Escuela de Ingeniería y Arquitectura

Universidad de Zaragoza

Defensa proactiva y reactiva ante ataquesDDoS en un entorno simulado de redes

de�nidas por software

Trabajo Fin de Grado

Autor

Jorge Paracuellos Cortés

Director

Ricardo J. Rodriguez

Abril 2016

2016

1Índice

1. Introducción

2. Conceptos SDN

3. Ataques DDoS

4. Arquitectura del sistema

5. Evaluación y resultados

6. Trabajo relacionado

7. Conclusiones y líneas futuras

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2Índice

1. Introducción

2. Conceptos SDN

3. Ataques DDoS

4. Arquitectura del sistema

5. Evaluación y resultados

6. Trabajo relacionado

7. Conclusiones y líneas futuras

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Introducción

MotivaciónI Incremento de

amenazas debido aataques

I Nueva arquitectura dered en desarrollo

I Adaptación de lasempresas tecnológicas

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Introducción

Objetivos TFGI Familiarización con la tecnología Software Defined Network

(SDN)

I Estudio controladores SDN

I Estudio tipos de ataques Distributed Denial of Service (DDoS)

I Diseño e implementación de un mecanismo de defensaproactivo y reactivo

I Evaluación en diferentes escenarios y configuraciones

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5Índice

1. Introducción

2. Conceptos SDN

3. Ataques DDoS

4. Arquitectura del sistema

5. Evaluación y resultados

6. Trabajo relacionado

7. Conclusiones y líneas futuras

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Conceptos SDNArquitectura SDN

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Conceptos SDNProtocolo OpenFlow

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Conceptos SDNProtocolo OpenFlow

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Conceptos SDNComparativa controladores SDN de código abierto

Pox FloodLight OpenDayLightInterfaces SB SB & NB SB & NB

Virtualización Mininet &Openv Switch

Mininet &Openv Switch

Mininet &Openv Switch

GUI Sí Web UI Sí

REST API No Sí Sí

Documentación Escasa Media Media

LenguajeProgramación Python Java + cualquier lenguaje

que utilice REST Java

Modularidad Media Alta Alta

S.O. Soportado Linux, Mac Osand Windows

Linux, Mac Osand Windows Linux

Edad 3 años 4 años 2 años

SoporteOpenFlow OF v1.0 OF v1.3 OF v1.3

OpenStackNetworking No Medio Medio

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Conceptos SDNOpenDayLight

CaracterísticasI Apoyo de la industria (Intel, Cisco, Nec ...)I Proyecto de código abiertoI Desarrollo en JavaI Extensa documentación y comunidad activa en constante

movimientoI Arquitectura modular

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10Índice

1. Introducción

2. Conceptos SDN

3. Ataques DDoS

4. Arquitectura del sistema

5. Evaluación y resultados

6. Trabajo relacionado

7. Conclusiones y líneas futuras

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Ataques DDoS

ClasificaciónI InundaciónI ReflexiónI Amplificación

Mecanismos de defensa ante DDoSI PrevenciónI Detección

I PatronesI Anomalías

I Identificación del origenI Mitigación

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11

Ataques DDoS

ClasificaciónI InundaciónI ReflexiónI Amplificación

Mecanismos de defensa ante DDoSI PrevenciónI Detección

I PatronesI Anomalías

I Identificación del origenI Mitigación

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12Índice

1. Introducción

2. Conceptos SDN

3. Ataques DDoS

4. Arquitectura del sistema

5. Evaluación y resultados

6. Trabajo relacionado

7. Conclusiones y líneas futuras

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Arquitectura del sistemaDiagrama de despliegue

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Arquitectura del sistemaExplicación formal

ParámetrosI Tcoste : tiempo

que tarda enrecuperarse unnodo

I Tslot : tiempoque tarda enrecuperar k < nréplicas enparalelo

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14

Arquitectura del sistemaExplicación formal

ParámetrosI Tcoste : tiempo

que tarda enrecuperarse unnodo

I Tslot : tiempoque tarda enrecuperar k < nréplicas enparalelo

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Arquitectura del sistemaFuncionamiento: Rejuvenecimiento

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Arquitectura del sistemaImplementación

par

alt

[is_TCP]

ref

receivePacket

ref

executeDefense()

ProReactDefense

PacketHandler

2: Packet.Ignore

1: set_activeDefense (true)

loop

alt

[i < z]

ProReactDefense

3: loadBalanceProactive(k,l,t_out)

2: loadBalanceReactive(k,j,t_out)

1: detectReactive()

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Arquitectura del sistemaImplementación

par

alt

[is_TCP]

ref

receivePacket

ref

executeDefense()

ProReactDefense

PacketHandler

2: Packet.Ignore

1: set_activeDefense (true)

loop

alt

[i < z]

ProReactDefense

3: loadBalanceProactive(k,l,t_out)

