16 рецептов защиты от DDoS-атак своими силами

Борьба с DDoS-атаками — работа не только сложная, но и увлекательная. Неудивительно, что каждый сисадмин первым делом пытается организовать оборону своими силами — тем более что пока еще это возможно.

Мы решили помочь вам в этом нелегком деле и опубликовать несколько коротких, тривиальных и не универсальных советов по защите вашего сайта от атак. Приведенные рецепты не помогут вам справиться с любой атакой, но от большинства опасностей они вас уберегут.

Правильные ингредиенты

Суровая правда такова, что многие сайты может положить любой желающий, воспользовавшись атакой Slowloris, наглухо убивающей Apache, или устроив так называемый SYN-флуд с помощью фермы виртуальных серверов, поднятых за минуту в облаке Amazon EC2. Все наши дальнейшие советы по защите от DDoS своими силами основываются на следующих важных условиях.

1. Отказаться от Windows Server

Практика подсказывает, что сайт, который работает на винде (2003 или 2008 — неважно), в случае DDoS обречен. Причина неудачи кроется в виндовом сетевом стеке: когда соединений становится очень много, то сервер непременно начинает плохо отвечать. Мы не знаем, почему Windows Server в таких ситуациях работает настолько отвратно, но сталкивались с этим не раз и не два. По этой причине речь в данной статье будет идти о средствах защиты от DDoS-атак в случае, когда сервер крутится на Linux. Если вы счастливый обладатель относительно современного ядра (начиная с 2.6), то в качестве первичного инструментария будут выступать утилиты iptables и ipset (для быстрого добавления IP-адресов), с помощью которых можно оперативно забанить ботов. Еще один ключ к успеху — правильно приготовленный сетевой стек, о чем мы также будем говорить далее.

2. Расстаться с Apache

Второе важное условие — отказ от Apache. Если у вас, не ровен час, стоит Apache, то как минимум поставьте перед ним кеширующий прокси — nginx или lighttpd. Apache'у крайне тяжело отдавать файлы, и, что еще хуже, он на фундаментальном уровне (то есть неисправимо) уязвим для опаснейшей атаки Slowloris, позволяющей завалить сервер чуть ли не с мобильного телефона. Для борьбы с различными видами Slowloris пользователи Apache придумали сначала патч Anti-slowloris.diff, потом mod_noloris, затем mod_antiloris, mod_limitipconn, mod_reqtimeout... Но если вы хотите спокойно спать по ночам, проще взять HTTP-сервер, неуязвимый для Slowloris на уровне архитектуры кода. Поэтому все наши дальнейшие рецепты основываются на предположении, что на фронтенде используется nginx.

Отбиваемся от DDoS

Что делать, если пришел DDoS? Традиционная техника самообороны — почитать лог-файл HTTP-сервера, написать паттерн для grep (отлавливающий запросы ботов) и забанить всех, кто под него подпадет. Эта методика сработает... если повезет. Ботнеты бывают двух типов, оба опасны, но по-разному. Один целиком приходит на сайт моментально, другой — постепенно. Первый убивает все и сразу, зато в логах появляется весь полностью, и если вы их проgrepаете и забаните все IP-адреса, то вы — победитель. Второй ботнет укладывает сайт нежно и осторожно, но банить вам его придется, возможно, на протяжении суток. Любому администратору важно понимать: если планируется бороться grep’ом, то надо быть готовым посвятить борьбе с атакой пару дней. Ниже следуют советы о том, куда можно заранее подложить соломки, чтобы не так больно было падать.

