我是如何通过Nginx日志实时封禁风险IP的

实时采集并分析Nginx日志, 自动化封禁风险IP方案

文章地址: https://blog.piaoruiqing.com/2019/11/17/block-ip-by-analyzing-nginx-logs/

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前言

本文分享了自动化采集、分析Nginx日志并实时封禁风险IP的方案及实践.

阅读这篇文章你能收获到:

  • 日志采集方案.
  • 风险IP评估的简单方案.
  • IP封禁策略及方案.

阅读本文你需要:

  • 熟悉编程.
  • 熟悉常用Linux命令.
  • 了解Docker.

背景

分析nginx访问日志时, 看到大量404的无效请求, URL都是随机的一些敏感词. 而且近期这些请求越来越频繁, 手动批量封禁了一些IP后, 很快就有新的IP进来.

因此萌生了通过自动化分析Nginx日志实时封禁IP的想法.

nginx-404-accesslog

需求

序号 需求 备注
1 Nginx日志收集 方案有很多, 笔者选择了最适合个人服务器的方案: filebeat+redis
2 日志实时分析 实时消费redis的日志, 解析出需要的数据进行分析
3 IP风险评估 对IP进行风险评估, 多个维度: 访问次数、IP归属、用途等
4 实时封禁 针对风险IP进行不同时长的封禁

分析

从日志中简单总结几个特征:

序号 特征 描述 备注
1 访问频繁 每秒数次甚至数十次 正常的流量行为也存在突发流量, 但不会持续很久
2 持续请求 持续时间久 同上
3 多数404 请求的URL可能大多数都不存在, 且存在敏感词汇如admin、login、phpMyAdmin、backup等 正常流量行为很少存在这种情况
4 IP不正常 通过ASN能看出一些端倪, 一般这类请求的IP都不是普通的个人用户. 查询其用途一般是COM(商业)、DCH(数据中心/网络托管/传输)、SES(搜索引擎蜘蛛)等

备注: 这里分析IP是通过ip2location的免费版数据库, 后面会有详细的描述.

方案

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sequenceDiagram
    participant Nginx
    participant Filebeat
    participant Redis
    participant Monitor
    participant Actuator
    Nginx ->> Filebeat: accessLog(File)
    Filebeat ->> Redis: accessLog(JSON)
    loop Always
    Redis ->> Monitor: accessLog(JSON)
    activate Monitor
    Monitor ->> Monitor: Analysis
    Monitor ->> Monitor: Risk assessment
    Monitor ->> Actuator: Banned
    Monitor ->> Monitor: Storing
    end
    deactivate Monitor

日志采集

来源: 笔者的网站通过docker部署, Nginx作为唯一入口, 记录了全部访问日志.

采集: 由于资源有限, 笔者选择了一款轻量的日志采集工具Filebeat, 收集Nginx日志并写入Redis.

风险评估

Monitor服务根据URL、IP、历史评分等进行风险评估, 计算出最终的危险系数.

IP封禁

Monitor发现危险IP后(危险系数超过阈值), 调用Actuator进行IP封禁, 封禁时长根据危险系数计算得出.

实施

日志采集

Filebeat的用法很简单, 笔者通过swarm进行部署, 其部署文件如下(为防止代码过长, 此处略去了其他服务): 

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version: '3.5'
##################################################
services:
  filebeat:
    image: docker.elastic.co/beats/filebeat:7.4.2
    deploy:
      resources:
        limits:
          memory: 64M
      restart_policy:
        condition: on-failure
    volumes:
    - $PWD/filebeat/filebeat.yml:/usr/share/filebeat/filebeat.yml:ro
    - $PWD/filebeat/data:/usr/share/filebeat/data:rw
    - $PWD/nginx/logs:/logs/nginx:ro
    environment:
      TZ: Asia/Shanghai
    depends_on:
    - nginx
  • image: 指定镜像和版本.
  • deploy.resources.limits.memory: 限制内存.
  • $PWD/filebeat/filebeat.yml:/usr/share/filebeat/filebeat.yml:ro: filebeat.yml是配置文件, 其中描述了日志来源和去处. $PWD为当前目录, 即执行docker stack deploy的目录. ro为只读权限.
  • $PWD/filebeat/data:/usr/share/filebeat/data:rw: 需要持久化data目录, 这样删除docker重新部署也会记录上一次读取日志的位置.rw为读写权限.
  • $PWD/nginx/logs:/logs/nginx:ro: 将Nginx日志目录映射到Filebeat.
  • environment.TZ: 时区

