中、小企业如何自建免费的云WAF

注：本文为“小米安全中心”原创，作者： netxfly ,转载请联系“小米安全中心”

上期回顾：技术分享|利用恶意软件检测服务向服务提供商植入恶意软件（二）

概述

WEB攻击是十几年来黑客攻击的主流技术，国内的大厂们早已把WAF作为安全基础设施的标配，市面上也有很多安全厂商提供了WAF产品或云WAF服务。

对于没有自己安全团队，却又饱受sql注入、xss、cc等WEB攻击的中、小企业，对WAF的需求也是非常迫切的。

目前获取WAF的途径有以下几种：

1. 购买安全厂商的WAF产品
2. 使用云waf服务，将自己域名的DNS服务器设为云waf厂商提供的，或者将需要接入云waf的域名cname过去
3. 或者从网上找一些免费或开源的waf使用
4. 自制WAF

对于收入不错的公司使用收费的产品或服务无可厚非，但是有些公司会因预算、数据私密性（云waf可以捕获所有流量的请求和响应的内容）等原因，不打算使用收费的产品或服务。

这种情况下只能使用免费的waf了，或者按业务需求自制一款适合自己的云WAF。

笔者会通过本文详细阐述如何用一周的时间自制一款简单易用的云WAF，以下为已经完成的云WAF的文档及github地址：

1. 项目站点：https://waf.xsec.io/
2. Github地址：https://github.com/xsec-lab

云WAF架构设计

物理架构

根据业务场景或需求的不同，WAF也有不同的架构，比如：

1. 以模块的形式集成到本地WEB容器中，如mod_security、Naxsi
2. 反向代理模式
3. 硬件产品WAF
4. Agent+检测云模式

本文实现的云WAF采用了反向代理模式的架构

1. waf可以部署一台或者多台服务器中，如果业务规模较大，一台waf的性能已经无法满足业务需求，可以在waf前面使用LVS、haproxy、nginx等搭建负载均衡，通过VIP将前端的请求分发到后端的waf中
2. 后端的app server为提供正常业务的web server，用户的请求会先经过waf进行过滤，如果是恶意的攻击请求，则会在waf层面阻断，如果是正常的请求才会转发到后端服务器

逻辑架构

x-waf由x-waf本身以及web管理后台x-waf-admin组成，其中：

1. x-waf基于openresty + lua开发
2. waf管理后台：采用golang + xorm + macrom开发的，支持二进制的形式部署

x-waf的实现

笔者呆过的2家公司都自主研发过云waf，架构一开始就设计成了适合大规模业务系统的，安装、部署、运维都比较复杂，不方便小企业快速部署，所以在参考了github中现有的开源的几款waf后，重新设计了一款轻量级的。

x-waf的执行流程

openresty默认不会执行lua脚本，需要在nginx.conf中进行配置，如下所示：

# 指定lua文件的查找路径
lua_package_path "/usr/local/openresty/nginx/conf/x-waf/?.lua;/usr/local/lib/lua/?.lua;;";
# 定义2个lua shared dict变量分别为limit和badGuys，分配的内存大小为100M
lua_shared_dict limit 100m;
lua_shared_dict badGuys 100m;
# 开启lua代码缓存功能
lua_code_cache on;
# 让nginx在init阶段执行init.lua文件中的lua代码
init_by_lua_file /usr/local/openresty/nginx/conf/x-waf/init.lua;
# 让nginx在每个http请求的access阶段执行access.lua文件中的lua代码
access_by_lua_file /usr/local/openresty/nginx/conf/x-waf/access.lua;

openresty在init阶段会根据配置文件指定的位置导入json格式的规则到全局的lua table中，不同的规则放在不同的table中，以加快正则匹配的速度

waf = require("waf") waf_rules = waf.load_rules()

waf.load_rules会根据配置文件中指定的路径加载读取所有json格式的规则，并加载到不同的table中，然后封装一个get_rule的函数，方便在每个http进来时可以直接从lua table中获取对应类型的规则：

local _M = {
RULES = {}
}

function _M.load_rules()
_M.RULES = util.get_rules(config.config_rule_dir)
return _M.RULES
end

