Suricata-Stream引擎

Thank Zhihao Tao for your hard work. The document spent countless nights and weekends, using his hard work to make it convenient for everyone.
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1. 流引擎

流引擎(Stream)跟踪TCP连接。该引擎分为两部分：流跟踪引擎和重组引擎。流跟踪引擎监视连接状态，重组引擎将按原样重组流。

2. 流跟踪引擎

2.1 配置选项

2.1.1 memcap选项

流引擎有两个可以设置的memcap。一个用于流跟踪引擎，一个用于重组引擎。

• 流跟踪引擎将流的信息保留在内存中。有关状态，TCP序列号和TCP窗口的信息。为了保留此信息，它可以利用memcap允许的容量。

#define STREAMTCP_DEFAULT_MEMCAP (32 * 1024 * 1024) /* 32mb */
SC_ATOMIC_SET(stream_config.memcap, STREAMTCP_DEFAULT_MEMCAP);

stream:memcap: 64mb                # Max memory usage (in bytes) for TCP session tracking

• 重组引擎必须将数据段保存在内存中，以便能够重建流。为了避免资源不足，使用memcap限制使用的内存。

#define STREAMTCP_DEFAULT_REASSEMBLY_MEMCAP (64 * 1024 * 1024) /* 64mb */
SC_ATOMIC_SET(stream_config.reassembly_memcap , STREAMTCP_DEFAULT_REASSEMBLY_MEMCAP);

reassembly:memcap: 256mb             # Memory reserved for stream data reconstruction (in bytes)

2.1.2 checksum_validation选项

TCP数据包具有所谓的校验和。这是一个内部代码，可以查看数据包是否已到达良好状态。流引擎将不会处理校验和错误的数据包。可以通过输入no代替yes来取消此选项。

stream:checksum_validation: yes    # Validate packet checksum, reject packets with invalid checksums.

1. 收到TCP报文时，需要判断校验和。

TmEcode StreamTcp (ThreadVars *tv, Packet *p, void *data, PacketQueue *pq, PacketQueue *postpq)
{
...if (stream_config.flags & STREAMTCP_INIT_FLAG_CHECKSUM_VALIDATION) {if (StreamTcpValidateChecksum(p) == 0) {StatsIncr(tv, stt->counter_tcp_invalid_checksum);return TM_ECODE_OK;}} else {p->flags |= PKT_IGNORE_CHECKSUM;}} else {p->flags |= PKT_IGNORE_CHECKSUM; //TODO check that this is set at creation}

2. 进行校验和校验。

static inline int StreamTcpValidateChecksum(Packet *p)
{
...if (p->level4_comp_csum == -1) {if (PKT_IS_IPV4(p)) {p->level4_comp_csum = TCPChecksum(p->ip4h->s_ip_addrs,(uint16_t *)p->tcph,(p->payload_len +TCP_GET_HLEN(p)),p->tcph->th_sum);

2.1.3 prealloc-sessions选项

prealloc_sessions选项指示Suricata在内存中保持多个会话就绪。目的是为了减轻Suricata因快速会话创建而过载的情况，

stream:prealloc-sessions: 2k       # 2k sessions prealloc'd per stream thread

• 默认值

#define STREAMTCP_DEFAULT_PREALLOC 2048
stream_config.prealloc_sessions = STREAMTCP_DEFAULT_PREALLOC;

• 对TcpSession创建预分配的内存池。

TmEcode StreamTcpThreadInit(ThreadVars *tv, void *initdata, void **data)
{
...SCMutexLock(&ssn_pool_mutex);if (ssn_pool == NULL) {ssn_pool = PoolThreadInit(1, /* thread */0, /* unlimited */stream_config.prealloc_sessions,sizeof(TcpSession),StreamTcpSessionPoolAlloc,StreamTcpSessionPoolInit, NULL,StreamTcpSessionPoolCleanup, NULL);stt->ssn_pool_id = 0;SCLogDebug("pool size %d, thread ssn_pool_id %d", PoolThreadSize(ssn_pool), stt->ssn_pool_id);
...

2.1.4 midstream选项

TCP会话以三次握手开始。之后，数据就可以发送或接收。会话可以持续很长时间。
但是通常在启动了几个TCP会话后启动Suricata。Suricata会错过这些会话的原始设置。这个设置总是包含很多信息。如果希望Suricata从那时起检查流，可以通过将midstream选项设置为true来进行检查。默认设置为false。

midstream: false             # do not allow midstream 

2.1.4.1 协议识别

• 多模协议识别时，如果midstream选项是false则不进行检测。

static AppProto AppLayerProtoDetectPMGetProto(AppLayerProtoDetectThreadCtx *tctx,Flow *f, const uint8_t *buf, uint16_t buflen,uint8_t direction, AppProto *pm_results, bool *rflow)
{
.../* pattern found, yay */if (m > 0) {FLOW_SET_PM_DONE(f, direction);SCReturnUInt((uint16_t)m);/* handle non-found in non-midstream case */} else if (!stream_config.midstream) {/* we can give up if mpm gave no results and its search depth* was reached. */if (m < 0) {FLOW_SET_PM_DONE(f, direction);SCReturnUInt(0);} else if (m == 0) {SCReturnUInt(0);}SCReturnUInt((uint16_t)m);/* handle non-found in midstream case */} else if (m <= 0) {...

