基于Nginx+Lua自建Web应用防火墙
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发布时间：2024-09-15 00:45
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时间：2024-09-19 13:58
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*,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~"base_(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($http_user_agent~.+Baispider.+){set$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($http_user_agent~.+YouBot.+){set$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($spider='1'){return445;}通过分析客户端的user_agent、url、query_string初步分析是否具备统一特征，并根据其行为返回不同的状态码：
444sql注入、文件注入等攻击类请求
445不符合user_agent规则的请求
通过状态码，我们可以快速定位请求属于哪类安全范畴。
2.连接数、频率*对于站点的访问连接数、访问频率，我们可以使用以下两个模块来做一些策略。此时可以对异常流量、恶意攻击起到一定的作用。
ngx_http_limit_conn_mole
*每个已定义的key的连接数量，特别是来自单个IP地址的连接数量。
ngx_http_limit_req_mole
*请求的处理速率，特别是单一的IP地址的请求的处理速率。它基于漏桶算法进行*。
#针对url1访问频率每分100个limit_req_zone$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$binary_remote_addrzone=req_limit1:10mrate=30r/m;对于频率的阈值需要结合站点的实际访问流量、峰值来具体设置。基于漏桶算法，可以对突发流量进行整形，避免单一IP或多IP的大流量请求压垮服务器。
3.map自定义变量map指令通过使用nginx的内置变量创建自定义变量,由ngx_http_map_mole模块提供的，默认情况下安装nginx都会安装该模块。通过自定义变量来匹配某些特定规则，进行访问控制。
我们可以通过map来设置白名单，不在白名单的IP将返回403。
vimmap.confmap$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*；
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_mole--with-pcre=../pcre-xxx--with-luajit--with-file-aio--with-http_sub_mole--with-http_stub_status_mole--with-http_ssl_mole--with-http_realip_mole--with-http_gzip_static_mole--without-select_mole--without-poll_mole--with-http_geoip_molemakemakeinstall#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