function _M.get_rule(rule_file_name)
ngx.log(ngx.DEBUG, rule_file_name)
return _M.RULES[rule_file_name]
end

util.get_rules会将指定文件中的规则按规则名保存到lua table中供waf.get_rule函数在需要的时候获取规则：

function _M.get_rules(rules_path)
local rule_files = _M.get_rule_files(rules_path)
if rule_files == {} then
return nil
end

for rule_name, rule_file in pairs(rule_files) do
local t_rule = {}
local file_rule_name = io.open(rule_file)
local json_rules = file_rule_name:read("*a")
file_rule_name:close()
local table_rules = cjson.decode(json_rules)
if table_rules ~= nil then
for _, table_name in pairs(table_rules) do
table.insert(t_rule, table_name["RuleItem"])
end
end
_M.RULE_TABLE[rule_name] = t_rule
end
return(_M.RULE_TABLE)
end

每个请求进来时，waf会按ip白名单、ip黑名单、user_agent、是否cc攻击、url白名单、url黑名单、是否cc攻击、cookies、get和post参数的顺序进行过滤，如果匹配到其中任一种就会进行相应的处理（输出提示或跳转后），之后就不会继续判断是否为其他类型的攻击了。

function _M.check()
if _M.white_ip_check() then
elseif _M.black_ip_check() then
elseif _M.user_agent_attack_check() then
elseif _M.white_url_check() then
elseif _M.url_attack_check() then
elseif _M.cc_attack_check() then
elseif _M.cookie_attack_check() then
elseif _M.url_args_attack_check() then
elseif _M.post_attack_check() then
else
return
end

end

对每个请求的每种参数类型的判断都是先获取到参数内容，然后再循环与该类参数的正则规则进行匹配，如果匹配到则认为是攻击请求，以下为对post参数进行过滤的函数：

-- deny post
function _M.post_attack_check()
if config.config_post_check == "on" then
ngx.req.read_body()
local POST_RULES = _M.get_rule('post.rule')
for _, rule in pairs(POST_RULES) do
local POST_ARGS = ngx.req.get_post_args() or {}
for _, v in pairs(POST_ARGS) do
local post_data = ""
if type(v) == "table" then
post_data = table.concat(v, ", ")
else
post_data = v
end
if rule ~= "" and rulematch(post_data, rule, "jo") then
util.log_record('Deny_USER_POST_DATA', post_data, "-", rule)
if config.config_waf_enable == "on" then
util.waf_output()
return true
end
end
end
end
end
return false
end

waf管理后台x-waf-admin的实现

waf的规则是以json格式的字符串，人工维护起来容量出错，另外云waf会有多台waf同时工作，如果人工做waf的后端主机的管理、规则同步与主机配置的同步等这些运维工作的话，非常容易出错或者疏漏，所以有必要提供一个自动化管理、同步配置的管理后台。

waf管理后台的功能需求

• 方便部署，启动前只需做简单的配置即可，第一次启动时，x-waf-admin会在mysql中生成默认管理员以及默认的waf规则；
• 用户管理，支持管理员账户的增、改、删；
• waf规则管理，支持waf规则的增、改、删除以及策略同步到所有waf服务器的功能；
• 后端站点管理，支持接入waf的站点的增、改、删除，以及单独同步或全部同步接入的后端站点的功能。

程序结构

为了方便部署，x-waf-admin没有采用python、php等需要搭建运行环境或依赖第3方包的语言，而是用可以直接编译为可执行文件的go语言写的，具体的技术栈为go语言 + macron + xorm。

项目结构如下：

hartnett at hartnett-notebook in /data/code/golang/src/xsec-waf/x-waf-admin (master●)
$ tree -L 2
├── conf
│ └── app.ini
├── models
│ ├── models.go
│ ├── rules.go
│ ├── site.go
│ └── user.go
├── modules
│ └── util
├── public
│ ├── css
├── README.md
├── routers
│ ├── admin.go
│ ├── index.go
│ ├── rules.go
│ ├── site.go
│ └── user.go
├── server
├── server.go
├── setting
│ └── setting.go
└── templates

