Luận án Tiến sĩ: Mô hình hóa & chống tấn công từ chối dịch vụ tốc độ thấp vào TCP

ĐẠI HỌC HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ MÔ HÌNH HÓA VÀ CHỐNG TẤN CÔNG TỪ CHỐI DỊCH VỤ TỐC ĐỘ THẤP VÀO GIAO THỨC TCP LUẬN ÁN TIẾN SĨ MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG DỮ LIỆU HÀ NỘI – 2024 ĐẠI HỌC HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ MÔ HÌNH HÓA VÀ CHỐNG TẤN CÔNG TỪ CHỐI DỊCH VỤ TỐC ĐỘ THẤP VÀO GIAO THỨC TCP Ngành: Mạng máy tính và truyền thông dữ liệu Chuyên ngành: Mạng máy tính và truyền thông dữ liệu Mã số: 9480102.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG DỮ LIỆU TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. NGUYỄN THANH THỦY 2. NGUYỄN ĐẠI THỌ HÀ NỘI – 2024 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là kết quả nghiên cứu của tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của GS. Nguyễn Thanh Thủy và TS.

Nguyễn Đại Thọ. Các kết quả và số liệu trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình của ai khác. Những tài liệu, nội dung nghiên cứu của các tác giả khác mà luận án sử dụng đều được trích dẫn đầy đủ và ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Nghiên cứu sinh ii Gửi đến bố mẹ, em trai và những người bạn chân thành của tôi, những người luôn động viên, tin tưởng và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong công việc nghiên cứu cũng như trong cuộc sống.

iii MỤC LỤC Danh sách hình vẽ. viii Danh sách bảng. xiii Danh sách thuật ngữ và từ viết tắt. xiv Danh sách biến và tham số.

xviii Lời cảm ơn. xxii Mở đầu. 1 1 Tổng quan về tấn công từ chối dịch vụ phân tán và tấn công từ chối dịch vụ phân tán tốc độ thấp .1 Tấn công từ chối dịch vụ phân tán .1 Khái niệm tấn công từ chối dịch vụ và tấn công từ chối dịch vụ phân tán .2 Nguồn gốc của tấn công từ chối dịch vụ phân tán .3 Khó khăn và thách thức trong chống tấn công từ chối dịch vụ phân tán .2 Tấn công từ chối dịch vụ phân tán tốc độ thấp .1 Khái niệm tấn công từ chối dịch vụ phân tán tốc độ thấp .2 Cơ chế điều khiển tắc nghẽn của giao thức TCP .3 Mô hình lưu lượng của tấn công từ chối dịch vụ phân tán tốc độ thấp .4 Phát hiện và chống tấn công từ chối dịch vụ phân tán tốc độ thấp .5 Mô hình phân tích của tấn công từ chối dịch vụ phân tán tốc độ thấp. 44 2 Thông lượng TCP trong điều kiện có tấn công từ chối dịch vụ phân tán tốc độ thấp .1 Mô hình mạng và các giả thiết .2 Một dòng TCP sử dụng báo nhận tức thời .1 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn không bị chia đôi trước khi TCP rơi vào trạng thái chờ phát lại gói tin .2 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn bị chia đôi trước khi TCP rơi vào trạng thái chờ phát lại gói tin .3 Các kết quả mô phỏng .3 Nhiều dòng TCP đồng nhất sử dụng báo nhận tức thời .1 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn không bị chia đôi trước khi TCP rơi vào trạng thái chờ phát lại gói tin .2 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn bị chia đôi trước khi TCP rơi vào trạng thái chờ phát lại gói tin .3 Hiện tượng bất đối xứng của tiến trình kích thước cửa sổ tắc nghẽn .4 Các kết quả mô phỏng .4 Một hoặc nhiều dòng TCP đồng nhất sử dụng báo nhận trễ .1 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn không bị chia đôi trước khi TCP rơi vào trạng thái chờ phát lại gói tin .2 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn bị chia đôi trước khi TCP rơi vào trạng thái chờ phát lại gói tin .3 Các kết quả mô phỏng .5 So sánh phương pháp ước lượng đề xuất với các phương pháp khác.