2: loadBalanceReactive(k,j,t_out)

1: detectReactive()

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17Índice

1. Introducción

2. Conceptos SDN

3. Ataques DDoS

4. Arquitectura del sistema

5. Evaluación y resultados

6. Trabajo relacionado

7. Conclusiones y líneas futuras

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Evaluación y resultadosTopología de los escenarios

Archivo de105MBytesservido a1,46MBytes/s

Tiempo deservicio entre66 y 68segundos

EscenariosI 1 atacanteI 2 atacantesI 3 atacantes

Probabilidad de ataqueI 25%I 50%I 75%

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Evaluación y resultadosComparativa tiempos de servicio

Probabilidad de ataque 25% 50% 75%

Tie

mpo

de

serv

icio

(s)

65

70

75

80(a) 1 atacante, defensa desactivada

Probabilidad de ataque 25% 50% 75%

Tie

mpo

de

serv

icio

(s)

65

70

75

80(b) 3 atacantes, defensa desactivada

Probabilidad de ataque 25% 50% 75%

Tie

mpo

de

serv

icio

(s)

65

70

75

80(c) 1 atacante, defensa activada

Probabilidad de ataque 25% 50% 75%

Tie

mpo

de

serv

icio

(s)

65

70

75

80(d) 3 atacantes, defensa activada

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Evaluación y resultadosComparativa tiempos de servicio

Probabilidad de ataque 25% 50% 75%

Tie

mpo

de

serv

icio

(s)

65

70

75

80(a) 1 atacante, defensa desactivada

Probabilidad de ataque 25% 50% 75%

Tie

mpo

de

serv

icio

(s)

65

70

75

80(b) 3 atacantes, defensa desactivada

Probabilidad de ataque 25% 50% 75%

Tie

mpo

de

serv

icio

(s)

65

70

75

80(c) 1 atacante, defensa activada

Probabilidad de ataque 25% 50% 75%

Tie

mpo

de

serv

icio

(s)

65

70

75

80(d) 3 atacantes, defensa activada

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Evaluación y resultadosFuncionamiento del sistema ante ataques DDoS

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21Índice

1. Introducción

2. Conceptos SDN

3. Ataques DDoS

4. Arquitectura del sistema

5. Evaluación y resultados

6. Trabajo relacionado

7. Conclusiones y líneas futuras

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Trabajo relacionado

Áreas de estudioI Vulnerabilidades de SDN

I Estudio de amenazas y posibles solucionesI Mecanismos proactivos

I Aplicados sobre SDN en un ámbito distintoI Mecanismos reactivos

I Implementan sistemas de defensa sobre SDNI Mecanismos proactivos y reactivos

I Desarrollados en otras áreas

ContribuciónMecanismo proactivo y reactivo para mitigar ataques DDoS siendocapaz de gestionar y modificar la arquitectura de red SDN

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22

Trabajo relacionado

Áreas de estudioI Vulnerabilidades de SDN

I Estudio de amenazas y posibles solucionesI Mecanismos proactivos

I Aplicados sobre SDN en un ámbito distintoI Mecanismos reactivos

I Implementan sistemas de defensa sobre SDNI Mecanismos proactivos y reactivos

I Desarrollados en otras áreas

ContribuciónMecanismo proactivo y reactivo para mitigar ataques DDoS siendocapaz de gestionar y modificar la arquitectura de red SDN

Jorge Paracuellos Cortés | Defensa proactiva y reactiva ante ataques DDoS en un entorno simulado de redes definidas por software

23Índice

1. Introducción

2. Conceptos SDN

3. Ataques DDoS

4. Arquitectura del sistema

5. Evaluación y resultados

6. Trabajo relacionado

7. Conclusiones y líneas futuras

Jorge Paracuellos Cortés | Defensa proactiva y reactiva ante ataques DDoS en un entorno simulado de redes definidas por software

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Conclusiones y líneas futuras

ConclusionesI Estudio y comprensión de la arquitectura de red SDNI Estudio y comprensión de los distintos ataques DDoSI Implementación del mecanismo de defensa proactivo y reactivo

en OpenDayLightI Corroboración de la viabilidad y funcionamiento de la defensa

Líneas futurasI Formalizar el proyecto mediante modelos de MarkovI Actualizar la versión Beryllium de OpenDayLightI Añadir mecanismos de detecciónI Complementar con un honeypot

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Conclusiones y líneas futuras

ConclusionesI Estudio y comprensión de la arquitectura de red SDNI Estudio y comprensión de los distintos ataques DDoSI Implementación del mecanismo de defensa proactivo y reactivo

en OpenDayLightI Corroboración de la viabilidad y funcionamiento de la defensa

Líneas futurasI Formalizar el proyecto mediante modelos de MarkovI Actualizar la versión Beryllium de OpenDayLightI Añadir mecanismos de detecciónI Complementar con un honeypot

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Muchas gracias por su atención