filebeat.yml文件内容如下: 

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filebeat.inputs:
- type: log
  enabled: true
  paths:
    - /logs/nginx/access.log
  json.keys_under_root: true
  json.overwrite_keys: true

output.redis:
  hosts: ["redis-server"]
  password: "{your redis password}"
  key: "filebeat:nginx:accesslog"
  db: 0
  timeout: 5

  • filebeat.inputs: 定义输入

  • paths: 日志路径

  • json.keys_under_root: 将日志内容放到json的根节点(如果没有设置, 整条数据会被放到一个二级节点下). 注: 笔者将nginx日志配置为json格式. 参考配置如下: 

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    log_format  main_json  escape=json
      '{'
          '"@timestamp":"$time_iso8601",'
          '"http_host":"$http_host",'
          '"remote_addr":"$remote_addr",'
          '"request_uri":"$request_uri",'
          '"request_method":"$request_method",'
          '"server_protocol":"$server_protocol",'
          '"status":$status,'
          '"request_time":"$request_time",'
          '"body_bytes_sent":$body_bytes_sent,'
          '"http_referer":"$http_referer",'
          '"http_user_agent":"$http_user_agent",'
          '"http_x_forwarded_for":"$http_x_forwarded_for"'
      '}';

  • json.overwrite_keys: 覆盖Filebeat生成的KEY, 此处为了覆盖@timestamp字段.

  • output.redis: 定义输出.

部署成功后查看redis数据:

accesslog-in-redis

风险评估

Monitor服务使用Java编写, 使用docker部署, 与Actuator服务通过http交互.

风险评估需要综合多个维度:

序号 维度 策略
1 IP归属地 中文网站的用户群体一般归属地都在中国, 若IP归属地为国外就需要警惕了.
2 用途 通过IP获取其用途, DCH(数据中心/网络托管/传输)、SES(搜索引擎蜘蛛)等提高危险评分.
3 访问资源 访问资源不存在且路径中含有敏感词, 如admin、login、phpMyAdmin、backup等, 提高危险评分.
4 访问频率及持续时间 频繁且持久的请求, 考虑提高评分.
5 历史评分 历史评分综合到当前评分中.

获取IP归属地

IP归属地获取比较容易, 有不少数据服务网站提供了免费套餐, 如IpInfo等. 也有免费版IP数据库可以下载如ip2location等.

笔者使用了ip2location的免费版数据库:

ip2location

ip_from和ip_to是IP段起止, 存储的格式是十进制, MySQL中可通过inet_aton('your ip')函数将IP转为十进制. 如: 

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set @a:= inet_aton('172.217.6.78');
SELECT * FROM ip2location_db11 WHERE ip_from <= @a AND ip_to >= @a LIMIT 1;
ip_from ip_to country_code country_name region_name city_name latitude longitude zip_code time_zone
2899902464 2899910655 US United States California Mountain View 37.405992 -122.07852 94043 -07:00
  • 数据量很大, 建议带上LIMIT 1.

获取AS、ASN及用途

多数网站提供的免费服务中都无法查询ASN或没有其用途. ASN数据也有免费的数据库, 但是依旧没有其用途及类型等. 此时笔者通过其它的方法曲线救国.

ip2location提供了免费版本的IP2Location™LITE IP-ASN和IP2Proxy™LITE数据库.