125 3 Chống tấn công từ chối dịch vụ phân tán tốc độ thấp .1 Thuật toán quản lý hàng đợi tích cực Phát hiện sớm ngẫu nhiên .2 Tiếp cận dựa trên độ đo tỉ lệ tham gia tắc nghẽn mạng .1 Khảo sát giá trị độ đo tỉ lệ tham gia tắc nghẽn mạng của các dòng gói tin .2 Hiệu năng của tiếp cận dựa trên độ đo tỉ lệ tham gia tắc nghẽn mạng .3 Ảnh hưởng của tiếp cận đối với sự công bằng của các kết nối TCP .3 Phương pháp thích ứng ngưỡng .1 Sự hội tụ giá trị độ đo của các dòng tấn công .2 Tỉ lệ lấy mẫu tắc nghẽn của liên kết .3 Phương pháp thích ứng ngưỡng .4 Đánh giá mô phỏng .1 Sự thích ứng ngưỡng .2 Hiệu năng của tiếp cận với ngưỡng thích nghi. 151 4 Tăng cường hiệu năng của tiếp cận dựa trên độ đo tỉ lệ tham gia tắc nghẽn mạng .1 Vấn đề của độ đo cũ và đề xuất độ đo mới .2 Các kết quả mô phỏng .1 Khảo sát giá trị độ đo mới của các dòng TCP trong điều kiện bình thường .2 Phân biệt các dòng TCP với các dòng tấn công dựa trên độ đo mới .3 So sánh hiệu năng của tiếp cận dựa trên độ đo mới với tiếp cận ban đầu. 169 Danh sách các công trình khoa học của luận án. 171 Tài liệu tham khảo.

