零、前言
1.CC攻击简述
CC攻击(Challenge Collapsar)是常见网站应用层攻击的一种，目的是消耗服务器资源，降低业务响应效率；极端情况会让站点无法正常提供服务；
2.本文要点
旨在描述，通过ngx_lua模块开发并集成基于令牌桶算法的简易IP限速功能，实现CC攻击的防护；
3.本文面向的人群
有一定的运维、开发基础的人群；
一、服务部署
0.环境
a.系统
CentOS Linux release 7.5.1804 (Core)；
b.资源存放目录
mkdir /root/ngx_lua
c.要求
各种编译安装相关依赖和报错请google解决；
d.NGX_LUA官文
https://github.com/openresty/lua-nginx-module#installation
e.准备
cd /root/ngx_lua
1.Lua
wget http://www.lua.org/ftp/lua-5.3.4.tar.gz
tar zxf lua-5.3.4.tar.gz
cd lua-5.3.4
make linux test
cd ..
2.LuaJIT 2.1
wget http://luajit.org/download/LuaJIT-2.1.0-beta3.tar.gz
tar zxvf LuaJIT-2.1.0-beta3.tar.gz
cd LuaJIT-2.1.0-beta3
#指定安装目录
make PREFIX=/usr/local/luajit2
make install PREFIX=/usr/local/luajit2
cd ..
3.NDK
wget https://github.com/simplresty/ngx_devel_kit/archive/v0.3.1rc1.tar.gz
tar zxvf v0.3.1rc1.tar.gz
4.LUA_NGX
wget https://github.com/openresty/lua-nginx-module/archive/v0.10.13.tar.gz
tar zxvf v0.10.13.tar.gz
5.LUA_RESTY_REDIS
wget -O "lua-resty-redis-master.zip" https://codeload.github.com/openresty/lua-resty-redis/zip/master
unzip lua-resty-redis-master.zip
cd lua-resty-redis-master
make install PREFIX=/usr/local/lua-redis
cd ..
5.REDIS
wget http://download.redis.io/releases/redis-4.0.9.tar.gz
tar zxvf redis-4.0.9.tar.gz
cd redis-4.0.9
#复制配置文件模板
cp redis.conf /etc/
#编译安装
make PREFIX=/usr/local/redis
make install PREFIX=/usr/local/redis
#尝试运行，可以考虑打包为后台服务或托管给supervisor，本文略；
cd /usr/local/redis/bin
./redis-server /etc/redis.conf
6.Nginx
#添加NGINX 用户
useradd -s /sbin/nologin www
#下载、解压并进入目录
wget http://nginx.org/download/nginx-1.13.12.tar.gz
tar zxvf nginx-1.13.12.tar.gz
cd nginx-1.13.12
# 增加环境变量
export LUAJIT_LIB=/usr/local/luajit2/lib
export LUAJIT_INC=/usr/local/luajit2/include/luajit-2.1
# 编译安装
./configure --user=www --group=www --prefix=/usr/local/nginx --with-http_stub_status_module --with-http_gzip_static_module --with-http_sub_module --with-ld-opt="-Wl,-rpath,/usr/local/luajit2/lib" --add-dynamic-module=/root/ngx_lua/ngx_devel_kit-0.3.1rc1 --add-dynamic-module=/root/ngx_lua/lua-nginx-module-0.10.13
make && make test
# 编辑主配置文件使其支持NGX_LUA
vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
# 指定为其创建的用户
user www www;
# 指定进程数及将进程绑定至CPU核心；
worker_processes auto;
worker_cpu_affinity auto;
pid logs/nginx.pid;
# 打开文件数
worker_rlimit_nofile 65535;
# 此处加载LUA相关模块
load_module modules/ndk_http_module.so;
load_module modules/ngx_http_lua_module.so;
events {
use epoll;
worker_connections 65535;
accept_mutex off;
multi_accept on;
}
http {
include mime.types;
default_type application/octet-stream;
server_names_hash_bucket_size 128;
client_header_buffer_size 64k;
large_client_header_buffers 4 32k;
client_max_body_size 512m;
# lua redis 依赖包
lua_package_path "/usr/local/lua-redis/lib/lua/?.lua;;";
sendfile on;
keepalive_timeout 60;
server_tokens off;
log_format access '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
'$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
'"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
include conf.d/*.conf;
}
:wq
nginx -t && nginx
二、开发LUA响应体及建立VHOST
1.建立lua脚本存放目录
mkdir /usr/local/nginx/conf/lua
2.开发用于响应内容的lua脚本
vim /usr/local/nginx/conf/lua/content.lua
--获取请求的HEADER
local headers = ngx.req.get_headers()
--依次通过x_real_ip，x_forwarded_for，remote_addr获取客户端IP
local clientip = headers["X-Real-IP"]
if clientip == nil then
clientip = headers["x_forwarded_for"]
end
if clientip == nil then
clientip = ngx.var.remote_addr
end
--指定响应内容
ngx.say("Your Ip Adress is ",clientip,", WelCome!")
:wq
3.搭建用于测试的VHOST
a.新建配置文件
vim /usr/local/nginx/conf/conf.d/luatest.conf
server
{
#指定监听端口及主机名
listen 80;
server_name www.knownsec.com;
#建立测试地址
location /lua_test
{
# 指定响应的默认MIME类型
default_type "text/html";
# 通过lua响应内容
content_by_lua_file conf/lua/index.lua;
}
error_log /home/log/ngx/error.log;
access_log /home/log/ngx/access access;
}
:wq
b.测试并重载配置
nginx -t
nginx -s reload
4.测试访问
curl --resolve www.knownsec.com:80:192.168.0.196 http://www.knownsec.com/lua_test
Your Ip Adress is 192.168.0.196, WelCome!