• 端口协议识别时，需要重置流的检查方向，再次进行检测。

static AppProto AppLayerProtoDetectPPGetProto(Flow *f,const uint8_t *buf, uint32_t buflen,uint8_t ipproto, const uint8_t idir,bool *reverse_flow)
{
...
again_midstream:
...noparsers:if (stream_config.midstream == true && idir == dir) {if (idir == STREAM_TOSERVER) {dir = STREAM_TOCLIENT;} else {dir = STREAM_TOSERVER;}SCLogDebug("no match + midstream, retry the other direction %s",(dir == STREAM_TOSERVER) ? "toserver" : "toclient");goto again_midstream;}
...

2.1.4.2 TCP协议处理

• 当midstream选项是false时，没有状态的tcp流不再处理。

static int StreamTcpPacketStateNone(ThreadVars *tv, Packet *p,StreamTcpThread *stt, TcpSession *ssn, PacketQueue *pq)
{
...} else if ((p->tcph->th_flags & (TH_SYN|TH_ACK)) == (TH_SYN|TH_ACK)) {if (stream_config.midstream == FALSE &&stream_config.async_oneside == FALSE)return 0;
...} else if (p->tcph->th_flags & TH_ACK) {if (stream_config.midstream == FALSE)return 0;
...

• 重用新的TCP会话

int TcpSessionPacketSsnReuse(const Packet *p, const Flow *f, const void *tcp_ssn)
{if (p->proto == IPPROTO_TCP && p->tcph != NULL) {if (TcpSessionPacketIsStreamStarter(p) == 1) {if (TcpSessionReuseDoneEnough(p, f, tcp_ssn) == 1) {return 1;}}}return 0;
}static int TcpSessionPacketIsStreamStarter(const Packet *p)
{if (p->tcph->th_flags == TH_SYN) {SCLogDebug("packet %"PRIu64" is a stream starter: %02x", p->pcap_cnt, p->tcph->th_flags);return 1;}if (stream_config.midstream == TRUE || stream_config.async_oneside == TRUE) {if (p->tcph->th_flags == (TH_SYN|TH_ACK)) {SCLogDebug("packet %"PRIu64" is a midstream stream starter: %02x", p->pcap_cnt, p->tcph->th_flags);return 1;}}return 0;
}static int TcpSessionReuseDoneEnough(const Packet *p, const Flow *f, const TcpSession *ssn)
{if (p->tcph->th_flags == TH_SYN) {return TcpSessionReuseDoneEnoughSyn(p, f, ssn);}if (stream_config.midstream == TRUE || stream_config.async_oneside == TRUE) {if (p->tcph->th_flags == (TH_SYN|TH_ACK)) {return TcpSessionReuseDoneEnoughSynAck(p, f, ssn);}}return 0;
}

2.1.5 async_oneside选项

Suricata能够看到连接的所有数据包。不过，有些网络使其更加复杂。一些网络流量遵循与另一部分不同的路径，换句话说：流量是异步的。为了确保Suricata会检查它所看到的一个部分，而不是感到混乱，AsyncOneSide选项将被激活。默认情况下，选项设置为false。

async_oneside: false         # do not enable async stream handling

• 当async_oneside选项是false时，没有状态的tcp流不再处理。

static int StreamTcpPacketStateNone(ThreadVars *tv, Packet *p,StreamTcpThread *stt, TcpSession *ssn, PacketQueue *pq)
{
...} else if ((p->tcph->th_flags & (TH_SYN|TH_ACK)) == (TH_SYN|TH_ACK)) {if (stream_config.midstream == FALSE &&stream_config.async_oneside == FALSE)return 0;
...} else if (p->tcph->th_flags & TH_ACK) {if (stream_config.midstream == FALSE)return 0;
...

• 当我们收到一个SYN包，现在开始接收SYN/ACK时，如果我们从发送SYN的同一个主机接收ACK，这意味着ASNYC流。

static int StreamTcpPacketStateSynSent(ThreadVars *tv, Packet *p,StreamTcpThread *stt, TcpSession *ssn, PacketQueue *pq)
{
...} else if (p->tcph->th_flags & TH_ACK) {/* Handle the asynchronous stream, when we receive a SYN packetand now istead of receving a SYN/ACK we receive a ACK from thesame host, which sent the SYN, this suggests the ASNYC streams.*/if (stream_config.async_oneside == FALSE)return 0;...

