云原生网关如何实现安全防护能力

作者：刘晓瑞(钰诚)

云原生网关：将安全、流量和微服务三合一

作为面向南北向的公网网关，使用 Waf 防护异常流量是很常规的需求，而且随着互联网环境变得越来越复杂，用户对防护的诉求是持续增强的，常规做法是将流量先接入 Waf 安全网关，过滤后再将流量转发给流量网关，最后到达微服务网关，一个典型的多层网关架构如下图所示：

在这个架构中，用 WAF 网关实现安全能力，Ingress 网关实现集群入口网关能力（非 K8s 场景或会部署一层 Nginx），SCG（Spring Cloud Gateway）实现微服务网关能力。这样的架构下，需要对每一层网关都进行容量评估，每一层网关都是潜在的瓶颈点，都可能需要进行扩容。这样造成的资源成本和运维人力成本都是巨大的。并且每多一层网关，就多一层可用性风险。一旦出现可用性问题，多层网关会导致问题定位复杂度显著上升，对应的平均故障恢复时间（MTTR）将大幅增加。

云原生网关提出了将安全、流量、微服务网关三合一的概念，架构如下图所示：

采用云原生网关三合一的架构，可以显著降低成本，并提高系统整体可用性。同时这也符合 DevSecOps 的微服务演进趋势，微服务开发者可以更多地从业务接口视角关注安全性，而不是采用所有路由一刀切的 WAF 防护模式。

云原生网关技术架构演进的过程如下图所示：

技术架构演进的背后是组织架构演进，这也是微服务 DevOps 一直在强调的，要围绕开发者为核心，从而提升微服务开发效率。向 DevSecOps 演进并没有捷径，依然需要开发角色和运维角色之间的双向奔赴，打破传统开发与运维之间的壁垒，形成从开发、部署、安全运营这样一个全功能化的敏捷团队。

云原生网关安全防护实践

云原生网关以 WAF 插件形式提供安全能力，实现了基于 ModSecurity 的规则防护引擎，可以根据用户配置的规则屏蔽可疑请求，并支持 OWASP CRS，为站点提供基础的防护功能。

插件配置说明

插件使用简单，并且支持路由级/域名级细粒度防护，配置字段包括：

名称	数据类型	填写要求	默认值	描述
useCRS	bool	选填	false	是否开启 OWASP CRS，详情可参考 coreruleset [ 1]
secRules	array of string	选填	-	用户自定义的 waf 防护规则，语法规则可参考 ModSecurity 中文手册 [ 2]

配置示例如下：

启用默认配置，进行拦截

useCRS: true

启用默认配置，仅观测，不拦截

useCRS: true
secRules:
  - "SecRuleEngine DetectionOnly"

自定义防护规则

useCRS: true
secRules: 
  - "SecRule REQUEST_URI "@streq /admin" "id:101,phase:1,t:lowercase,deny""
  - "SecRule REQUEST_BODY "@rx maliciouspayload" "id:102,phase:2,t:lowercase,deny""

根据该配置，以下请求将被禁止访问：

curl http://example.com/admin
curl http://example.com -d "maliciouspayload"

对特定路由或域名开启

useCRS: true
secRules: 
  - "SecRule REQUEST_URI "@streq /admin" "id:101,phase:1,t:lowercase,deny""
  - "SecRule REQUEST_BODY "@rx maliciouspayload" "id:102,phase:2,t:lowercase,deny""
_rules_:
- _match_route_:
    - "route-1"
  secRules:
    - "SecAction "id:102,phase:1,deny""
- _match_domain_:
    - "*.example.com"
    - test.com
  secRules:
    - "SecAction "id:102,phase:1,pass""

此例 match_route 中指定的 route-1 即在创建网关路由时填写的路由名称，当匹配到这两个路由时，将使用此段配置；此例 match_domain 中指定的 *.example.com 和 test.com 用于匹配请求的域名，当发现域名匹配时，将使用此段配置；配置的匹配生效顺序，将按照 rules 下规则的排列顺序，匹配第一个规则后生效对应配置，后续规则将被忽略。

开启插件

选择一个网关实例，点击插件市场，搜索 waf，点击进入插件配置界面：

在控制台填写 WAF 防护规则，启动 WAF 插件：

可以在插件日志一栏查看插件产生的日志（下图为 shell 注入攻击时 WAF 插件产生的日志）：

攻防示例

向网关发送简单的 web 攻击请求，示例如下：

shell 注入攻防示例

sql 注入攻防示例

远程文件包含（RFI）攻防示例

xss 攻防示例

php 注入攻防示例

整体防护能力评估

GoTestWAF [ 3] 是一款 API 和 OWASP 攻击模拟工具，支持包括 REST、GraphQL、gRPC、WebSockets、SOAP、XMLRPC 等多种 API 协议，旨在评估 Web 应用安全解决方案，如 API 安全代理、Web 应用防火墙（WAF）、IPS、API 网关等。该工具使用放置在 HTTP 请求不同部分的编码有效负载生成恶意请求：其正文、标头、URL 参数等，涵盖了常见的各种攻击类型，多种攻击测试结果如下图所示，测试结果表明 WAF 插件能够有效检测各种攻击类型的非法请求。

GoTestWAF 提供了基于 ModSecurity 的四个 benchmark，benchmark 中 paranoia 表示防护等级，数值越大，防护等级越高，overall score 得分越高。WAF 插件的 overall score 为 74.1，超过了防护等级最高的 benchmark，表明插件具有较好的防护能力。