此DDOS應用層防御系統已經部署在了http://www.yfdc.org網站上(如果訪問失敗,請直接訪問位于國內的服務器http://121.42.45.55進行在線測試)。

此防御系統位于應用層，可以有效防止非法用戶對服務器資源的濫用:

只要是發送高頻率地、應用層請求以實現大量消耗系統資源的攻擊方式，皆可有效防御。

其實現的基本思想是:

定期分析所有訪問用戶在過去各個時間段內的請求頻率，將頻率高于指定閾值的用戶判定為資源濫用者，將其封殺一段時間，時效過后，防御系統自動將其解封。

在線效果測試:

進入http://www.yfdc.org -> 點擊右上側在線查詢，此時將會進入/shell/yf域內，/shell/yf是一個用bash scripts寫的動態web-cgi程序，用戶每一次提交信息，此程序將會執行一些服務器端的查詢操作，然后將數據處理后返回到客戶端。

為了防止非法用戶高頻率地訪問這個程序，而影響到其他正常用戶的訪問，故需要進行一些保護措施。

最終效果:

被封信息頁面

在/shell/yf域內，按住F5不放，一直刷新，幾秒后松開，就能看到被封信息和解封時間。只要某個用戶對/shell/yf的訪問超過了正常的頻率，服務將會對這個用戶關閉一段時間，期滿后自動解封。

操作系統: CentOS 6.5 x86_64開發語言: Bash Shell ScriptsWeb服務器: Apache Httpd

(此圖為系統結構的鳥瞰圖 可存至本地后放大查看)

(自定義日志文件的格式)

在httpd.conf的日志參數中，加入如下兩行：

   LogFormat "%a /"%U/" %{local}p %D %{%s}t " yfddosCustomLog logs/yfddos_log yfddos

我們接下來重點分析日志文件/etc/httpd/logs/yfddos_log.

LogFormat "%a /"%U/" %{local}p %D %{%s}t " yfddos

解釋:

%a -> 用戶的IP%U -> 請求的URL地址，但并不包含query string（The URL path requested, not including any query string.）%{local}p -> 用戶請求的服務器端口（一般為80）%D -> 這個請求共消耗了服務器多少微秒（The time taken to serve the request, in microseconds.）%{%s}t -> 服務器收到這個請求時，時間戳的值（seconds since 1970-01-01 00:00:00 UTC）

例子:

192.168.31.1 "/shell/yf" 80 118231 1417164313

譯為:IP為192.168.31.1的主機,在時間戳為1417164313的時候，訪問了/shell/yf，并由服務器的80端口向其提供服務，共耗時118231微秒

或為:IP為192.168.31.1的主機,在2014-11-28 16:45:13的時候，訪問了/shell/yf，并由服務器的80端口向其提供服務，共耗時0.118231秒

至于為什么不使用httpd.conf中官方定義的日志，原因如下:

- 用戶訪問日志的一條記錄可大約控制在60Bytes以內，數據量小，便于后期分析，官方定義的日志太過臃腫，影響分析速度- 使用時間戳標志時間，便于后期分析，官方定義的日志時間參數為常規的表達方式，不便于直接進行處理- httpd的日志系統本身就是從舊到新進行排序記錄的，所以/etc/httpd/logs/yfddos_log日志條目的時間戳，亦為從小到大進行排序的，數據記錄更加鮮明

黑名單文件格式

yfddosd黑名單文件/etc/yfddos/web-yf-search.b格式如下:

# ip    add-stamp  rmv-stamp1.2.3.4 1416046335 14160463951.2.3.5 1416046336 14160463961.2.3.6 1416046339 1416046399

每一行為一個黑名單條目，上面第一個條目的意義為：

IP地址  :1.2.3.4開始時間:時間戳1416046335，即 2014-11-15 18:12:15終止時間:時間戳1416046395，即 2014-11-15 18:13:15

直觀意義為:

