基于Nginx+Lua自建Web应用防火墙

我想请讲解下,基于Nginx+Lua自建Web应用防火墙
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薄荷凉我心

2024-09-18 09:37:26

简介

对于信息类网站,总是会被各种不同目的的爬虫、采集器等不断的抓取或恶意访问,这些会让网站不堪重负,导致页面无法正常访问,极大的影响用户体验。针对此种情况,我们就需要对所有的访问来进行访问控制。

此时Web应用防火墙(WebApplicationFirewall,简称WAF)就可以助我们一臂之力,它可以为网站提供一站式安全防护。WAF可以有效识别Web业务流量的恶意特征,在对流量进行清洗和过滤后,将正常、安全的流量返回给服务器,避免网站服务器被恶意入侵导致服务器性能异常等问题,保障网站的业务安全和数据安全。

Web应用防火墙主要功能如下:

提供Web应用攻击防护。

缓解恶意CC攻击,过滤恶意的Bot流量,保障服务器性能正常。

支持对HTTP和HTTPS流量进行访问控制。

从WAF的定义及功能看,它的位置应该处于流量入口处。如果选用商业产品,多和CDN配合使用;如果自行开发,其位置应该在负载均衡Nginx上。结合lua可以进行二次扩展,实现个性化访问控制需求。

分析

在使用Nginx+lua实现个性化需求前,我们首先需要了解我们的网站的流量组成:

爬虫流量

百度、bing、谷歌、360、一搜、神马、今日头条、采集器等

异常流量

单IP大流量访问、多IP大流量访问

恶意攻击

DDos、CC、SQL注入、暴力破解等

正常流量

三方渠道大流量访问

以上基本概括了我们网站的主要流量来源,这些流量我们可以从基础防护和动态防护两个层面展开。

基础防护

Nginx不仅在负载均衡层面发挥着重要作用,其内置的一些基础模块,也可以在一定程度上做一些防护。

1.安全防护

对于站点流量,我们可以主动分析客户端请求的特征,如user_agent、url、query_string;结合业务特点,可以对其制定一些规则来进行主动防范,在应对异常流量时起到一定的防护作用。

vimx.x.cn.conf#在站点文件添加web安全限制,返回不同的状态码includeconf.d/safe.conf;#安全规则文件vimsafe.conf#禁SQL注入BlockSQLinjectionsset$block_sql_injections0;if($query_string~"union.*select.*(.*)"){set$block_sql_injections1;}if($request_uri~*"select((/\*+/)|[+]+|(%20)+)"){set$block_sql_injections1;}if($request_uri~*"union((/\*+/)|[+]+|(%20)+)"){set$block_sql_injections1;}if($request_uri~*"order((/\*+/)|[+]+|(%20)+)by"){set$block_sql_injections1;}#匹配"group/**/by","group+by","groupby"if($request_uri~*"group((/\*+/)|[+]+|(%20)+)by"){set$block_sql_injections1;}if($block_sql_injections=1){return444;}#禁掉文件注入set$block_file_injections0;if($query_string~"[a-zA-Z0-9_]=http://"){set$block_file_injections1;}if($query_string~"[a-zA-Z0-9_]=(..//?)+"){set$block_file_injections1;}if($query_string~"[a-zA-Z0-9_]=/([a-z0-9_.]//?)+"){set$block_file_injections1;}if($block_file_injections=1){return444;}#禁掉溢出攻击set$block_common_exploits0;if($query_string~"(<|%3C).*script.*(>|%3E)"){set$block_common_exploits1;}if($query_string~"GLOBALS(=|[|%[0-9A-Z]{0,2})"){set$block_common_exploits1;}if($query_string~"_REQUEST(=|[|%[0-9A-Z]{0,2})"){set$block_common_exploits1;}if($query_string~"proc/self/environ"){set$block_common_exploits1;}if($query_string~"mosConfig_[a-zA-Z_]{1,21}(=|%3D)"){set$block_common_exploits1;}if($query_string~"base64_(en|de)code(.*)"){set$block_common_exploits1;}if($block_common_exploits=1){return444;}#禁spam字段set$block_spam0;if($query_string~"b(ultram|unicauca|valium|viagra|vicodin|xanax|ypxaieo)b"){set$block_spam1;}if($query_string~"b(erections|hoodia|huronriveracres|impotence|levitra|libido)b"){set$block_spam1;}if($query_string~"b(ambien|bluespill|cialis|cocaine|ejaculation|erectile)b"){set$block_spam1;}if($query_string~"b(lipitor|phentermin|pro[sz]ac|sandyauer|tramadol|troyhamby)b"){set$block_spam1;}if($block_spam=1){return444;}#禁掉user-agentsset$block_user_agents0;#禁止agent为空#if($http_user_agent~^$){#set$block_user_agents1;#}#Don’tdisablewgetifyouneedittoruncronjobs!if($http_user_agent~"Wget"){set$block_user_agents1;}#DisableAkeebaRemoteControl2.5andearlierif($http_user_agent~"IndyLibrary"){set$block_user_agents1;}#Commonbandwidthhoggersandhackingtools.if($http_user_agent~"libwww-perl"){set$block_user_agents1;}if($http_user_agent~"GetRight"){set$block_user_agents1;}if($http_user_agent~"GetWeb!"){set$block_user_agents1;}if($http_user_agent~"Go!Zilla"){set$block_user_agents1;}if($http_user_agent~"DownloadDemon"){set$block_user_agents1;}if($http_user_agent~"Go-Ahead-Got-It"){set$block_user_agents1;}if($http_user_agent~"TurnitinBot"){set$block_user_agents1;}if($http_user_agent~"GrabNet"){set$block_user_agents1;}if($block_user_agents=1){return444;}#spiderset$spider'2';if($http_user_agent~.+Baiduspider.+){set$spider'0';}if($http_user_agent~.+Googlebot.+){set$spider'0';}if($http_user_agent~.+bingbot.+){set$spider'0';}if($http_user_agent~.+JikeSpider.+){set$spider'0';}if($http_user_agent~.+YoudaoBot.+){set$spider'0';}if($http_user_agent~.+Sosospider.+){set$spider'0';}if($http_user_agent~Yahoo!.+){set$spider'0';}if($http_user_agent~Sogou.+){set$spider'0';}if($http_user_agent~.+msnbot.+){set$spider'0';}if($http_user_agent~.+YandexBot.+){set$spider'0';}if($http_user_agent~.+Spider.+){set$spider'0';}if($http_user_agent~YisouSpider){set$spider'1';}#if($http_user_agent~LBBROWSER){#set$spider'1';#}if($spider='1'){return445;}

