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互联网公司WAF系统设计

 

0×01 WAF简介

WAF 全称是Web Application Firewall,  简单讲就是web防火墙, 是对web业务进行防护的一种安全防护手段。其实,现在很多的移动app,也是使用的http协议进行数据交换,也可以理解成web业务,可以对app server进行防护。 

主要的web危害,一般指的是OWASP Top 10,比如SQL注入、XSS、CSRF等常见的web危害方法。当然可能不止这些方法,比如社工。轻则用你的服务器打个ddos,重则数据全部被盗,损失公司的信誉和money。

互联网公司的业务倾向于云平台,云WAF就应运而生,除去考虑硬件WAF的考虑,下面只讲基于互联网公司的需求,打造一款WAF联动系统。

0×02 WAF基本组成

大部分互联网公司的业务,都会使用Nginx做各种各样的工作,负载均衡、A/B测试、Web网关等等的功能;另外,加上openresty(nginx + lua)的开发效率和易用性,提高了程序猿开发nginx功能的效率。现在互联网公司招WAF开发的,一般都会加上nginx lua的要求,可见使用nginx + lua开发WAF,实在是天时地利人和。

现在简单的说一下WAF系统的组成。WAF系统主要是由三部分组成的:执行前端、后端中心系统及数据库。

执行前端是WAF的执行引擎, 主要是根据规则进行过滤。根据规则匹配的结果,执行相应的动作。

后端中心系统主要是生成规则的逻辑,并与执行前端的nginx进行必要的数据交换。

数据库就是存放规则和一些配置及状态的地方,可以根据实际情况,选择关系型数据库或者Nosql。

互联网公司WAF系统设计

其中,可以看到后端中心系统相当于WAF的大脑,会根据不同的域名或者设备hostname的配置生成对应的逻辑。当执行前端拉取配置和规则时, 后端中心会把它对应的内容发给执行前端。这里做成集中式的管理模式,主要是方便统一管理,另外可以监控执行前端的状态,具体的状态数据,可以根据实际的情况进行协商,目前是建议json数据走http协议,方便易用。当然,数据传输的过程最好还是使用对称加密加base64 encode。

0×03 WAF细节考虑

一直比较关注cloudflare的云WAF,基本上WAF规则可以考虑为三类(不考虑长亭科技的sqlchop https://github.com/chaitin/sqlchop ,据说有类似的xss 要开源):: 1️⃣通用的规则,比如sql、xss 规则,拦截恶意爬虫和扫描器等等的非常有效,这种基本上通用的。2️⃣cms规则,就是根据不同的cms,根据相应的漏洞定制的规则,比如php网站,不可能存在java语言的漏洞,具有专一性。3️⃣自定义规则,这就是根据自己的需求,自定义一些规则。根据入侵类型,再细分就会更多了,拦截shell、爬虫等等的,这里只是输了大概。

在github上面,最具参考的lua waf 就属 https://github.com/p0pr0ck5/lua-resty-waf 她了, 其它的并不是说不好,然而只有这个最接近Modsecurity的逻辑, 最突出的有点就是规则的弹性化,最接近Modsecrity的规则。 不过, https://github.com/starjun/openstar 里面的很多防御方法,也是可以借鉴的。


执行前端:   

基于p0pr0ck5 的WAF,二次修改一下,就可以做成上述的执行前端,但是它是有Bug的,生产环境下需要线下流量测试。主要在这个基础上,添加拉取配置和规则的timer就可以了, 有些人说用zookeeper什么的, 另外还有用的http 来进行配置更新通知,zookeeper不建议,当你reload的时候,就可以看见很多nginx 处于shutting down状态,就只zookeeper处于keepalive状态。 使用http访问加共享内存,京东的涛哥是这样做的,也是有些坑,不过timer最简单,每个worker单独维护一个配置,避免了锁的情况。

另外,收集日志最好不要用kafka, 打火焰图的时候,明显cpu时间有点长,用tcp或者http 发送最靠谱。执行前端大概就是这些内容,记得加上xpcall 能把一些小的问题catch到,避免影响请求。

所有的配置是用json传输的,然后转换成 lua的数据格式,使其能正确识别出WAF规则。WAF规则类似如下:

{     "vars": [         {             "parse": {                 "values": 1             },              "type": "REQUEST_ARGS"         }     ],      "pattern": "select[^A-Za-z].*from//W|union//W.*select[^A-Za-z]",      "actions": {         "disrupt": "SCORE",          "nondisrupt": [             {                 "action": "setvar",                  "data": {                     "key": "anomaly_score",                      "col": "TX",                      "value": 8,                      "inc": 1                 }             }         ]     },      "msg": "SQLInject",      "operator": "REGEX",      "id": 10001 }

确保WAF能够识别出这些规则就可以了,严格按照它的格式来,毕竟lua脚本的优势在这里体现的一览无余。


后端中心系统 :  

