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learn.lianglianglee.com/专栏/透视HTTP协议/36 WAF：保护我们的网络服务.md.html
周伟 d9c5ffd627 u
2022-05-11 19:04:14 +08:00

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<a href="/专栏/透视HTTP协议/17 排队也要讲效率：HTTP的连接管理.md.html">17 排队也要讲效率：HTTP的连接管理.md.html</a>
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<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>36 WAF：保护我们的网络服务</h1>
<p>在前些天的“安全篇”里，我谈到了 HTTPS，它使用了 SSL/TLS 协议，加密整个通信过程，能够防止恶意窃听和窜改，保护我们的数据安全。</p>
<p>但 HTTPS 只是网络安全中很小的一部分，仅仅保证了“通信链路安全”，让第三方无法得知传输的内容。在通信链路的两端，也就是客户端和服务器，它是无法提供保护的。</p>
<p>因为 HTTP 是一个开放的协议，Web 服务都运行在公网上，任何人都可以访问，所以天然就会成为黑客的攻击目标。</p>
<p>而且黑客的本领比我们想象的还要大得多。虽然不能在传输过程中做手脚，但他们还可以“假扮”成合法的用户访问系统，然后伺机搞破坏。</p>
<h2>Web 服务遇到的威胁</h2>
<p>黑客都有哪些手段来攻击 Web 服务呢？我给你大概列出几种常见的方式。</p>
<p>第一种叫“<strong>DDoS</strong>”攻击（distributed denial-of-service attack），有时候也叫“洪水攻击”。</p>
<p>黑客会控制许多“僵尸”计算机，向目标服务器发起大量无效请求。因为服务器无法区分正常用户和黑客，只能“照单全收”，这样就挤占了正常用户所应有的资源。如果黑客的攻击强度很大，就会像“洪水”一样对网站的服务能力造成冲击，耗尽带宽、CPU 和内存，导致网站完全无法提供正常服务。</p>
<p>“DDoS”攻击方式比较“简单粗暴”，虽然很有效，但不涉及 HTTP 协议内部的细节，“技术含量”比较低，不过下面要说的几种手段就不一样了。</p>
<p>网站后台的 Web 服务经常会提取出 HTTP 报文里的各种信息，应用于业务，有时会缺乏严格的检查。因为 HTTP 报文在语义结构上非常松散、灵活，URI 里的 query 字符串、头字段、body 数据都可以任意设置，这就带来了安全隐患，给了黑客“<strong>代码注入</strong>”的可能性。</p>
<p>黑客可以精心编制 HTTP 请求报文，发送给服务器，服务程序如果没有做防备，就会“上当受骗”，执行黑客设定的代码。</p>
<p>“<strong>SQL 注入</strong>”（SQL injection）应该算是最著名的一种“代码注入”攻击了，它利用了服务器字符串拼接形成 SQL 语句的漏洞，构造出非正常的 SQL 语句，获取数据库内部的敏感信息。</p>
<p>另一种“<strong>HTTP 头注入</strong>”攻击的方式也是类似的原理，它在“Host”“User-Agent”“X-Forwarded-For”等字段里加入了恶意数据或代码，服务端程序如果解析不当，就会执行预设的恶意代码。</p>
<p>在之前的[第 19 讲]里，也说过一种利用 Cookie 的攻击手段，“<strong>跨站脚本</strong>”（XSS）攻击，它属于“JS 代码注入”，利用 JavaScript 脚本获取未设防的 Cookie。</p>
<h2>网络应用防火墙</h2>
<p>面对这么多的黑客攻击手段，我们应该怎么防御呢？</p>
<p>这就要用到“<strong>网络应用防火墙</strong>”（Web Application Firewall）了，简称为“<strong>WAF</strong>”。</p>
<p>你可能对传统的“防火墙”比较熟悉。传统“防火墙”工作在三层或者四层，隔离了外网和内网，使用预设的规则，只允许某些特定 IP 地址和端口号的数据包通过，拒绝不符合条件的数据流入或流出内网，实质上是<strong>一种网络数据过滤设备</strong>。</p>
<p>WAF 也是一种“防火墙”，但它工作在七层，看到的不仅是 IP 地址和端口号，还能看到整个 HTTP 报文，所以就能够对报文内容做更深入细致的审核，使用更复杂的条件、规则来过滤数据。</p>
<p>说白了，WAF 就是一种“<strong>HTTP 入侵检测和防御系统</strong>”。</p>
<p><img src="assets/e8369d077454e5b92e3722e7090551a3.png" alt="img" /></p>