3. Использовать модуль testcookie

Пожалуй, самый главный, действенный и оперативный рецепт этой статьи. Если на ваш сайт приходит DDoS, то максимально действенным способом дать отпор может стать модуль testcookie-nginx, разработанный хабрапользователем @kyprizel. Идея простая. Чаще всего боты, реализующие HTTP-флуд, довольно тупые и не имеют механизмов HTTP cookie и редиректа. Иногда попадаются более продвинутые — такие могут использовать cookies и обрабатывать редиректы, но почти никогда DoS-бот не несет в себе полноценного JavaScript-движка (хотя это встречается все чаще и чаще). Testcookie-nginx работает как быстрый фильтр между ботами и бэкендом во время L7 DDoS-атаки, позволяющий отсеивать мусорные запросы. Что входит в эти проверки? Умеет ли клиент выполнять HTTP Redirect, поддерживает ли JavaScript, тот ли он браузер, за который себя выдает (поскольку JavaScript везде разный и если клиент говорит, что он, скажем, Firefox, то мы можем это проверить). Проверка реализована с помощью кукисов с использованием разных методов:

• «Set-Cookie» + редирект с помощью 301 HTTP Location;
• «Set-Cookie» + редирект с помощью HTML meta refresh;
• произвольным шаблоном, причем можно использовать JavaScript.

Чтобы избежать автоматического парсинга, проверяющая кукиса может быть зашифрована с помощью AES-128 и позже расшифрована на клиентской стороне JavaScript. В новой версии модуля появилась возможность устанавливать кукису через Flash, что также позволяет эффективно отсеять ботов (которые Flash, как правило, не поддерживают), но, правда, и блокирует доступ для многих легитимных пользователей (фактически всех мобильных устройств). Примечательно, что начать использовать testcookie-nginx крайне просто. Разработчик, в частности, приводит несколько понятных примеров использования (на разные случаи атаки) с семплами конфигов для nginx.

Помимо достоинств, у testcookie есть и недостатки:

• режет всех ботов, в том числе Googlebot. Если вы планируете оставить testcookie на постоянной основе, убедитесь, что вы при этом не пропадете из поисковой выдачи;
• создает проблемы пользователям с браузерами Links, w3m и им подобными;
• не спасает от ботов, оснащенных полноценным браузерным движком с JavaScript.

Словом, testcookie_module не универсален. Но от ряда вещей, таких как, например, примитивные инструментарии на Java и C#, он помогает. Таким образом вы отсекаете часть угрозы.

4. Код 444

Целью DDoS’еров часто становится наиболее ресурсоемкая часть сайта. Типичный пример — поиск, который выполняет сложные запросы к базе. Естественно, этим могут воспользоваться злоумышленники, зарядив сразу несколько десятков тысяч запросов к поисковому движку. Что мы можем сделать? Временно отключить поиск. Пускай клиенты не смогут искать нужную информацию встроенными средствами, но зато весь основной сайт будет оставаться в работоспособном состоянии до тех пор, пока вы не найдете корень всех проблем. Nginx поддерживает нестандартный код 444, который позволяет просто закрыть соединение и ничего не отдавать в ответ:

location /search {
   return 444;
}

Таким образом можно, например, оперативно реализовать фильтрацию по URL. Если вы уверены, что запросы к location /search приходят только от ботов (например, ваша уверенность основана на том, что на вашем сайте вообще нет раздела /search), вы можете установить на сервер пакет ipset и забанить ботов простым shell-скриптом:

ipset -N ban iphash
tail -f access.log | while read LINE; do echo "$LINE" | \
    cut -d'"' -f3 | cut -d' ' -f2 | grep -q 444 && ipset -A 
    ban "${L%% *}"; done

Если формат лог-файлов нестандартный (не combined) или требуется банить по иным признакам, нежели статус ответа, — может потребоваться заменить cut на регулярное выражение.

5. Баним по геопризнаку

Нестандартный код ответа 444 может пригодиться еще и для оперативного бана клиентов по геопризнаку. Вы можете жестко ограничить отдельные страны, от которых испытываете неудобство. Скажем, вряд ли у интернет-магазина фотоаппаратов из Ростова-на-Дону много пользователей в Египте. Это не очень хороший способ (прямо скажем — отвратительный), поскольку данные GeoIP неточны, а ростовчане иногда летают в Египет на отдых. Но если вам терять нечего, то следуйте инструкциям:

1. Подключите к nginx GeoIP-модуль (wiki.nginx.org/HttpGeoipModule).
2. Выведите информацию о геопривязке в access log.
3. Далее, модифицировав приведенный выше шелл-скрипт, проgrepайте accesslog nginx’а и добавьте отфутболенных по географическому признаку клиентов в бан.