IP2Location™LITE IP-ASN: 数据库提供了确定自治系统和编号(ASN)的参考.

IP2Proxy™LITE: 数据库包含被用作开放代理的IP地址. 该数据库包括所有公共IPv4和IPv6地址的代理类型、国家、地区、城市、ISP、域、使用类型、ASN和最新记录.

IP2Location™LITE IP-ASN中无法查询到IP的使用类型, IP2Proxy™LITE数据较少中不一定会包含指定的IP. 但可以结合这两个库, 大致猜测IP的用途:

  1. 首先, 在IP2Proxy™LITE中查询出IP的ASN.

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    set @a:= inet_aton('172.217.6.78');
    SELECT * FROM ip2location_asn WHERE ip_from <= @a AND ip_to >= @a LIMIT 1;
    ip_from ip_to cidr asn as
    2899904000 2899904255 172.217.6.0/24 15169 Google LLC

  2. 结合ASN和IP, 查询相同ASN最接近指定IP的前后两条记录: 

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    set @a:= inet_aton('172.217.6.78');
    SELECT * FROM ip2proxy_px8 WHERE ip_from >= @a AND asn = 15169 ORDER BY ip_from ASC LIMIT 1;
    SELECT * FROM ip2proxy_px8 WHERE ip_from <= @a AND asn = 15169 ORDER BY ip_from DESC LIMIT 1;
    ip_from ip_to region_name isp usage_type asn as
    2899904131 2899904131 California Google LLC DCH 15169 Google LLC
    ip_from ip_to region_name isp usage_type asn as
    2899904015 2899904015 California Google LLC DCH 15169 Google LLC

  3. 计算查询到的proxy记录中IP与当前IP的差值的绝对值.

    IP proxy IP abs(IP - proxy IP)
    2899904078 2899904131 53
    2899904078 2899904015 63

    如果绝对值很接近, 那么就认为此IP的用途和proxy IP相同. 很接近的定义可以根据情况调整, 如绝对值在65535范围内.

综合评分

综合评分的规则可根据实际场景进行调整

序号 评分项 评分规则(1-10分)
1 IP归属地 如: 国内5分, 国外10分, 可根据地区再进行细分
2 用途 如: ISP/MOB计2分, COM计5分, DCH计10分
3 访问资源 如: 404计5分, 存在敏感词一律10分
4 访问频率及持续时间 根据一段时间内平均访问次数计算分数
5 历史评分

综合上述1-5项, 进行计算, 可以简单的相加, 也可加权计算.

IP封禁

笔者采用iptables+ipset的方式进行IP封禁. Actuator服务使用node编写, 运行在主机上, docker中的Monitor通过http与其交互. 封禁IP部分代码如下: 

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'use strict';

const express = require('express');
const shell = require('shelljs');
const router = express.Router();

router.post('/blacklist/:name/:ip', function (req, res, next) {
    let name = req.params.name;
    let ip = req.params.ip;
    let timeout = req.query.timeout;
    let cmd = `ipset -exist add ${name} ${ip} timeout ${timeout}`;
    console.log(cmd);
    shell.exec(cmd);
    res.send('ok\n');
});

module.exports = router;
  • name: 黑名单名称.
  • timeout: 超时时间, 单位: 秒.

目前, 还是有不少”头铁”的IP频繁扫描笔者的网站, 在发现后几秒内自动屏蔽掉, 目前效果比较理想.

violation-ticket-list

结语

  • 爬虫、机器人、漏洞扫描等给网站造成了不必要的开销甚至带来风险, 不可忽视. 绝对安全很难做到, 但至少可以做到比别人安全.
  • 封禁是相对暴力的手段, 一定要把握好尺度, 出现误杀会导致网站流失用户.
  • 除了封禁外, 也可考虑”祸水东引”, 将风险IP 302重定向到gitpage(备份站点), 这样就算误杀, 也不会造成用户无法访问的情况.
  • 道路千万条, 安全第一条