IP地址:1.2.3.4，從2014-11-15 18:12:15開始，被封殺1分鐘，在2014-11-15 18:13:15時自動解封。

這個文件將由駐留在系統中的daemon守護進程yfddosd進行維護更新。

守護進程的原理圖

守護進程yfddosd是整個CC防御系統的核心，而function analyze_and_insert_black()則是yfddosd的核心。

yfddosd的配置參數:

yfddos_blackfilePath='/etc/yfddos/web-yf-search.b'yfddos_accesslogPath='/etc/httpd/logs/yfddos_log'function analyze_and_insert_black() {   # analyze_and_insert_black() :  #   $1:max frequency(seems as abuse if above that) $2:blackip-ttl,time to live,unit is seconds (s)   #   $3:the access log ${3} seconds before will be analyzed to generate the abuse ip lists that we will block  # example : analyze_and_insert_black "limit" "ttl" "time"  # example : analyze_and_insert_black "4" "10" "5"  # 分析在過去5s內的用戶訪問日志 如果有人在這5s內訪問量>=4 系統將視其為資源濫用者 將其加入服務黑名單  # 一條黑名單的作用時間為10s 即在10s之后 系統自動刪除此黑名單條目 服務則繼續向其開放  # global vars:  # stamp logtmpfile yfddos_blackfilePath  # ......}

函數analyze_and_insert_black有三個輸入參數：

例子: analyze_and_insert_black "4" "10" "5"

解釋: 分析日志文件/etc/httpd/logs/yfddos_log中,在過去5s內的用戶訪問日志,如果有IP在這5s內訪問量>=4,守護進程yfddosd將視其為資源濫用者，然后將這個IP加入到黑名單文件/etc/yfddos/web-yf-search.b中，此條黑名單的作用時間為10s，在10s之后，守護進程yfddosd將刪除此黑名單條目。

例子: analyze_and_insert_black "150" "2700" "905"

解釋: 分析日志文件/etc/httpd/logs/yfddos_log中,在過去905s內的用戶訪問日志,如果有IP在這905s內訪問量>=150,守護進程yfddosd將視其為資源濫用者，然后將這個IP加入到黑名單文件/etc/yfddos/web-yf-search.b中，此條黑名單的作用時間為2700s，在2700s之后，守護進程yfddosd將刪除此黑名單條目。

簡記為: analyze_and_insert_black "limit" "ttl" "time"

解釋: 分析日志文件/etc/httpd/logs/yfddos_log中,在過去(time)s內的用戶訪問日志,如果有IP在這(time)s內訪問量>=limit,守護進程yfddosd將視其為資源濫用者，然后此IP將會被加入到黑名單文件/etc/yfddos/web-yf-search.b中，作用時間為(ttl)s，在(ttl)s之后，守護進程yfddosd將自動刪除此條目。    

從上述中可看出，守護進程yfddosd至少需要完成如下三個任務:

- 分析日志文件/etc/httpd/logs/yfddos_log中指定時間內的用戶訪問記錄- 將資源濫用者的IP加入文件/etc/yfddos/web-yf-search.b，并設置封殺TTL參數值- 將/etc/yfddos/web-yf-search.b中已經過期的條目全部及時刪除

守護進程yfddosd是如何實現上面三個邏輯的:

- 分析日志文件/etc/httpd/logs/yfddos_log中指定時間內的用戶訪問記錄:(1) 取出/etc/httpd/logs/yfddos_log中過去time秒的訪問日志數據，使用二分法將這一操作的時間復雜度壓縮到K*log2(N)以內，其中N為/etc/httpd/logs/yfddos_log中日志總行數，K為一次測試的耗時量，一般為1ms以內，即如有1048576條訪問記錄，這一操作將僅需要20*1ms(2) 使用正則RE對這些數據進行二次處理，過濾出所有訪問指定URL的用戶IP(這個URL為想要防御的http服務url，例如在http://www.yfdc.org系統中，所防御的就是/shell/yf,這個服務向訪問者提供信息的search與get服務)，再次使用sort與uniq對這些IP進行處理，以統計出每個IP的訪問次數并進行高低排序- 將資源濫用者的IP加入文件/etc/yfddos/web-yf-search.b，并設置封殺TTL參數值將所有訪問次數超過閾值limit的IP更新到黑名單文件/etc/yfddos/web-yf-search.b中,每個黑名單條目的封殺時間為ttl秒- 將/etc/yfddos/web-yf-search.b中已經過期的條目全部及時刪除遍歷/etc/yfddos/web-yf-search.b中所有黑名單條目，結合當前時間戳，將所有已經過期的條目一一刪去