<p>WAF 都能干什么呢？</p>
<p>通常一款产品能够称为 WAF，要具备下面的一些功能：</p>
<ul>
<li>IP 黑名单和白名单，拒绝黑名单上地址的访问，或者只允许白名单上的用户访问；</li>
<li>URI 黑名单和白名单，与 IP 黑白名单类似，允许或禁止对某些 URI 的访问；</li>
<li>防护 DDoS 攻击，对特定的 IP 地址限连限速；</li>
<li>过滤请求报文，防御“代码注入”攻击；</li>
<li>过滤响应报文，防御敏感信息外泄；</li>
<li>审计日志，记录所有检测到的入侵操作。</li>
</ul>
<p>听起来 WAF 好像很高深，但如果你理解了它的工作原理，其实也不难。</p>
<p>它就像是平时编写程序时必须要做的函数入口参数检查，拿到 HTTP 请求、响应报文，用字符串处理函数看看有没有关键字、敏感词，或者用正则表达式做一下模式匹配，命中了规则就执行对应的动作，比如返回 403/404。</p>
<p>如果你比较熟悉 Apache、Nginx、OpenResty，可以自己改改配置文件，写点 JS 或者 Lua 代码，就能够实现基本的 WAF 功能。</p>
<p>比如说，在 Nginx 里实现 IP 地址黑名单，可以利用“map”指令，从变量 $remote_addr 获取 IP 地址，在黑名单上就映射为值 1，然后在“if”指令里判断：</p>
<pre><code>map $remote_addr $blocked {
default 0;
&quot;1.2.3.4&quot; 1;
&quot;5.6.7.8&quot; 1;
}
if ($blocked) {
return 403 &quot;you are blocked.&quot;;
}
</code></pre>
<p>Nginx 的配置文件只能静态加载，改名单必须重启，比较麻烦。如果换成 OpenResty 就会非常方便，在 access 阶段进行判断，IP 地址列表可以使用 cosocket 连接外部的 Redis、MySQL 等数据库，实现动态更新：</p>
<pre><code>local ip_addr = ngx.var.remote_addr
local rds = redis:new()
if rds:get(ip_addr) == 1 then
ngx.exit(403)
end
</code></pre>
<p>看了上面的两个例子，你是不是有种“跃跃欲试”的冲动了，想自己动手开发一个 WAF？</p>
<p>不过我必须要提醒你，在网络安全领域必须时刻记得“<strong>木桶效应</strong>”（也叫“短板效应”）。网站的整体安全不在于你加固的最强的那个方向，而是在于你可能都没有意识到的“短板”。黑客往往会“避重就轻”，只要发现了网站的一个弱点，就可以“一点突破”，其他方面的安全措施也就都成了“无用功”。</p>
<p>所以，使用 WAF 最好“<strong>不要重新发明轮子</strong>”，而是使用现有的、比较成熟的、经过实际考验的 WAF 产品。</p>
<h2>全面的 WAF 解决方案</h2>
<p>这里我就要“隆重”介绍一下 WAF 领域里的最顶级产品了：ModSecurity，它可以说是 WAF 界“事实上的标准”。</p>
<p>ModSecurity 是一个开源的、生产级的 WAF 工具包，历史很悠久，比 Nginx 还要大几岁。它开始于一个私人项目，后来被商业公司 Breach Security 收购，现在则是由 TrustWave 公司的 SpiderLabs 团队负责维护。</p>
<p>ModSecurity 最早是 Apache 的一个模块，只能运行在 Apache 上。因为其品质出众，大受欢迎，后来的 2.x 版添加了 Nginx 和 IIS 支持，但因为底层架构存在差异，不够稳定。</p>
<p>所以，这两年 SpiderLabs 团队就开发了全新的 3.0 版本，移除了对 Apache 架构的依赖，使用新的“连接器”来集成进 Apache 或者 Nginx，比 2.x 版更加稳定和快速，误报率也更低。</p>
<p>ModSecurity 有两个核心组件。第一个是“<strong>规则引擎</strong>”，它实现了自定义的“SecRule”语言，有自己特定的语法。但“SecRule”主要基于正则表达式，还是不够灵活，所以后来也引入了 Lua，实现了脚本化配置。</p>
<p>ModSecurity 的规则引擎使用 C++11 实现，可以从<a href="https://github.com/SpiderLabs/ModSecurity">GitHub</a>上下载源码，然后集成进 Nginx。因为它比较庞大，编译很费时间，所以最好编译成动态模块，在配置文件里用指令“load_module”加载：</p>
<pre><code>load_module modules/ngx_http_modsecurity_module.so;
</code></pre>