Если, к примеру, боты по большей части были из Китая, то это может помочь.

6. Нейронная сеть (PoC)

Наконец, вы можете повторить опыт хабрапользователя @SaveTheRbtz, который взял нейронную сеть PyBrain, запихал в нее лог и проанализировал запросы (habrahabr.ru/post/136237). Метод рабочий, хотя и не универсальный :). Но если вы действительно знаете внутренности своего сайта — а вы, как системный администратор, должны, — то у вас есть шансы, что в наиболее трагических ситуациях такой инструментарий на основе нейронных сетей, обучения и собранной заранее информации вам поможет. В этом случае весьма полезно иметь access.log до начала DDoS'а, так как он описывает практически 100% легитимных клиентов, а следовательно, отличный dataset для тренировки нейронной сети. Тем более глазами в логе боты видны не всегда.

Диагностика проблемы

Сайт не работает — почему? Его DDoS’ят или это баг движка, не замеченный программистом? Неважно. Не ищите ответа на этот вопрос. Если вы считаете, что ваш сайт могут атаковать, обратитесь к компаниям, предоставляющим защиту от атак, — у ряда анти-DDoS-сервисов первые сутки после подключения бесплатны — и не тратьте больше время на поиск симптомов. Сосредоточьтесь на проблеме. Если сайт работает медленно или не открывается вообще, значит, у него что-то не в порядке с производительностью, и — вне зависимости от того, идет ли DDoS-атака или нет, — вы, как профессионал, обязаны понять, чем это вызвано. Мы неоднократно были свидетелями того, как компания, испытывающая сложности с работой своего сайта из-за DDoS-атаки, вместо поиска слабых мест в движке сайта пыталась направлять заявления в МВД, чтобы найти и наказать злоумышленников. Не допускайте таких ошибок. Поиск киберпреступников — это трудный и длительный процесс, осложненный самой структурой и принципами работы сети Интернет, а проблему с работой сайта нужно решать оперативно. Заставьте технических специалистов найти, в чем кроется причина падения производительности сайта, а заявление смогут написать юристы.

7. Юзайте профайлер и отладчик

Для наиболее распространенной платформы создания веб-сайтов — PHP + MySQL — узкое место можно искать с помощью следующих инструментов:

• профайлер Xdebug покажет, на какие вызовы приложение тратит больше всего времени;
• встроенный отладчик APD и отладочный вывод в лог ошибок помогут выяснить, какой именно код выполняет эти вызовы;
• в большинстве случаев собака зарыта в сложности и тяжеловесности запросов к базе данных. Здесь поможет встроенная в движок базы данных SQL-директива explain.

Если сайт лежит навзничь и вы ничего не теряете, отключитесь от сети, посмотрите логи, попробуйте их проиграть. Если не лежит, то походите по страницам, посмотрите на базу.

Пример приведен для PHP, но идея справедлива для любой платформы. Разработчик, пишущий программные продукты на каком бы то ни было языке программирования, должен уметь оперативно применять и отладчик, и профилировщик. Потренируйтесь заранее!

8. Анализируйте ошибки

Проанализируйте объем трафика, время ответа сервера, количество ошибок. Для этого смотрите логи. В nginx время ответа сервера фиксируется в логе двумя переменными: request_time и upstream_response_time. Первая — это полное время выполнения запроса, включая задержки в сети между пользователем и сервером; вторая сообщает, сколько бэкенд (Apache, php_fpm, uwsgi...) выполнял запрос. Значение upstream_response_time чрезвычайно важно для сайтов с большим количеством динамического контента и активным общением фронтенда с базой данных, им нельзя пренебрегать. В качестве формата лога можно использовать такой конфиг:

log_format xakep_log '$remote_addr - $remote_user [$time_local]  '
  '"$request" $status $body_bytes_sent '
  '"$http_referer" "$http_user_agent" $request_time \
      $upstream_response_time';

Это combined-формат с добавленными полями тайминга.