下面是守護進程yfddosd狀態機的偽代碼:(略去了一些處理細節)

#init and FSM start work...counter=0while truedo  sleep 5  counter=counter+1  delete obsolete items #將/etc/yfddos/web-yf-search.b中已經過期的條目全部刪除  if # every 5 seconds : 5s  then    analyze_and_insert_black "6" "10" "5"    # 分析在過去5s內訪問的用戶 如果有人其訪問量大于等于6 系統將視其為資源濫用者 # 遂將其加入服務黑名單 其作用時間為10s 在10s之后 daemon進程自動刪除這個ip黑名單條目  fi  if #every 5*3 seconds : 15s   then    analyze_and_insert_black "14" "45" "15"  fi  if #every 5*3*4+5 seconds : 65s  then    analyze_and_insert_black "40" "840" "65"  fi  if #every 5*3*4*3*5+5 seconds : 905s : 15min  then    analyze_and_insert_black "150" "2700" "905"  fi  if #every 5*3*4*3*5*4+5 seconds : 3605s : 1h  then    analyze_and_insert_black "300" "7200" "3605"  fi  if #every 5*3*4*3*5*4*3+5 seconds : 10805s : 3h  thenanalyze_and_insert_black "400" "21600" "10805"    if #在每天的00:01-04:59時間區間 一天僅執行一次    then    #備份日志     fi  fidone

