于 1996 年九月创造了这个技术。Jeff Weisberg 在一个月后发布了最早的实现（在 SunOS 上），Eric Schenk 随后在 1997 年二月发布了他的 Linux 实现（目前的实现使用，例如 net.ipv4.tcp_syncookies（页面存档备份，存于））。

参见

参考资料
  1. （页面存档备份，存于）, cr.yp.to September 1996
  2. Patrick McManus, Improving Syncookies （页面存档备份，存于）, lwn.net April 2008
  3. . [2013-03-17]. （原始内容存档于2013-04-13）.
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