通过分析客户端的user_agent、url、query_string初步分析是否具备统一特征,并根据其行为返回不同的状态码:

444sql注入、文件注入等攻击类请求

445不符合user_agent规则的请求

通过状态码,我们可以快速定位请求属于哪类安全范畴。

2.连接数、频率限制

对于站点的访问连接数、访问频率,我们可以使用以下两个模块来做一些策略。此时可以对异常流量、恶意攻击起到一定的作用。

ngx_http_limit_conn_module

限制每个已定义的key的连接数量,特别是来自单个IP地址的连接数量。

ngx_http_limit_req_module

限制请求的处理速率,特别是单一的IP地址的请求的处理速率。它基于漏桶算法进行限制。

#针对url1访问频率每分100个limit_req_zone$binary_remote_addrzone=req_limit4:10mrate=100r/m;#针对url2访问频率每秒5个,burst5个limit_req_zone$binary_remote_addrzone=req_limit3:10mrate=5r/s;#针对url3问频率每秒50个,burst10个limit_req_zone$binary_remote_addrzone=req_limit2:10mrate=50r/s;#针对url4访问频率每分30个,burst10个limit_req_zone$binary_remote_addrzone=req_limit1:10mrate=30r/m;

对于频率的阈值需要结合站点的实际访问流量、峰值来具体设置。基于漏桶算法,可以对突发流量进行整形,避免单一IP或多IP的大流量请求压垮服务器。

3.map自定义变量

map指令通过使用nginx的内置变量创建自定义变量,由ngx_http_map_module模块提供的,默认情况下安装nginx都会安装该模块。通过自定义变量来匹配某些特定规则,进行访问控制。

我们可以通过map来设置白名单,不在白名单的IP将返回403。

vimmap.confmap$remote_addr$clientip{#默认为false;defaultfase;#精确匹配或正则匹配IP,则返回true1.1.1.1true;~*12.12.3true;}#如果客户端ip为false则返回403if($clientip='false'){return403;}4.小结

基础防护在针对一些有规律的特征流量时,基于nginx基础模块做的一些工作。但对于一些动态流量的访问,这些规则就显得有些死板,无法满足需求。此时就行需要基于nginx+lua做一些个性化的需求。

动态防护1.策略分析

基于WAF,结合日常流量的统计分析,我们主要想实现以下几方面:

黑白名单

对于三方合作渠道的IP加入白名单,没有规则策略;

通过分析日常流量,将异常行为的IP加到黑名单,前端直接返回403;

最大访问量

对于不在白名单内的IP,每个IP的每天访问量在正常情况下应该是要有上限的,为避免IP过量访问我们需要应该进行限制;

人机验证

(1)对于不在白名单内的IP,每个IP在一定周期内的访问量超限,此时需要跳转至验证码页进行人机验证;

(2)如果验证码页验证次数超限,则认定为暴力破解,将IP进行封禁一段时间;

(3)暴力破解的IP封禁超时后,重新解禁,再次访问将重新认证;