防御者應斟酌調整每個檢測時間點的參數值(封殺時間ttl與判定閾值limit)，以調節系統應對CC攻擊到來時的反應時間。

#!/bin/bash##################################### vim /usr/local/bin/yfddosd.sh :##################################### nohup bash /usr/local/bin/yfddosd.sh &>"/etc/yfddos/""yfddosd-log-`date +%Y-%m-%d`" & ##################################### yfddos daemonmkdir /etc/yfddosyfddos_blackfilePath='/etc/yfddos/web-yf-search.b'yfddos_accesslogPath='/etc/httpd/logs/yfddos_log'### refresh tlllogtmpfile=`mktemp`stamp=`date +%s`touch "$yfddos_blackfilePath"if grep -Po '[0-9]+/.[0-9]+/.[0-9]+/.[0-9]+' "$yfddos_blackfilePath" &>/dev/nullthen  cat "$yfddos_blackfilePath" | while read i  do    deadstamp=`echo "$i" | grep -Po '[0-9]+$'`     if [ "$stamp" -le "$deadstamp" ]    then      echo "$i" >>"$logtmpfile"    fi  donefichmod o+r "$logtmpfile"mv -f "$logtmpfile" "$yfddos_blackfilePath"if ! grep -Po '[0-9]+/.[0-9]+/.[0-9]+/.[0-9]+' "$yfddos_blackfilePath" &>/dev/nullthen  echo '255.255.255.255 0 0' >> "$yfddos_blackfilePath"fifunction analyze_and_insert_black() {   # analyze_and_insert_black() :  #   $1:max frequency(seems as abuse if above that) $2:blackip-ttl,time to live,unit is seconds (s)   #   $3:the access log ${3} seconds before will be analyzed to generate the abuse ip lists that we will block  # example : analyze_and_insert_black "limit" "ttl" "time"  # example : analyze_and_insert_black "4" "10" "5"  # 分析在過去5s內的用戶訪問日志 如果有人在這5s內訪問量>=4 系統將視其為資源濫用者 將其加入服務黑名單  # 一條黑名單的作用時間為10s 即在10s之后 系統自動刪除此黑名單條目 服務則繼續向其開放  # global vars:  # stamp logtmpfile yfddos_blackfilePath  local threshold="$1"  local ttl="$2"  local stamp_PRe="$3"  local i=0  local num=""  local fre=0  local ip=0  local localbuf=0  local linenum=0  local deadstamp=0  stamp_pre="$((stamp-stamp_pre))"  #二分查找初始化  local temp=0  local yf_x='1'  local yf_y=`cat "$logtmpfile" | wc -l`  if [ "$yf_y" -le "1" ]  then     yf_y=1  fi  local yf_I=$(((yf_x+yf_y)/2))  temp=`cat "$logtmpfile" | wc -l`  if [ "$temp" -gt "0" ]  then    temp=`sed -n '$p' "$logtmpfile" | grep -Po '[0-9]+ $'`    if [ "$temp" -lt "$stamp_pre" ]    then      num=""    else        while true #使用二分查找的方法 快速地分析訪問日志      do        temp=`sed -n "${yf_x}p" "$logtmpfile" | grep -Po '[0-9]+ $'`        if [ "$temp" -ge "$stamp_pre" ]        then          break        fi        if [ "$((yf_y-yf_x))" -le "1" ]        then          yf_x="$yf_y"          break        fi        temp=`sed -n "${yf_I}p" "$logtmpfile" | grep -Po '[0-9]+ $'`        if [ "$temp" -lt "$stamp_pre" ]        then          yf_x="$yf_I"          yf_y="$yf_y"          yf_I="$(((yf_x+yf_y)/2))"          continue        fi        yf_x="$yf_x"        yf_y="$yf_I"        yf_I="$(((yf_x+yf_y)/2))"          continue      done      temp=`sed -n "${yf_x}p" "$logtmpfile" | grep -Po '[0-9]+ $'`      if [ "$temp" -ge "$stamp_pre" ]      then        num="$yf_x"      else        num=""      fi    fi      if [ -n "$num" ]    then      sed -n "${num},/$p" "$logtmpfile" | grep -Po '^[0-9]+/.[0-9]+/.[0-9]+/.[0-9]+' | sort -n | uniq -c | sort -rn | while read i      do        fre=`echo "$i" | grep -Po '[0-9]+' | head -1`        ip=`echo "$i" | grep -Po '[0-9]+/.[0-9]+/.[0-9]+/.[0-9]+' `        if [ "$fre" -ge "$threshold" ]        then #insert illegal ips : cat "$yfddos_blackfilePath"          # ip    add-stamp  rmv-stamp          #1.2.3.4 1416046335 1416046395          temp=`grep -Pn "${ip//.///.} " "$yfddos_blackfilePath"`          if [ -n "$temp" ]          then            linenum=`echo "$temp" | grep -Po '^[0-9]+' | head -1`            deadstamp=`echo "$temp" | grep -Po '[0-9]+$' | sort -rn | head -1 `              if [ "$((stamp+ttl))" -gt "$deadstamp" ]            then              sed -i "${linenum}s/.