9. Отслеживайте количество запросов в секунду

Также посмотрите на число запросов в секунду. В случае nginx вы можете примерно оценить эту величину следующей shell-командой (переменная ACCESS_LOG содержит путь к журналу запросов nginx в combined-формате):

echo $(($(fgrep -c "$(env LC_ALL=C date --date=@$(($(date \
    +%s)-60)) +%d/%b/%Y:%H:%M)" "$ACCESS_LOG")/60))

По сравнению с нормальным для этого времени дня уровнем количество запросов в секунду может как падать, так и расти. Растут они в случае, если пришел крупный ботнет, а падают, если пришедший ботнет обрушил сайт, сделав его полностью недоступным для легитимных пользователей, и при этом ботнет статику не запрашивает, а легитимные пользователи запрашивают. Падение количества запросов наблюдается как раз за счет статики. Но, так или иначе, мы ведем речь о серьезных изменениях показателей. Когда это происходит внезапно — пока вы пытаетесь решить проблему своими силами и если не видите ее сразу в логе, лучше быстро проверьте движок и параллельно обратитесь к специалистам.

10. Не забывайте про tcpdump

Многие забывают, что tcpdump — это обалденное средство диагностики. Я приведу пару примеров. В декабре 2011-го был обнаружен баг в ядре Linux, когда оно открывало TCP-соединение при выставленных флагах TCP-сегмента SYN и RST. Первым багрепорт отправил именно системный администратор из России, чей ресурс был атакован этим методом, — атакующие узнали об уязвимости раньше, чем весь мир. Ему, очевидно, такая диагностика помогла. Другой пример: у nginx есть одно не очень приятное свойство — он пишет в лог только после полной отработки запроса. Бывают ситуации, когда сайт лежит, ничего не работает и в логах ничего нет. Все потому, что все запросы, которые в данный момент загружают сервер, еще не выполнились. Tcpdump поможет и здесь.

Он настолько хорош, что я советовал людям не использовать бинарные протоколы до того, как они убедятся, что все в порядке, — ведь текстовые протоколы отлаживать tcpdump'ом легко, а бинарные – нет. Однако сниффер хорош как средство диагностики — в качестве средства поддержания production'а он страшен. Он легко может потерять сразу несколько пакетов и испортить вам историю пользователя. Смотреть его вывод удобно, и он пригодится для ручной диагностики и бана, но старайтесь ничего критичного на нем не основывать. Другое любимое многими средство «погрепать запросы» — ngrep — вообще по умолчанию пытается запросить в районе двух гигабайт несвопируемой памяти и только потом начинает уменьшать свои требования.

11. Атака или нет?

Как отличить DDoS-атаку, например, от эффекта рекламной кампании? Этот вопрос может показаться смешным, но эта тема не менее сложная. Бывают довольно курьезные случаи. У одних хороших ребят, когда они напряглись и основательно прикрутили кеширование, сайт слег на пару дней. Выяснилось, что в течение нескольких месяцев этот сайт незаметно датамайнили какие-то немцы и до оптимизации кеширования страницы сайта у этих немцев со всеми картинками грузились довольно долго. Когда страница начала выдаваться из кеша моментально, бот, у которого не было никаких тайм-аутов, тоже начал собирать их моментально. Тяжело пришлось. Случай особенно сложный по той причине, что если вы сами изменили настройку (включили кеширование) и сайт после этого перестал работать, то кто, по вашему и начальственному мнению, виноват? Вот-вот. Если вы наблюдаете резкий рост числа запросов, то посмотрите, например, в Google Analytics, кто приходил на какие страницы.

Тюнинг веб-сервера

Какие еще есть ключевые моменты? Конечно, вы можете поставить «умолчальный» nginx и надеяться, что у вас все будет хорошо. Однако хорошо всегда не бывает. Поэтому администратор любого сервера должен посвятить немало времени тонкой настройке и тюнингу nginx.

12. Лимитируем ресурсы (размеры буферов) в nginx

Про что нужно помнить в первую очередь? Каждый ресурс имеет лимит. Прежде всего это касается оперативной памяти. Поэтому размеры заголовков и всех используемых буферов нужно ограничить адекватными значениями на клиента и на сервер целиком. Их обязательно нужно прописать в конфиге nginx.