反查域名

对于冒充搜索引擎试图跳过访问策略的请求,我们将进行域名反查;确定是否为真正的爬虫,若为搜索引擎则加入白名单。

2.实施规划1.openresty环境部署组件备注openrestynginx+lualua-resty-redislua连接redisredis存放客户端请求实时数据人机验证功能页由前端提供此页面#0.基础依赖yuminstall-yGeoIPGeoIP-develGeoIP-datalibtoolopensslopenssl-devel#1.创建用户groupaddopenrestyuseradd-Goperestyopenresty-s/bin/nologin#2.准备源码包openresty-xxx.tar.gzpcre-xxx.tar.gztar-zxvfopenresty-xxx.tar.gztar-zxvfpcre-xxx.tar.gz#3.安装LuaJITcdopenresty-xxx/bundle/LuaJIT-xxxmakecleanmakemakeinstall#4.安装openrestycdopenresty-xxx./configure--prefix=/usr/local/openresty--with-http_realip_module--with-pcre=../pcre-xxx--with-luajit--with-file-aio--with-http_sub_module--with-http_stub_status_module--with-http_ssl_module--with-http_realip_module--with-http_gzip_static_module--without-select_module--without-poll_module--with-http_geoip_modulemakemakeinstall#5.lua-resty-redis模块安装wgethttps://github.com/openresty/lua-resty-redis/archive/master.zipunzipmaster.zipcdlua-resty-redis-master#将lib拷贝到openresty安装目录下的lua文件夹内cp-rflib/usr/local/openresty/conf/luacd/usr/local/openresty/conf/lua/libln-sredis.luaresty/redis.lua#6.安装redisyuminstallredis-y/etc/init.d/redisstart

至此openresty的基础文件已经部署完毕,下一步需要加载lua脚本实现相关的策略配置。

2.lua脚本规划

统一将lua模块及相关脚本存放在/usr/local/openresty/conf/lua目录下,其中:

lib存放lua模块

access存放lua脚本

lua|--lib||-resty|||-redis.lua||-redis.lua#redis驱动|--access||-config.lua#统一配置文件||-access_init.lua#加载配置文件、获取客户端IP的方法||-access_ip.lua#黑白名单过滤||-access_veryfycode.lua#验证码

规划完成后,我们就需要在oprneresty加载即可。

vimnginx.conf#在http区域内添加如下配置。#加载lua配置初始化init_by_lua_file'/usr/local/openresty/nginx/conf/lua/access/access_init.lua';#lua-resty-redislua_package_path"/usr/local/openresty/nginx/conf/lua/lib/resty/?.lua;;";#黑白名单封禁ipaccess_by_lua_file'/usr/local/openresty/nginx/conf/lua/access/access_ip.lua';

其中init_by_lua_file、access_by_lua_file就是openresty执行流程中的不同阶段,我们根据访问流程可以在各阶段配置不同的访问策略。

3.openresty执行流程

如图openresty执行流程,在相应的阶段我们的策略如下:

1.init初始化阶段

由于init阶段是流程的第一阶段,即nginx加载全局参数阶段,因此也需要首先加载我们的配置文件:

#vimconfig.lua--waf统一配置文件--ip白名单ipWhitelist={--"10.0.0.0-10.255.255.255",--神马搜索"42.156.0.0-42.156.255.255","42.120.0.0-42.120.255.255","106.11.0.0-106.11.255.255",--三方渠道"113.5.18.230-113.5.18.231","113.5.18.234",--内网"192.168.0.0-192.168.255.255",}----ip黑名单ipBlocklist={"39.104.180.188","42.236.10.1-42.236.10.254",}

以上配置文件中的客户端单个地址和地址段,都是通过access_init.lua来加载config.lua配置文件并由相关方法进行IP解析:

#vimaccess_init.lua--此文件为需要在http段配置init_by_lua_file'/usr/local/nginx/lua/access/access_init.lua';--注意:由于连接reids无法在init阶段使用,因此验证码由单独的access_verifycode.lua文件使用;--封禁策略:--增加ip黑名单、白名单的ip段支持package.path="/usr/local/openresty/nginx/conf/lua/access/?.lua;/usr/local/openresty/nginx/conf/lua/lib/?.lua;"package.cpath="/usr/local/openresty/nginx/conf/lua/?.so;/usr/local/openresty/nginx/conf/lua/lib/?.so;"--加载配置文件require"config"--获取客户端ipfunctiongetClientIp()IP=ngx.var.remote_addrifIP==nilthenIP="unknown"endreturnIPendfunctionipToDecimal(ckip)localn=4localdecimalNum=0localpos=0fors,einfunction()returnstring.find(ckip,'.',pos,true)enddon=n-1decimalNum=decimalNum+string.sub(ckip,pos,s-1)*(256^n)pos=e+1ifn==1thendecimalNum=decimalNum+string.sub(ckip,pos,string.len(ckip))endendreturndecimalNumend#白名单过滤functionwhiteip()ifnext(ipWhitelist)~=nilthenlocalcIP=getClientIp()localnumIP=0ifcIP~="unknown"thennumIP=tonumber(ipToDecimal(cIP))endfor_,ipinpairs(ipWhitelist)dolocals,e=string.find(ip,'-',0,true)ifs==nilandcIP==ipthenreturntrueelseifs~=nilthensIP=tonumber(ipToDecimal(string.sub(ip,0,s-1)))eIP=tonumber(ipToDecimal(string.sub(ip,e+1,string.len(ip))))ifn