• conf为配置文件目录
• models目录下为orm文件
• modules为功能模块组件
• public和templates分别为静态资源及模板文件所在的目录
• routers目录下的为各路由文件
• setting目录下为配置文件处理的文件
• server.go为程序入口

规则管理功能的实现

用户管理、后端站点管理与规则管理功能的实现大同小异，都是类似flask、martini、tornado、django等MTV WEB框架的应用，为了减少篇幅，本文只写后端站点管理功能如何实现，完整的代码请参见github。

后端站点管理的ORM实现

先用xorm定义site的struct，然后再提供增、改、删、查看等方法，这些方法会被routers模块中的site文件调用：

// 因篇幅太长，省略部分代码，详细代码请查看github

// debuglevel: debug, info, notice, warn, error, crit, alert, emerg
// ssl: on, off
type Site struct {
Id int64
SiteName string `xorm:"unique"`
Port int
BackendAddr []string
Ssl string `xorm:"varchar(10) notnull default 'off'"`
DebugLevel string `xorm:"varchar(10) notnull default 'error'"`
LastChange time.Time `xorm:"updated"`
Version int `xorm:"version"` // 乐观锁
}

func ListSite() (sites []Site, err error) {
sites = make([]Site, 0)
err = Engine.Find(&sites)
log.Println(err, sites)
return sites, err
}

func NewSite(siteName string, Port int, BackendAddr []string, SSL string, DebugLevel string) (err error) {
if SSL == "" {
SSL = "off"
}
if DebugLevel == "" {
DebugLevel = "error"
}

_, err = Engine.Insert(&Site{SiteName: siteName, Port: Port, BackendAddr: BackendAddr, Ssl: SSL, DebugLevel: DebugLevel})
return err
}

后端站点管理的路由实现

首先import相应的包，然后分别编写以下处理器：

1. 增加站点的get与post请求的处理器（NewSite、DoNewSite）
2. 修改站点的get与post请求的处理器（EditSite、DoEditSite）
3. 根据ID删除站点的get处理器（DelSite）
4. 同步站点配置的处理器（SyncSite）
5. 同步站点配置的API的处理器以及根据ID同步站点配置的API的处理器（SyncSiteApi、SyncSiteById）

// 因篇幅太长，省略部分代码，详细代码请查看github

func NewSite(ctx *macaron.Context, sess session.Store, x csrf.CSRF) {    if sess.Get("uid") != "" {        ctx.Data["csrf_token"] = x.GetToken()        ctx.HTML(200, "newSite")    } else {        ctx.Redirect("/login/")    } }

func DoNewSite(ctx *macaron.Context, sess session.Store) {
if sess.Get("uid") != nil {
log.Println(sess.Get("uid"))        siteName := ctx.Req.Form.Get("sitename")        port := ctx.Req.Form.Get("port")        Port, _ := strconv.Atoi(port)        backaddr := ctx.Req.Form.Get("backendaddr")        backendaddr := strings.Split(backaddr, "\r\n")        BackendAddr := make([]string, 0)
for _, v := range backendaddr {
if v == "" {
continue            }            v = strings.TrimSpace(v)            BackendAddr = append(BackendAddr, v)        }        ssl := ctx.Req.Form.Get("ssl")        debugLevel := ctx.Req.Form.Get("debuglevel")
log.Println(siteName, BackendAddr, ssl, debugLevel)        models.NewSite(siteName, Port, BackendAddr, ssl, debugLevel)        ctx.Redirect("/admin/site/list/")    } else {        ctx.Redirect("/login/")    } }

model的初始化

大家一定注意到了，虽然用了mysql，但是没有要求在使用前手工去导入建表或插入初始化值的sql脚本，这是为神马呢？

因为我们使用了ORM，ORM会帮我们自动完成上面所说的操作，如下代码所示：

/ 因篇幅太长，省略部分代码，详细代码请查看github

func NewSite(ctx *macaron.Context, sess session.Store, x csrf.CSRF) { if sess.Get("uid") != "" {
ctx.Data["csrf_token"] = x.GetToken()
ctx.HTML(200, "newSite")
} else {
ctx.Redirect("/login/")
}
}