<p>只有引擎还不够，要让引擎运转起来，还需要完善的防御规则，所以 ModSecurity 的第二个核心组件就是它的“<strong>规则集</strong>”。</p>
<p>ModSecurity 源码提供一个基本的规则配置文件“<strong>modsecurity.conf-recommended</strong>”，使用前要把它的后缀改成“conf”。</p>
<p>有了规则集，就可以在 Nginx 配置文件里加载，然后启动规则引擎：</p>
<pre><code>modsecurity on;
modsecurity_rules_file /path/to/modsecurity.conf;
</code></pre>
<p>“modsecurity.conf”文件默认只有检测功能，不提供入侵阻断，这是为了防止误杀误报，把“SecRuleEngine”后面改成“On”就可以开启完全的防护：</p>
<pre><code>#SecRuleEngine DetectionOnly
SecRuleEngine On
</code></pre>
<p>基本的规则集之外，ModSecurity 还额外提供一个更完善的规则集，为网站提供全面可靠的保护。这个规则集的全名叫“<strong>OWASP ModSecurity 核心规则集</strong>”（Open Web Application Security Project ModSecurity Core Rule Set），因为名字太长了，所以有时候会简称为“核心规则集”或者“CRS”。</p>
<p>CRS 也是完全开源、免费的，可以从 GitHub 上下载：</p>
<pre><code>git clone https://github.com/SpiderLabs/owasp-modsecurity-crs.git
</code></pre>
<p>其中有一个“<strong>crs-setup.conf.example</strong>”的文件，它是 CRS 的基本配置，可以用“Include”命令添加到“modsecurity.conf”里，然后再添加“rules”里的各种规则。</p>
<pre><code>Include /path/to/crs-setup.conf
Include /path/to/rules/*.conf
</code></pre>
<p>你如果有兴趣可以看一下这些配置文件，里面用“SecRule”定义了很多的规则，基本的形式是“SecRule 变量 运算符 动作”。不过 ModSecurity 的这套语法“自成一体”，比较复杂，要完全掌握不是一朝一夕的事情，我就不详细解释了。</p>
<p>另外，ModSecurity 还有强大的审计日志（Audit Log）功能，记录任何可疑的数据，供事后离线分析。但在生产环境中会遇到大量的攻击，日志会快速增长，消耗磁盘空间，而且写磁盘也会影响 Nginx 的性能，所以一般建议把它关闭：</p>
<pre><code>SecAuditEngine off #RelevantOnly
SecAuditLog /var/log/modsec_audit.log
</code></pre>
<h2>小结</h2>
<p>今天我们一起学习了“网络应用防火墙”，也就是 WAF，使用它可以加固 Web 服务。</p>
<ol>
<li>Web 服务通常都运行在公网上，容易受到“DDoS”、“代码注入”等各种黑客攻击，影响正常的服务，所以必须要采取措施加以保护；</li>
<li>WAF 是一种“HTTP 入侵检测和防御系统”，工作在七层，为 Web 服务提供全面的防护；</li>
<li>ModSecurity 是一个开源的、生产级的 WAF 产品，核心组成部分是“规则引擎”和“规则集”，两者的关系有点像杀毒引擎和病毒特征库；</li>
<li>WAF 实质上是模式匹配与数据过滤，所以会消耗 CPU，增加一些计算成本，降低服务能力，使用时需要在安全与性能之间找到一个“平衡点”。</li>
</ol>
<h2>课下作业</h2>
<ol>
<li>HTTPS 为什么不能防御 DDoS、代码注入等攻击呢？</li>
<li>你还知道有哪些手段能够抵御网络攻击吗？</li>
</ol>
<p>欢迎你把自己的学习体会写在留言区，与我和其他同学一起讨论。如果你觉得有所收获，也欢迎把文章分享给你的朋友。</p>
<p><img src="assets/b9e48b813c98bb34b4b433b7326ace24.png" alt="unpreview" /></p>
</div>
</div>
<div>
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</div>
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</div>
</div>
</div>
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</div>
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