一种面向LDoS与LDDoS的模拟方法
【专利摘要】本发明公开了一种面向LDoS与LDDoS的模拟方法。主要解决当前基于离散事件网络模拟技术研究LDoS与LDDoS面临的模拟计算开销量大的问题。其实现步骤是：（1）读入一个网络模拟拓扑图；（2）读入UDP攻击流；（3）读入正常TCP流；(4)基于简化队列与链路模型构建网络模拟拓扑场景；（5）将UDP攻击流的脉冲幅度降为1/P，并配置攻击流模拟应用；（6）将TCP流个数降为1/P，并配置TCP流模拟应用；(7)基于离散事件网络模拟技术运行模拟场景，并记录LDoS/LDDoS的模拟结果；（8）将所记录的LDoS/LDDoS的模拟结果扩大P倍，形成最终模拟输出结果。本发明能在保证LDoS/LDDoS模拟真实性的前提下，大大降低模拟的计算开销，可用于支撑大规模LDoS/LDDoS攻防策略的模拟推演。
【专利说明】-种面向LDoS与LDDoS的模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种面向LDoS (低速率拒绝服务攻击）与LDDoS (低速率分布式拒绝 服务攻击）的模拟方法，可用于基于网络模拟技术高效推演LDoS、LDDoS攻防策略的效果。
【背景技术】
[0002] 当今，各种各样的恶意攻击给Internet造成了巨大的隐患，严重影响了商业的 运作、网络的信息传递和用户的正常使用。拒绝服务攻击（DoS)与分布式拒绝服务攻击 (DDoS)被公认为对Internet最大的威胁之一。DoS与DDoS主要通过各种手段消耗网络带 宽和系统资源，使正常系统的正常服务陷于瘫痪状态，不能对正常用户进行服务，从而实现 拒绝正常用户访问服务。近年来，DoS/DDoS出现了一类危害更强的攻击方式，即低速率拒绝 服务攻击（LDoS)或低速率分布式拒绝服务攻击（LDDoS) oLDoS/LDDoS是一种周期性的小流 量攻击，它主要利用了 TCP协议中的超时重传机制的弱点。与传统的DoS/DDoS相比，LDoS/ LDDoS更加隐蔽，在网络链路中很难被传统的DoS/DDoS攻击检测方法发现。依托LDDoS，有 学者提出"网络数字大炮"的攻击方法，它可能使得整个Internet陷入瘫痪。因此有必要 构建有效的研究实验平台，以支撑应对LDoS/LDDoS防御策略的研究。
[0003] 当前，离散事件网络模拟技术被广泛应用于LDoS/LDDoS的研究中。这种技术能够 针对LDoS/LDDoS中正常数据流与攻击数据流中的数据包每一跳进行细致模拟，具有较高 的模拟真实性。但这种方法计算开销巨大，因此，难以适应大规模LDoS/LDDoS的研究需求。 试想，若依托传统的离散事件网络模拟技术，模拟整个Internet上的所有数据包每一跳的 行为，进而推演出"网络数字大炮"及其防御策略的机理与效果，显然其计算量极大而难以 实现。为此，研究高效的LDoS与LDDoS的模拟方法是关键。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有基于传统离散事件模拟技术的LDoS/LDDoS模拟方法 存在的计算开销巨大的问题，提出一种面向LDoS与LDDoS的模拟方法，该方法能保证LDoS 与LDDoS模拟真实性的前提下，大大降低LDoS与LDDoS模拟的计算开销，模拟运行时间较 低。
[0005] 按照实现本发明提供的技术方案，所述面向LDoS与LDDoS的模拟方法包括如下步 骤：
[0006] (1)读入一个网络模拟拓扑图G(V, E),其中点集合：V = {v^··，Vi,…，v；J ,边集合： E = {V··, 1」，…，lj ;边1」可用其对应的两个端点表示，即1」=(V」，，ν」，，），其中V」，e V， ν』，,e V ;边1」的链路带宽为Β」，延迟为Dj ;边1」端点Vj，对应的RED算法（路由器队列管理 算法）阈值参数为(最小阈值），(最大阈值），端点 v对应的RED算法阈值参数为 Tmin/ (最小阈值），Tmax/ (最大阈值）；
[0007] ⑵读入m)P攻击流夂…义，...，AK，第k个攻击流可表示为Ak = (T Extent，S Extent，T Spaces, Lk，Sk，Dk)，其中TkExtmt是脉冲攻击长度，S kExtmt是脉冲幅度，TkSpa_表 示两个脉冲之间的时间间隔，Lk是攻击发出的脉冲总数，Sk表示攻击流源节点，Dk表示攻击 流目的节点；
[0008] (3)读入正常TCP流：Ni…，队，…，队，第1个TCP流可表示为队=(S^D1)，其中S 1 表示TCP流源节点，D1表示TCP流目的节点；
[0009] (4)依靠读入的网络模拟拓扑图G(V，E)，配置离散事件网络模拟拓扑场景，其中 场景中的队列与链路模型按照简化队列与链路模型构建（简化倍数为P);
[0010] (5)依靠读入的UDP攻击流，配置K个（即Ai…，Ak，"·，ΑΚ)攻击流模拟应用，其 中第k个攻击流脉冲攻击长度为TkExtmt，脉冲幅度为SkExtmt/P，两个脉冲之间的时间间隔为 TkSpac；es，攻击发出的脉冲总数为Lk ;