后端中心系统同样是使用的Openresty(别的我也不会,开个玩笑),设计成类似api网关,还是那句话好管理。根据不同的域名和设备Hostname发送不同的配置。甚至,可以把所有WAF的逻辑放到这里,这是lua支持热加载的功能。这里是如何做你的WAF的关键,主要逻辑还是在这里。

这里是一些基本配置涵盖了:

  1. WAF基本配置,包括了规则拉取服务配置、日志中心配置及更新组件等配置。
    这些基本配置决定了,WAF主要的逻辑处理。
  2. IP列表, 包括了所有黑名单的ip,及对应host或者uri对应的ip,其中,支持配置生效时间。
  3. 规则列表,主要是Web入侵规则配置,包括了default集合及对应host的waf配置。

基本配置主要是配置规则拉取服务配置、日志中心配置及更新组件等配置。这些配置也可以有由服务端动态生成。

conifg =  {                   ip_status = "off",     waf_status = "off",     srvhost="127.0.0.1",     srvport=80,     srvuir="/api/get_waf_data",     loghost="127.0.0.1",     logport=80,     loguri="/api/post_waf_log",     deny_code=201,     delay = 10, }

IP列表, 其中有些是全局封禁,有些是针对某些接口,配置有过期时间的功能。

ip_list =  {               global_ip={{"1.1.1.1", 0}, {"2.2.2.2", 123124}, { "3.3.3.3", 0}}               host = {{"1.1.1.1", 123124214}, { "2.2.2.2", 123412412}}               host1_uri1 ={{"1.1.1.1", 0}, { "2.2.2.2", 123412412}}               host2_uri2 = {{"1.1.1.1", 1231241}, {"2.2.2.2", 0}} },

规则的内容就是上面已经列出的内容了。 其中因为要适合配置的逻辑需要根据根据自己的需求进行修改。


数据库和Web:

数据库规则设计:

CREATE TABLE `waf_rules_info` (   `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,   `ruleid` int(10) NOT NULL COMMENT '规则id',   `patterntype` varchar(32) DEFAULT 'REGEX',   `specific` varchar(255) DEFAULT NULL,   `vartype` varchar(255) DEFAULT NULL,   `patternvalue` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT 'base64 封装',   `action` varchar(32) DEFAULT NULL,   `score` int(10) DEFAULT NULL,   `description` varchar(512) DEFAULT NULL COMMENT 'decrption',   `transforms` varchar(512) DEFAULT NULL COMMENT 'json 结构体',   `negated` int(5) DEFAULT '0',   `ruletype` varchar(32) DEFAULT NULL,   `rulephase` varchar(32) DEFAULT NULL,   PRIMARY KEY (`id`,`ruleid`),   KEY `rule_id` (`ruleid`) ) ENGINE=MyISAM AUTO_INCREMENT=53 DEFAULT CHARSET=utf8;

这个是最主要的,有些属性暂时没有设置。

对于web而言,主要还是配合下发配置,规则方面,我是设置了三层结构:规则->规则组->host。它们只是逻辑上的关系,具体在后面逻辑实现时,会把散列的规则进行分组并根据数据库的逻辑进行组合,生成对唯一host的配置。同理,可以设置不同的分组,达到灰度测试的目的。

互联网公司WAF系统设计

这是具体规则的web设置,规则配置增删改规则,规则分组则是对规则分组的增删改操作,规则应用则是对不同host配置不同的规则分组。 这里说明一下,规则分组是按照XSS、SQLi 、灰度等功能分开的,对于host进行不同的配置。

目前,阿里云有自定义的规则,太单一,远远比不上cloudflare的设计,而且cloudflare更贴近互联网公司的需求,最主要的如何让自定义功能更有弹性,更大限度的支持规则的弹性。

简简单单,就说了个大概, 如果真的对WAF有研究的话,剩余的就比较轻松了,算是抛砖引玉了。

0×04 其它

记得有个作者提到,WAF位置卡位比较好, 现在很多CC和扫描器都是在七层防御的,WAF封禁某些ip和用户还是比较靠谱的,另外很多是cdn过来的请求,只能靠x-forward-for取出来的ip进行封禁,当然它可以伪造,就看数据分析的能力,把真实的ip抓出来。WAF规则p0pr0ck5 提供了一些Modsecurity转译的,可以参考它实现自己的规则。另外,WAF的性能也很重要,章亦春大神的很多讲座ppt有提到的,可以作为参考。章亦春大神已经创业了,它打造的商业openresty就有WAF的支持。

最后,就先写这些吧,有问题的可以私信我,后面会引入大数据分析和安全数据挖掘。第一次发文章,欢迎各位大神轻拍。   

*本文作者:chengfangang,转载请注明来自Freebuf

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