• client_header_buffer_size__ Задает размер буфера для чтения заголовка запроса клиента. Если строка запроса или поле заголовка запроса не помещаются полностью в этот буфер, то выделяются буферы большего размера, задаваемые директивой large_client_header_buffers.
• large_client_header_buffers Задает максимальное число и размер буферов для чтения большого заголовка запроса клиента.
• client_body_buffer_size Задает размер буфера для чтения тела запроса клиента. Если тело запроса больше заданного буфера, то все тело запроса или только его часть записывается во временный файл.
• client_max_body_size Задает максимально допустимый размер тела запроса клиента, указываемый в поле «Content-Length» заголовка запроса. Если размер больше заданного, то клиенту возвращается ошибка 413 (Request Entity Too Large).

13. Настраиваем тайм-ауты в nginx

Ресурсом является и время. Поэтому следующим важным шагом должна стать установка всех тайм-аутов, которые опять же очень важно аккуратно прописать в настройках nginx.

• reset_timedout_connection on; Помогает бороться с сокетами, зависшими в фазе FIN-WAIT.
• client_header_timeout Задает тайм-аут при чтении заголовка запроса клиента.
• client_body_timeout Задает тайм-аут при чтении тела запроса клиента.
• keepalive_timeout Задает тайм-аут, в течение которого keep-alive соединение с клиентом не будет закрыто со стороны сервера. Многие боятся задавать здесь крупные значения, но мы не уверены, что этот страх оправдан. Опционально можно выставить значение тайм-аута в HTTP-заголовке Keep-Alive, но Internet Explorer знаменит тем, что игнорирует это значение
• send_timeout Задает тайм-аут при передаче ответа клиенту. Если по истечении этого времени клиент ничего не примет, соединение будет закрыто.

Сразу вопрос: какие параметры буферов и тайм-аутов правильные? Универсального рецепта тут нет, в каждой ситуации они свои. Но есть проверенный подход. Нужно выставить минимальные значения, при которых сайт остается в работоспособном состоянии (в мирное время), то есть страницы отдаются и запросы обрабатываются. Это определяется только тестированием — как с десктопов, так и с мобильных устройств. Алгоритм поиска значений каждого параметра (размера буфера или тайм-аута):

1. Выставляем математически минимальное значение параметра.
2. Запускаем прогон тестов сайта.
3. Если весь функционал сайта работает без проблем — параметр определен. Если нет — увеличиваем значение параметра и переходим к п. 2.
4. Если значение параметра превысило даже значение по умолчанию — это повод для обсуждения в команде разработчиков.

В ряде случаев ревизия данных параметров должна приводить к рефакторингу/редизайну сайта. Например, если сайт не работает без трехминутных AJAX long polling запросов, то нужно не тайм-аут повышать, а long polling заменять на что-то другое — ботнет в 20 тысяч машин, висящий на запросах по три минуты, легко убьет среднестатистический дешевый сервер.

14. Лимитируем соединия в nginx (limit_conn и limit_req)

В nginx также есть возможность лимитировать соединения, запросы и так далее. Если вы не уверены в том, как поведет себя определенная часть вашего сайта, то в идеале вам нужно протестировать ее, понять, сколько запросов она выдержит, и прописать это в конфигурации nginx. Одно дело, когда сайт лежит и вы способны прийти и поднять его. И совсем другое дело — когда он лег до такой степени, что сервер ушел в swap. В этом случае зачастую проще перезагрузиться, чем дождаться его триумфального возвращения.

Предположим, что на сайте есть разделы с говорящими названиями /download и /search. При этом мы:

• не хотим, чтобы боты (или люди с чересчур ретивыми рекурсивными download-менеджерами) забили нам таблицу TCP-соединений своими закачками;
• не хотим, чтобы боты (или залетные краулеры поисковых систем) исчерпали вычислительные ресурсы СУБД множеством поисковых запросов.