• 在TCP的TCP_SYN_RECV状态，收到ACK报文，如果数据包的序列号等于预期的序列号处理数据。

static int StreamTcpPacketStateSynRecv(ThreadVars *tv, Packet *p,
...} else if (p->tcph->th_flags & TH_ACK) {
.../* If asynchronous stream handling is allowed then set the session,if packet's seq number is equal the expected seq no.*/} else if (stream_config.async_oneside == TRUE &&(SEQ_EQ(TCP_GET_SEQ(p), ssn->server.next_seq))){/*set the ASYNC flag used to indicate the session as async streamand helps in relaxing the windows checks.*/
...

• 其他状态参加源码。

2.1.6 inline选项

Suricata在normal/IDS模式下分块检查内容。在inline/IPS模式下，在滑动窗口方式检查内容。

inline: no                   # stream inline mode

如果Suricata被设置为inline模式，它必须在发送到接收方之前立即检查数据包。通过这种方式，Suricata能够在需要时直接***丢弃***数据包。

2.1.6.1 IDS模式

IDS模式下，Suricata以块的形式检查流量。属于通常的检测模式。

2.1.6.2 IPS模式

Inline/IPS模式下，Suricata以滑动窗口的方式检查流量。

2.1.7 drop-invalid选项

drop-invalid选项可以设置为no，以避免阻止流引擎认为无效的数据包。这对于覆盖某些第2层IPS设置中出现的一些奇怪情况非常有用。

drop-invalid: yes           # in inline mode, drop packets that are invalid with regards to streaming engine

2.1.8 bypass选项

当会话的任一侧达到其深度时，旁路选项将激活流/会话的bypass。
警告
绕道会导致重要交通流丢失。小心使用。

bypass: no                  # Bypass packets when stream.reassembly.depth is reached.

2.1.9 max-synack-queued选项

最大的SYN/ACK入队数。

#define STREAMTCP_DEFAULT_MAX_SYNACK_QUEUED 5

max-synack-queued: 5        # Max different SYN/ACKs to queue

3. 流重组引擎

3.1 配置选项

3.1.1 memcap选项

流引擎有两个可以设置的memcap。一个用于流跟踪引擎，一个用于重组引擎。

• 流跟踪引擎将流的信息保留在内存中。有关状态，TCP序列号和TCP窗口的信息。为了保留此信息，它可以利用memcap允许的容量。

#define STREAMTCP_DEFAULT_MEMCAP (32 * 1024 * 1024) /* 32mb */
SC_ATOMIC_SET(stream_config.memcap, STREAMTCP_DEFAULT_MEMCAP);

stream:memcap: 64mb                # Max memory usage (in bytes) for TCP session tracking

• 重组引擎必须将数据段保存在内存中，以便能够重建流。为了避免资源不足，使用memcap限制使用的内存。

#define STREAMTCP_DEFAULT_REASSEMBLY_MEMCAP (64 * 1024 * 1024) /* 64mb */
SC_ATOMIC_SET(stream_config.reassembly_memcap , STREAMTCP_DEFAULT_REASSEMBLY_MEMCAP);

reassembly:memcap: 256mb             # Memory reserved for stream data reconstruction (in bytes)

3.1.2 depth选项

depth选项，可以控制流重组的范围。默认为1MB。执行文件提取的协议分析器可以覆盖每个流上的depth设置。

depth: 1mb                # The depth of the reassembling.

3.1.3 chunk_size选项

对重组数据是进行分块检查。这些块的大小设置toserver_chunk_size和toclient_chunk_size。为了避免边界的可预测性，可以通过添加一个随机因素来改变其大小。

toserver_chunk_size: 2560 # inspect raw stream in chunks of at least this size
toclient_chunk_size: 2560 # inspect raw stream in chunks of at least
randomize-chunk-size: yes
#randomize-chunk-range: 10

3.1.4 raw选项

raw重组选项装通过简单的内容，pcre关键字利用和其他未在特定协议缓冲区（如http_uri）上执行的有效负载检查来完成的。这种类型的重新组装可以关闭。

reassembly:raw: no

3.1.5 segment-prealloc选项

传入段存储在流中的列表中。为了避免恒定的内存分配，使用了每个线程内存池。

reassembly:segment-prealloc: 2048    # pre-alloc 2k segments per thread

3.1.6 check-overlap-different-data选项

在同一序列号上重新发送不同的数据是一种扰乱网络检测的方法。

reassembly:check-overlap-different-data: true

3.1.7 IDS和IPS对于重组数据的处理

• Normal/IDS对确认的数据进行重组
  

• Inline/IPS对未确认的数据进行重组