182 vii DANH SÁCH HÌNH VẼ 1.1 Một dòng tấn công LDDoS.1 Cấu trúc mạng trong nghiên cứu mô phỏng và ước lượng thông lượng TCP trong điều kiện có tấn công LDDoS.2 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn khi CT < ssthresh.3 Đường thời gian của một dòng TCP trong điều kiện có tấn công LDDoS với giả thiết CT < ssthresh.4 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn khi ssthresh < CT < W.5 Đường thời gian của một dòng TCP trong điều kiện có tấn công LDDoS với giả thiết ssthresh < CT < W.6 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn khi W < CT.7 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn bị chia đôi một lần trước khi timeout và CT < ssthresh.8 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn bị chia đôi một lần trước khi timeout Wmax và ssthresh < CT < .9 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn bị chia đôi một lần trước khi timeout Wmax và < CT < W.10 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn bị chia đôi một lần trước khi timeout và W < CT.11 Các kết quả so sánh với một dòng TCP sử dụng báo nhận tức thời.12 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn khi CT < ssthresh.13 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn khi ssthresh < CT < W.14 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn khi W < CT .15 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn bị chia đôi một lần trước khi timeout và CT < ssthresh.16 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn bị chia đôi một lần trước khi timeout Wmax và ssthresh < CT < .17 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn bị chia đôi một lần trước khi timeout Wmax CT và < < W.18 Kích thước cửa sổ tắc nghẽn bị chia đôi một lần trước khi timeout và W < CT .19 TCP rơi vào trạng thái timeout khi kích thước cửa sổ tắc nghẽn đạt Wmax và CT < ssthresh.20 TCP rơi vào trạng thái timeout khi kích thước cửa sổ tắc nghẽn đạt Wmax Wmax và ssthresh < CT < .21 TCP rơi vào trạng thái timeout khi kích thước cửa sổ tắc nghẽn đạt Wmax Wmax CT và < < W.22 TCP rơi vào trạng thái timeout khi kích thước cửa sổ tắc nghẽn đạt Wmax và W < CT .23 TCP rơi vào trạng thái timeout ngay sau khi kích thước cửa sổ tắc nghẽn bị giảm một nửa từ Wmax và CT < ssthresh2.24 TCP rơi vào trạng thái timeout ngay sau khi kích thước cửa sổ tắc nghẽn bị giảm một nửa từ Wmax và ssthresh2 < CT < ssthresh1.25 TCP rơi vào trạng thái timeout ngay sau khi kích thước cửa sổ tắc nghẽn Wmax bị giảm một nửa từ Wmax và ssthresh1 < CT < .26 TCP rơi vào trạng thái timeout ngay sau khi kích thước cửa sổ tắc nghẽn Wmax CT bị giảm một nửa từ Wmax và < < W.27 TCP rơi vào trạng thái timeout ngay sau khi kích thước cửa sổ tắc nghẽn bị giảm một nửa từ Wmax và W < CT .28 Các kết quả so sánh của ba tập mô phỏng trong mạng với nt_bw = 100 (Mbps) và bn_bw = 5 (Mbps).29 Ước lượng thông lượng TCP khi có tấn công LDDoS với cấu hình mạng nt_bw = 100 (Mbps) và bn_bw = 5 (Mbps) cho tập mô phỏng thứ nhất với nt_dl = 22 (mili giây).30 Ước lượng thông lượng TCP khi có tấn công LDDoS với cấu hình mạng nt_bw = 100 (Mbps) và bn_bw = 5 (Mbps) cho tập mô phỏng thứ hai với nt_dl = 2 (mili giây).31 Ước lượng thông lượng TCP khi có tấn công LDDoS với cấu hình mạng nt_bw = 100 (Mbps) và bn_bw = 5 (Mbps) cho tập mô phỏng thứ ba với nt_dl = 7 (mili giây).32 Các kết quả so sánh của ba tập mô phỏng trong mạng với nt_bw = 1000 (Mbps) và bn_bw = 20 (Mbps).33 Ước lượng thông lượng TCP khi có tấn công LDDoS với cấu hình mạng nt_bw = 1000 (Mbps) và bn_bw = 20 (Mbps) cho tập mô phỏng thứ nhất với nt_dl = 22 (mili giây).34 Ước lượng thông lượng TCP khi có tấn công LDDoS với cấu hình mạng nt_bw = 1000 (Mbps) và bn_bw = 20 (Mbps) cho tập mô phỏng thứ hai với nt_dl = 2 (mili giây).35 Ước lượng thông lượng TCP khi có tấn công LDDoS với cấu hình mạng nt_bw = 1000 (Mbps) và bn_bw = 20 (Mbps) cho tập mô phỏng thứ ba với nt_dl = 7 (mili giây).36 Sự phát triển kích thước cửa sổ của một dòng TCP trong giai đoạn khởi động chậm với cơ chế báo nhận trễ.37 Ước lượng thông lượng TCP với báo nhận trễ khi có tấn công LDDoS với cấu hình mạng nt_bw = 100 (Mbps) và bn_bw = 5 (Mbps) cho tập mô phỏng thứ nhất với nt_dl = 22 (mili giây).38 Ước lượng thông lượng TCP với báo nhận trễ khi có tấn công LDDoS với cấu hình mạng nt_bw = 100 (Mbps) và bn_bw = 5 (Mbps) cho tập mô phỏng thứ hai với nt_dl = 2 (mili giây).39 Ước lượng thông lượng TCP với báo nhận trễ khi có tấn công LDDoS với cấu hình mạng nt_bw = 100 (Mbps) và bn_bw = 5 (Mbps) cho tập mô phỏng thứ ba với nt_dl = 7 (mili giây).40 Các kết quả so sánh của ba tập mô phỏng trong mạng với nt_bw = 100 (Mbps) và bn_bw = 5 (Mbps). Báo nhận trễ được sử dụng.1 Cấu trúc của một mạng mô phỏng.2 Kết quả của tập mô phỏng thứ nhất.3 Kết quả của tập mô phỏng thứ hai.4 Kết quả của tập mô phỏng thứ ba.5 Kết quả của tập mô phỏng thứ tư.6 Sự phân bố xác suất của giá trị CPR của các dòng TCP và các dòng tấn công LDDoS.7 Thông lượng TCP chuẩn hóa khi có tấn công DDoS tốc độ thấp xảy ra.