Для этих целей сгодится конфигурация следующего вида:

http {

  limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=download_c:10m;
  limit_req_zone $binary_remote_addr zone=search_r:10m \
      rate=1r/s;

  server {
    location /download/ {
      limit_conn download_c 1;
      # Прочая конфигурация location
    }

       location /search/ {
          limit_req zone=search_r burst=5;
          # Прочая конфигурация location
       }

  }
}

Обычно имеет прямой смысл установить ограничения limit_conn и limit_req для locations, в которых находятся дорогостоящие к выполнению скрипты (в примере указан поиск, и это неспроста). Ограничения необходимо выбирать, руководствуясь результатами нагрузочного и регрессионного тестирования, а также здравым смыслом.

Обратите внимание на параметр 10m в примере. Он означает, что на расчет данного лимита будет выделен словарь с буфером в 10 мегабайт и ни мегабайтом более. В данной конфигурации это позволит отслеживать 320 000 TCP-сессий. Для оптимизации занимаемой памяти в качестве ключа в словаре используется переменная $binary_remote_addr, которая содержит IP-адрес пользователя в бинарном виде и занимает меньше памяти, чем обычная строковая переменная $remote_addr. Нужно заметить, что вторым параметром к директиве limit_req_zone может быть не только IP, но и любая другая переменная nginx, доступная в данном контексте, — например, в случае, когда вы не хотите обеспечить более щадящий режим для прокси, можно использовать $binary_remote_addr$http_user_agent или $binary_remote_addr$http_cookie_myc00kiez — но использовать такие конструкции нужно с осторожностью, поскольку, в отличие от 32-битного $binary_remote_addr, эти переменные могут быть существенно большей длины и декларированные вами «10m» могут скоропостижно закончиться.

готовим ОС

Помимо тонкой настройки nginx, нужно позаботиться о настройках сетевого стека системы. По меньшей мере — сразу включить net.ipv4.tcp_syncookies в sysctl, чтобы разом защитить себя от атаки SYN-flood небольшого размера.

15. Тюним ядро

Обратите внимание на более продвинутые настройки сетевой части (ядра) опять же по тайм-аутам и памяти. Есть более важные и менее важные. В первую очередь надо обратить внимание на:

• net.ipv4.tcp_fin_timeout Время, которое сокет проведет в TCP-фазе FIN-WAIT-2 (ожидание FIN/ACK-сегмента).
• net.ipv4.tcp_{,r,w}mem Размер приемного буфера сокетов TCP. Три значения: минимум, значение по умолчанию и максимум.
• net.core.{r,w}mem_max То же самое для не TCP буферов.

При канале в 100 Мбит/с значения по умолчанию еще как-то годятся; но если у вас в наличии хотя бы гигабит в cекунду, то лучше использовать что-то вроде:

sysctl -w net.core.rmem_max=8388608
sysctl -w net.core.wmem_max=8388608
sysctl -w net.ipv4.tcp_rmem='4096 87380 8388608'
sysctl -w net.ipv4.tcp_wmem='4096 65536 8388608'
sysctl -w net.ipv4.tcp_fin_timeout=10

Подробнее об установке параметров сетевого стека при наличии широкого канала можно прочитать здесь: http://bit.ly/8U0SDq.

16. Ревизия /proc/sys/net/**

Идеально изучить все параметры /proc/sys/net/**. Надо посмотреть, насколько они отличаются от дефолтных, и понять, насколько они адекватно выставлены. Linux-разработчик (или системный администратор), разбирающийся в работе подвластного ему интернет-сервиса и желающий его оптимизировать, должен с интересом прочитать документацию всех параметров сетевого стека ядра. Возможно, он найдет там специфические для своего сайта переменные, которые помогут не только защитить сайт от злоумышленников, но и ускорить его работу.

Не бояться!

Успешные DDoS-атаки изо дня в день гасят e-commerce, сотрясают СМИ, c одного удара отправляют в нокаут крупнейшие платежные системы. Миллионы интернет-пользователей теряют доступ к критичной информации. Угроза насущна, поэтому нужно встречать ее во всеоружии. Выполните домашнюю работу, не бойтесь и держите голову холодной. Вы не первый и не последний, кто столкнется с DDoS-атакой на свой сайт, и в ваших силах, руководствуясь своими знаниями и здравым смыслом, свести последствия атаки к минимуму.