四、IP限速实现原理
1.请求处理过程
a.NGINX的请求处理过程一共划分为11个阶段，分别是：post-read、server-rewrite、find-config、rewrite、post-rewrite、 preaccess、access、post-access、try-files、content、log.（参考：https://github.com/nginx/nginx/blob/master/src/http/ngx_http_core_module.h）
b.在nginx官方文档(参考：https://www.nginx.com/resources/wiki/modules/lua/)中，可处理阶段均有相应的lua指令；就本文的目的而言，访问限速控制处于access阶段，所以需要使用的指令为access_by_lua；
c.为了方便调试和管理，可以使用access_by_lua_file指令直接加载指定路径下的lua文件来对access过程进行处理；
2.基于令牌桶算法的逻辑
a.令牌桶算法可控制请求的数量，并允许突发大量请求的情况。
b.当用户请求Nginx时，判断该location是否需要限制流量；
c.若需要，则检查当前IP是否已有令牌桶，若无则使用setex往redis中放入令牌桶，并指定的令牌数量及“桶”过期时间；设定单位时间内允许访问次数，比如1分钟允许10次，则令牌数量为9(当前请求算作首次消耗)，过期时间60s
d.若已有令牌桶，并且令牌数量大于0，则使用decr使其值减1(消耗令牌)并放行；
e.若令牌数量为0，则拦截；
3.代码实现
vim /usr/local/lua-redis/lib/lua/LimitRate.lua
--加载REDIS模块
local r_md = require "resty.redis"
--获取当前请求的HEADER
local headers = ngx.req.get_headers()
--指定REDIS的地址和端口
local redis_ip = "127.0.0.1"
local redis_port = "9600"
--建立redis实例
local redis = r_md:new()
--指定单位时间
local qtrange = 60
--允许访问的次数
local qcount = 10
--尝试根据HTTP头遂级获取IP
local clientip = headers["X-Real-IP"]
if clientip == nil then
clientip = headers["x_forwarded_for"]
end
if clientip == nil then
clientip = ngx.var.remote_addr
end
--释放redis连接的函数
local function redis_close(red)
--释放连接，使用set_keepalive指令将当前连接放入当前进程的连接池中待用，需要指定连接池的大小及其中各个连接的空闲超时时间；
local pool_max_idle_time = 10000 --毫秒
local pool_size = 100 --连接池大小
local ok, err = red:set_keepalive(pool_max_idle_time, pool_size)
if not ok then
ngx_log(ngx_ERR, "set redis keepalive error : ", err)
end
end
--指定所有REDIS操作的超时时间，其中包含了连接超时
redis:set_timeout(1000)
建立连接，若异常则释放连接；
local ok, wrong = redis:connect(redis_ip,redis_port)
if not ok then
redis_close(redis)
end
--建立限速类
LimitIpRate = {}
--限速方法，令牌桶限速逻辑实现
function LimitIpRate:is_limited()
--尝试获取当前IP的令牌桶，令牌桶命名为“x.x.x.x|pool”
local res, err = redis:get(clientip.."|pool")
if not res then
ngx.log(ngx.ERR,"lua error: ",err)
end
--如果res不为空并且类型为string，则代表获取到了对应的令牌桶
if type(res) == "string" then
--可用令牌数量为0则拦截
if tonumber(res) == 0 then
ngx.exit(ngx.HTTP_FORBIDDEN)
--反之放行并让令牌数量减少1
else
add,err = redis:decr(clientip.."|pool")
if not add then
ngx.log(ngx.ERR,"lua error: ",err)
end
end
--如果res不为空并且类型为userdata，则代表redis中没有对应令牌桶
elseif type(res) == "userdata" then
--往redis中放入指定名称、过期时间、值的键值对
ini, err = redis:setex(clientip.."|pool", qtrange, (qcount-1))
if not ini then
ngx.log(ngx.ERR,"lua error: ",err)
end
end
end
--调用限速方法
LimitIpRate.is_limited()
:wq
4.将LimitRate.lua集成进NGINX配置文件
a.编辑配置文件，加入指令
vim /usr/local/nginx/conf/conf.d/luatest.conf
server
{
#指定监听端口及主机名
listen 80;
server_name www.knownsec.com;
#建立测试地址
location /lua_test
{
# 指定响应的默认MIME类型
default_type "text/html";
# 通过lua对access进行过滤
access_by_lua_file "conf/lua/LimitRate.lua";
# 通过lua返回响应内容
content_by_lua_file conf/lua/index.lua;
}
error_log /home/log/ngx/error.log;
access_log /home/log/ngx/access access;
}
:wq
b.测试并重载配置
nginx -t
nginx -s reload
5.限速测试
for i in {1..12}; do curl -s --resolve www.knownsec.com:80:192.168.0.196 http://www.knownsec.com/lua_test -o /dev/null -w %{http_code};echo ;done
200
200
200
200
200
200
200
200
200
200
403
403五、总结
a.在需要的location使用ngx_lua指定加载LimitRate.lua，并指定单位时间和单位时间中允许的请求次数；则可实现对该location请求的IP限速；
b.截止目前，仅是简单地描述了如何实现IP限速控制，还需要结合更多的业务环境来开发不同的需求，才能逐渐构建相对成熟的CC防护体系；
c.攻防之根本即为攻防双方对成本的投入；
d.若需成熟解决方案，可选择抗D保——攻击打不死，专接防不住；
