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基于ngx_lua模块的waf开发实践

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WAF主要分为硬件WAF和软件防火墙，硬件WAF如绿盟的NSFOCUS Web Application Firewall，软件防火墙比较有名的是ModSecurity，再就是代码级别的ngx_lua_waf。下面谈谈个人对几款防火墙的理解：

硬件WAF个人觉得只适合在那种访问量较少的网站，比如政府网站，公司的介绍网站等等。硬件WAF的的优势在于规则有专门的安全公司维护，管理方便，但也存在一个致命的弱点，使用传统的方式来解包到应用层对性能的需求较高，而且当访问量很大的时候延时比较大，这样在高并发访问的情况下要使用硬件WAF就只能使用很多台WAF了，这样成本就非常高了；还有一个在接触过程中发现的问题，就是硬件WAF的规则虽然多而且有人维护，但是一般公司很难敢直接开启阻难，很多都是只记录，并不能阻难，这样WAF的意义就变得小多了。

ModSecurity在网上的评价都是很高的，性能高，规则全。最开始我研究的也是这款WAF，但是在实际使用过程中发现问题，就是在高并发的情况下，运行一段时间，会出现内存飙升，而且不下来的问题。这个问题再ModSecurity的讨论论坛上面也发现了有人提出这样的问题，但一直未解决（https://github.com/SpiderLabs/ModSecurity/issues/785）。针对于规则全的优势，一般使用者也不敢直接开启所有的规则拦截，毕竟每个公司的业务不同，规则也不可能直接套用。

基于高性能，低成本的想法，发现了@loveshell开发的ngx_lua_waf，经过实际使用下来，确实性能极好，由于LUA语言的性能是接近于C的，而且ngx_lua_module本身就是基于为nginx开发的高性能的模块。安全宝的云 WAF，以及cloudflare的新waf也是基于此模块使用LUA开发的。结合ModSecurity的思路，参考@loveshell的ngx_lua_waf来开发适合自己用的WAF，其中使用了很多@loveshell的函数，再此也表示感谢。

0x01 WAF框架设计

WAF开发过程中的主要方向为：

主引擎的开发，主要关注主引擎的性能和容错能力
规则的开发，主要关注规则的全面可靠，防勿拦截以及防绕过
整体方案能够适应多站点，高可用性的环境

WAF的主要功能为：

ip黑白名单
url黑白名单
useragent黑白名单
referer黑白名单
常见web漏洞防护，如xss，sql注入等
cc攻击防护
扫描器简单防护
其他你想要的功能

WAF的总体检测思路：

当用户访问到nginx时，waf首先获取用户的ip，uri，referer，useragent，，cookie，args，post，method，header信息。
将获取到的信息依次传给上述功能的函数，如ip规则，在ip规则中，循环到所有的ip规则，如果匹配到ip则根据规则的处理方式来进行处理，匹配到之后不继续匹配后续规则。
需要开启的功能依次在主函数中调用即可，顺序也可根据实际场景来确定最合适的顺序。

图示如下：

0x02 规则格式分析

规则说明：

比如规则：{"rule00001","rules","args|post|cookie",[[../]],"deny","logon"},

rule00001：规则编号，随意写

rules：规则名称，如xs-s-rules，随意写

args|post|cookie|header：检测位置，|表示或，args，post，cookie，header可多选

../：匹配的正则表达式，标准PCRE正则

deny：处理方式，可选deny ，allow

logon：日志记录与否，可选logon，logoff

0x03 cc攻击防护代码示例

--在nginx.conf的HTTP中加入
--lua_shared_dict limit 50m; 根据主机内存调合适的值
--lua_shared_dict iplimit 20m;
--lua_shared_dict blockiplimit 5m;
-------------------------------------------------------------

CCDeny="on"   --cc攻击开关

CCrate="60/60"--基于url的计数 次/秒

ipCCrate="600/60"--基于ip的计数 次/秒
-------------------------------------------------

ccdenyrules={"ccdeny1","ccdeny","","","","logon"}

function gethost()

    host = ngx.var.host

    if host == nil or type(host) ~= "string" then

        math.randomseed(os.time())

        host = "nohost"..math.random()

    end

    return host
end
 
function denycc(clientdata)

    if CCDeny=="on" then

        local uri=clientdata[2]

        local host = gethost()

        CCcount=tonumber(string.match(CCrate,'(.*)/'))

        CCseconds=tonumber(string.match(CCrate,'/(.*)'))

        ipCCcount=tonumber(string.match(ipCCrate,'(.*)/'))

        ipCCseconds=tonumber(string.match(ipCCrate,'/(.*)'))

        local token = clientdata[1]..host..uri

        local clientip = clientdata[1]..host

        local limit = ngx.shared.limit

        local iplimit = ngx.shared.iplimit

        local blockiplimit = ngx.shared.blockiplimit

        local req,_=limit:get(token)

        local ipreq,_=iplimit:get(clientip)

        local blockipreq,_=blockiplimit:get(clientip)

        if blockipreq or ipreq then

            if blockipreq or req then

                if blockipreq or req >= CCcount or ipreq >= ipCCcount  then

                    log(ccdenyrules,clientdata)

                    blockiplimit:set(clientip,1,300)

                    ngx.exit(403)

                    return true

                else

                    limit:incr(token,1)

                    iplimit:incr(clientip,1)

                end

            else

                limit:set(token,1,CCseconds)

            end

        else

            iplimit:set(clientip,1,ipCCseconds)

        end

    end

    return false
end

0x04 优势举例

可以很灵活的实现复杂的控制

比如我在我的个人网站上面就使用了这样一个功能，后台页面需要特定useragent才能访问。

代码如下：

--特定页面容许特定useragent可访问

function houtai(clientdata)

    if stringmatch(clientdata[2],"wp-admin") then

        if stringmatch(clientdata[4],"hahahaha") then

            return

        else

            ngx.exit(403)

            return

        end

    else

        return

    end
end

可以测试http://www.zhangsan.me/wp-admin/

只有在特定的useragent才可以访问此页面，否则报403错误。

0x05 源码下载及使用

源码下载地址为：http://pan.baidu.com/s/18QQya

环境搭建就参考：http://wiki.nginx.org/HttpLuaModule#Installation

waf使用主要就是配置config.lua

SecRuleEngine = "on" attacklog = "on" logpath = "/home/waflog/"

分别为引擎是否开启是否记录日志日志的存储路径日志的存储路径需要给予nginx运行用户的读写权限

0x06 后续研究方向

1.根据ModSecurity规则提取一份较适应自己用的规则
2.根据最新出现的漏洞维护规则
3.在多个站点的情况下，如果在站点变动，规则变动的时候，不影响其他站点，实现高可用性。

写的很简单，大牛勿喷，希望大家多提建议。

0x07 参考资料

1. https://github.com/loveshell/ngx_lua_waf
2. http://wiki.nginx.org/HttpLuaModule
3. http://www.freebuf.com/tools/54221.html
……

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基于ngx_lua模块的waf开发实践

0x01 WAF框架设计

0x02 规则格式分析

0x03 cc攻击防护代码示例

0x04 优势举例

0x05 源码下载及使用

0x06 后续研究方向

0x07 参考资料

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