*/${ip} ${stamp} $((stamp+ttl))/g" "$yfddos_blackfilePath"            fi          else            sed -i "/$a ${ip} ${stamp} $((stamp+ttl))" "$yfddos_blackfilePath"          fi         else          break        fi      done    fi      fi}#init and yfddosd's FSM start work...counter=0while truedo  sleep 5  counter=$((counter+1))  echo -n `date +%Y-%m-%d/ %H:%M:%S`" ""counter ${counter}:"`cat /proc/uptime | grep -Po '[0-9/.]+' | head -1`"  "  echo -n "refresh tll:"`cat /proc/uptime | grep -Po '[0-9/.]+' | head -1`"  "  ### refresh tll    #refresh ttl: analyze file: "$yfddos_blackfilePath" if some items'ttl has been reach the date , we will remove it and open service to the ip had been banned before.      #insert illegal ips : cat "$yfddos_blackfilePath"      # ip    add-stamp  rmv-stamp      #1.2.3.4 1416046335 1416046395    #sed -i "/^.* $((stamp-5))$/d;/^.* $((stamp-4))$/d;/^.* $((stamp-3))$/d;/^.* $((stamp-2))$/d;/^.* $((stamp-1))$/d;/^.* $((stamp))$/d;/^$/d" "$yfddos_blackfilePath"    logtmpfile=`mktemp`  stamp=`date +%s`  touch "$yfddos_blackfilePath"  if grep -Po '[0-9]+/.[0-9]+/.[0-9]+/.[0-9]+' "$yfddos_blackfilePath" &>/dev/null  then    cat "$yfddos_blackfilePath" | while read i    do      deadstamp=`echo "$i" | grep -Po '[0-9]+$'`       if [ "$stamp" -le "$deadstamp" ]      then        echo "$i" >>"$logtmpfile"      fi    done  fi  chmod o+r "$logtmpfile"  mv -f "$logtmpfile" "$yfddos_blackfilePath"  if ! grep -Po '[0-9]+/.[0-9]+/.[0-9]+/.[0-9]+' "$yfddos_blackfilePath" &>/dev/null  then    echo '255.255.255.255 0 0' >> "$yfddos_blackfilePath"  fi  logtmpfile=`mktemp`  stamp=`date +%s`  cat "$yfddos_accesslogPath" | grep -P ' "/shell/yf" ' >"$logtmpfile"  if true # every 5 seconds : 5s  then    echo -n "analyze_and_insert_black 6 10 5:"`cat /proc/uptime | grep -Po '[0-9/.]+' | head -1`"  "    #analyze yfddos log : analyze_and_insert_black() $1:max frequency(seems as abuse if above that) $2:blackip-ttl $3:the access log ${3} seconds before will be analyzed to generate the abuse ips that we will block    analyze_and_insert_black "6" "10" "5"    # 分析在過去5s內訪問的用戶 如果有人其訪問量大于等于6 系統將視其為資源濫用者 遂將其加入服務黑名單 其作用時間為10s 在10s之后 daemon進程自動刪除這個ip黑名單條目  fi  if [ "$((counter%(3)))" -eq "0" ] #every 5*3 seconds : 15s   then    echo -n "analyze_and_insert_black 14 45 15:"`cat /proc/uptime | grep -Po '[0-9/.]+' | head -1`"  "      # example : analyze_and_insert_black "limit" "ttl" "time"    analyze_and_insert_black "10" "45" "15"  fi  if [ "$((counter%(3*4+1)))" -eq "0" ] #every 5*3*4+5 seconds : 65s  then    echo -n "analyze_and_insert_black 40 840 65:"`cat /proc/uptime | grep -Po '[0-9/.]+' | head -1`"  "  # example : analyze_and_insert_black "limit" "ttl" "time"    analyze_and_insert_black "25" "840" "65"  fi  if [ "$((counter%(3*4*3*5+1)))" -eq "0" ] #every 5*3*4*3*5+5 seconds : 905s : 15min  then    echo -n "analyze_and_insert_black 150 2700 905:"`cat /proc/uptime | grep -Po '[0-9/.]+' | head -1`"  "  # example : analyze_and_insert_black "limit" "ttl" "time"    analyze_and_insert_black "150" "2700" "905"  fi  if [ "$((counter%(3*4*3*5*4+1)))" -eq "0" ] #every 5*3*4*3*5*4+5 seconds : 3605s : 1h  then    echo -n "analyze_and_insert_black 300 7200 3605:"`cat /proc/uptime | grep -Po '[0-9/.]+' | head -1`"  "  # example : analyze_and_insert_black "limit" "ttl" "time"    analyze_and_insert_black "300" "7200" "3605"  fi  if [ "$((counter%(3*4*3*5*4*3+1)))" -eq "0" ] #every 5*3*4*3*5*4*3+5 seconds : 10805s : 3h  then    echo -n "analyze_and_insert_black 400 21600 10805:"`cat /proc/uptime | grep -Po '[0-9/.]+' | head -1`"  "  # example : analyze_and_insert_black "limit" "ttl" "time"    analyze_and_insert_black "400" "21600" "10805"    #### "${yfddos_accesslogPath}" backup : 在每天的00:01-04:59時間區間內 備份日志一次    if [ "`date +%H`" -le "5" ] && ! [ -f "${yfddos_accesslogPath}-`date +%Y-%m-%d`" ]    then      service httpd stop      mv "${yfddos_accesslogPath}" "${yfddos_accesslogPath}-`date +%Y-%m-%d`"      service httpd start    fi  fi  rm -fr "$logtmpfile"  echo "sleep:"`cat /proc/uptime | grep -Po '[0-9/.]+' | head -1`"  "done