func DoNewSite(ctx *macaron.Context, sess session.Store) {
if sess.Get("uid") != nil {
log.Println(sess.Get("uid"))
siteName := ctx.Req.Form.Get("sitename")
port := ctx.Req.Form.Get("port")
Port, _ := strconv.Atoi(port)
backaddr := ctx.Req.Form.Get("backendaddr")
backendaddr := strings.Split(backaddr, "\r\n")
BackendAddr := make([]string, 0)
for _, v := range backendaddr {
if v == "" {
continue
}
v = strings.TrimSpace(v)
BackendAddr = append(BackendAddr, v)
}

ssl := ctx.Req.Form.Get("ssl")
debugLevel := ctx.Req.Form.Get("debuglevel")
log.Println(siteName, BackendAddr, ssl, debugLevel)
models.NewSite(siteName, Port, BackendAddr, ssl, debugLevel)
ctx.Redirect("/admin/site/list/")
} else {
ctx.Redirect("/login/")
}
}

配置路由

当ORM、路由处理相关的代码写完后就可以在程序入口中配置路由了，将URL与路由处理的控制器对应起来，如下所示：

// 因篇幅太长，省略部分代码，详细代码请查看github

m.Group("/admin", func() {
m.Get("/index/", routers.Admin)

m.Group("/site/", func() {
m.Get("", routers.Admin)
m.Get("/list/", routers.Admin)
m.Get("/new/", routers.NewSite)
m.Post("/new/", csrf.Validate, routers.DoNewSite)
m.Get("/edit/:id", routers.EditSite)
m.Post("/edit/:id", csrf.Validate, routers.DoEditSite)
m.Get("/del/:id", routers.DelSite)
m.Get("/sync/", routers.SyncSite)
m.Get("/sync/:id", routers.SyncSiteById)
m.Get("/json/", routers.SiteJSON)
})    })
m.Group("/api", func() {
m.Get("/site/sync/", routers.SyncSiteApi)
m.Get("/rule/sync/", routers.SyncRuleApi)    })

log.Printf("xsec waf admin %s", setting.AppVer)
log.Printf("Run mode %s", strings.Title(macaron.Env))
log.Printf("Server is running on %s", fmt.Sprintf("0.0.0.0:%v", setting.HTTPPort))
log.Println(http.ListenAndServe(fmt.Sprintf("0.0.0.0:%v", setting.HTTPPort), m))

参考资料

1. https://github.com/unixhot/waf
2. https://go-macaron.com/
3. http://gobook.io/read/github.com/go-xorm/manual-zh-CN/

从前有座山，山里有个庙，庙里有个灰帽子小明同学，他有次通过一些不可描述的手段，得到了某个网站的反弹Shell，虽是root权限，但利用方法不稳定。

此时小明发现服务器的内网网卡上跑着一个有root权限的redis，但加了密码，只见小明虎躯一震，顿时有了思路：留个webshell，以后通过webshell来执行redis反弹shell的exp。

但当他看完nginx的配置后又菊花一紧，因为这个站点只跑了lua的web应用：

# 省略部分配置内容

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    lua_package_path "/data0/www/a.b.com/?.lua/?.lua;/usr/local/lib/lua/?.lua;;";
    lua_code_cache off;
    init_by_lua_file /data0/www/a.b.com/init.lua;
    sendfile        on;
    keepalive_timeout  65;
    server {
        listen       80;
        server_name  a.b.com;
        location /api/ {
            content_by_lua_file /data0/www/a.b.com/web.lua;
            }
        }
}

请听题

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树上7只猴，地上1只猴，小明如何留一个lua的webshell，请大家贴一下思路及代码。

参与方式：点击下方“写留言”，写出你想到的思路及代码

参与时间：截止至8月21日18：00（要注意参与时间哦~）

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【注：本文为“小米安全中心”原创  作者： netxfly  安全脉搏整理发布】

本文作者：小米SRC

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