【waf防火墙】基于nginx+lua实现的waf防火墙搞定web攻击和防刷限流

一、介绍

xwaf是利用lua+nginx作为web服务接入层，结合管理平台xwaf_admin进行管理的一款轻量级低成本防火墙。

xwaf_admin管理平台的功能主要是对接入的应用，建立一套安全防护、防刷限流的规则、黑白名单等规则进行管理维护，waf防护的规则参考开发web安全项目组织【owsp】的核心规则集【crs】。nginx实例从xwaf_admin管理平台读取配置、配置及规则信息并写进nginx的内存。
该防火墙的开发思路思想借鉴了modesecurity、openresty和x-waf中的waf模块思路，并完善改良。防刷限流核心策略采用：固定窗口、令牌桶、漏桶算法，并结合当前防刷限流中的一些不足之处进行改进。

其中，xwf在工作中有进行过大范围的使用、在安全性、稳定性、性能、可用性都得到过实际验证，效果显著,其中nginx+lua采用pcre-git来进行处理，性能有了极大的提升。在部署了xwaf的nginx单个实例上，qps达到了5000+,响应及状态码、机器性能和xwaf部署前相差不大，cpu及负载甚至还有略微的降低。

主要功能简单说明如下：
web防护：可以拦截简单的xss、sql注入、webshell、cc攻击、ip/ua/referer/cookie的黑白名单等。
防刷限流：对于大量爬取数据，大量IP、大量ua来刷量的情况进行拦截限制，限制抓取的频率、速度等。
报表分析：将各种攻击类型及日志入库elasticsearch进行汇总分析并画图。
日志查询：将拦截的日志入库到elasticsearch，并进行实时查询。

git地址：
https://gitee.com/eeenet/xwaf_admin
https://gitee.com/eeenet/xwaf

二、功能模块

功能模块1
功能模块2
功能模块3
功能模块4

三、架构示意图

架构示意图

四、技术原理

1、waf安全的拦截

首先了解nginx 的请求处理的工作流程：
nginx请求处理过程

结合nginx的工作流程，nginx的lua模块在nginx中划分了如下8个阶段：
lua请求处理过程
waf模块的工作流程如下：
1、在init_by_lua阶段读取原始默认配置，并将配置写入nginx的table和词典。
2、在set_by_lua阶段和rewrite_by_lua没有定义变量和rewrite，此阶段不做处理。
3、在access_by_lua阶段对请求头里的各个参数进行判断，判断范围包括如下几个重要的信息：【url,args,useragent,remoteaddress,x-forward-for,cookies,request_body】。当请求头里的信息是否符合定义的防火墙规则，然后再根据规则是允许还是阻止进行相应的动作。
4、结合公司的业务特色会做如下几个判断并觉得是否排除：【1】针对广告的post请求忽略，【2】针对上传文件忽略，【3】针对静态文件是否进行拦截判断，【4】针对内网请求是否进行拦截判断。
5、如果被拦截则返回403，并返回自定义返回页面。如果放行则请求进入下一阶段或者进入后端处理。

2、防刷限流

1.防刷限流的判断流程也是在access_by_lua阶段进行处理。
2.防刷限流是利用nginx的词典、固定窗口策略，通过分析请求头里的信息并利用词典进行计数统计，达到限定的阀值则返回503。
3.nginx 词典功能类似redis或mc，是一个内存型nosql的数据存储数据库，具备set过期时间的功能，利用该过期时间可以在周期范围内的请求数据量进行判断。
4.支持令牌桶、漏桶策略的防刷限流功能扩展。

3、规则及配置更新

1、xwaf具备在平台设置配置，定义防火墙规则、防刷限流规则，并将规则和接入的应用进行管理。而nginx+lua的客户端则需要从管理平台读取配置及规则过来写入词典和table里才能实现拦截判断。
2、对于每个接入的应用都有一个独立的应用名称。管理平台对每个独立的应用启用一套独立的防火墙配置或规则。然后再提供一个接口供nginx+lua客户端读取配置。
3、nginx+lua客户端利用timer定时器通接口进行判断配置是否更新，有更新则读取配置，没有更新则忽略。
4、nginx+lua客户端读取配置以后，将配置set进词典。
5、有些需要set进table的配置，则利用timer根据版本标签进行判断，如需更新则加载到nginx 各个worker的内存。