[0011] (6)依靠读入的正常TCP流，配置L/P个TCP流模拟应用，即从L个TCP流中，按 1/P的概率随机选择其中的L/P个进行配置；
[0012] (7)依靠离散事件网络模拟技术，运行步骤（4)-(6)配置形成的网络模拟场景，并 记录LDoS/LDDoS分析所需要的相关模拟结果，如TCP到达流量速率，ACK (确认字符）个数 等；
[0013] (8)将第（7)步的所记录的模拟结果乘以P，形成最终LDoS/LDDoS所需要的模拟 输出结果。
[0014] 其中，步骤（2)读入的UDP攻击流，当攻击流个数K = 1时，表明攻击来源于单个 节点，为LDoS，当K>1时，表明攻击来源于多个节点，为LDDoS ;本方法对LDoS与LDDoS均适 用。
[0015] 步骤⑷所述的简化队列与链路模型为：对于从节点Vj，发到v的报文，首先使用 丢包模型判断是否丢包，如果丢包则丢弃，如果不丢包，则依次经过排队模型、传输模型与 传播模型。
[0016] 路由器队列管理算法的丢包模型按照如下公式计算丢包概率Pj(t):
[0017]
【权利要求】
1. 一种面向LDoS与LDDoS的模拟方法，其特征是，包括以下步骤： (1) 读入一个网络模拟拓扑图G(V, E),其中点集合：V = {v^··，Vi,…，v；J ,边集合：E = {V··, 1」，…，1T};边1」可用其对应的两个端点表示，即1」=(ν」，，ν」，，)，其中Vj，e V，Vj"e V ; 边L的链路带宽为~延迟为;边L的端点 '，对应的路由器队列管理算法的最小阈值参 数为TmiIV最大阈值参数为Tm'_，边L的端点 v，对应的路由器队列管理算法最小阈值参数 为Tmin/，最大阈值参数为Tmax/ ; (2) 读入UDP攻击流夂…，Ak，…，Ακ，第k个攻击流表示为Ak = (
Lk，Sk，D k)，其中TkExtmt是脉冲攻击长度，SkExtmt是脉冲幅度，TkSp_ s表 示两个脉冲之间的时间间隔，Lk是攻击发出的脉冲总数，Sk表示攻击流源节点，Dk表示攻击 流目的节点； (3) 读入正常TCP流％…，队，…，队，第1个TCP流表示为队=(S1，D1)，其中S1表示 TCP流源节点，D1表示TCP流目的节点； (4) 依靠读入的网络模拟拓扑图G(V，E)配置离散事件网络模拟拓扑场景，其中场景中 的队列与链路模型按照简化队列与链路模型构建，简化倍数为P ; (5) 依靠读入的UDP攻击流，配置K个攻击流模拟应用Ai…，Ak，…，Ακ，其中第k个攻击 流脉冲攻击长度为
脉冲幅度为
两个脉冲之间的时间间隔为TkSpa_，攻击发 出的脉冲总数为Lk; (6) 依靠读入的正常TCP流，配置L/P个TCP流模拟应用，即从L个TCP流中，按1/P的 概率随机选择其中的L/P个进行配置； (7) 依靠离散事件网络模拟技术，运行步骤（4)-步骤（6)配置形成的网络模拟场景，并 记录LDoS与LDDoS分析所需要的相关模拟结果，包括TCP到达流量速率，ACK个数； (8) 将步骤（7)的所记录的模拟结果乘以P，形成最终LDoS与LDDoS所需要的模拟输 出结果。
2. 根据权利要求1所述的一种面向LDoS与LDDoS的模拟方法，其特征是，步骤（2)读 入的UDP攻击流，当攻击流个数K = 1时，表明攻击来源于单个节点，为LDoS，当K>1时，表 明攻击来源于多个节点，为LDDoS。
3. 根据权利要求1所述的一种面向LDoS与LDDoS的模拟方法，其特征是，步骤（4)所 述的简化队列与链路模型为：对于从节点V发到\，，的报文，首先使用丢包模型判断是否丢 包，如果丢包则丢弃，如果不丢包，则依次经过排队模型、传输模型与传播模型。
4. 根据权利要求3所述的一种面向LDoS与LDDoS的模拟方法，其特征是，所述简化队 列与链路模型中，路由器队列管理算法的丢包模型按照如下公式计算丢包概率Pj (t):
其中pm'为RED算法最大丢包概率，Qa'(t)为瞬时平均队列长度，P为简化倍数。
5. 根据权利要求3所述的一种面向LDoS与LDDoS的模拟方法，其特征是，所述简化队 列与链路模型中，所述排队模型按照如下公式计算排队延迟：L(t) XP/^，其中L(t)为瞬时 队列长度。
6. 根据权利要求3所述的一种面向LDoS与LDDoS的模拟方法，其特征是，所述简化队 列与链路模型中，所述传输模型按照如下公式计算传输延迟：Length/Bj，其中Length为从 节点发到V的某个报文的长度。
7. 根据权利要求3所述的一种面向LDoS与LDDoS的模拟方法，其特征是，所述简化队 列与链路模型中，所述传播模型计算传播延迟为Dj。
【文档编号】H04L12/861GK104158823SQ201410440138
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】王晓锋, 徐文远, 刘渊, 刘凯宇 申请人:江南大学