Se você não tiver, verifique se o seu site está registrando IPs. Você pode fazer um IP WHOIS gratuito em www.dnstuff.com para ver onde a IANA acredita que o endereço IP é originário. Em muitos casos, também fornece ao registrador ou ISP o endereço IP e você pode contatá-los diretamente para denunciá-lo.
Obviamente, você pode bloquear temporariamente o endereço IP, o único problema com isso é que muitos ISPs utilizam endereços DHCP que, embora o invasor tenha esse IP hoje, poderia ser diferente amanhã e, mais importante, um usuário legítimo pode obter o IP bloqueado.
Onde o seu site está hospedado? Se o ataque ocorreu dentro de um período de tempo, digamos 10 minutos, ele deve ter acionado um alarme DDOS em algum lugar, já que o volume normal do site provavelmente não é o de muitos pedidos naquele curto período de tempo. Dispositivos como o Barracuda são projetados para basicamente bloquear essas solicitações quando elas são recebidas muito rapidamente. O IIS também tem um recurso semelhante, no qual, se muitas solicitações chegarem ao mesmo tempo, elas pensarão que estão sendo atacadas e, em muitos casos, descarregarão as conexões. Muitas instalações de pesquisa do SharePoint têm esse problema porque o indexador de pesquisa reqeu muita coisa muito rapidamente.
Espero que isso ajude um pouco ou dê algumas ideias sobre o que observar. Você pode adicionar CAPTCHA e outras coisas ao site, mas no final, ataques como esse se resumem a TCP / IP e dispositivos para reconhecer um ataque e impedir ou matar, seu site pode fazer muito para se proteger.