一、概述
目前，很多WEB服务都具备了能够防御单IP发起的CC、扫描、采集等恶意行为的工具或模块，如Nginx的HttpLimitReqModule模块，Apache的mod_evasive模块，而且OWASP规则自身也包含了针对单IP发起的DOS攻击防护，但通过在云计算行业的多年工作经验中发现，为了避免单IP的恶意行为被拦截，黑客甚至会直接在运营商处租赁1个，或多个C的IP段，然后使用C段内的IP循环发起恶意行为，降低了单个IP单位时间内的访问频率，导致上述防御手段无法触发。
针对上述情况，本文将讲述个人所研究出的四种方案，用于应对C段IP地址发起的恶意行为，并讲述对应的防御思路、根据防御思路所编写的具体规则以及方案的优缺点。其中方案1不可用，不可用原因是ModSecurity自身机制导致，但方案1确实为最优方案，其中也描写了发现其不可用原因的过程。
如果网站并发较小，可直接采用方案二，反之则建议采用方案三或方案四，如果自身或公司内部具备开发能力，则建议直接采用方案四。
二、前提工作
在进行下述方案时，首先需要定义防御阈值，用于设定指定时间内，达到指定的访问次数时，将C段IP封停的时间，而在OWASP规则中，已经包含了对应的的规则，我们只需进行简单的配置即可。
在crs-setup.conf文件中，找到ID为900260、900700的两条规则，并取消注释：（注意，一旦取消该两条规则，OWASP规则中针对单IP的DOS防御功能也会启动，但由于防御C段IP的规则也会自动对单IP进行防御，因此可将OWASP规则中单IP的DOS防御功能关闭，减少规则匹配次数，详细做法为修改REQUEST-912-DOS-PROTECTION.conf文件名称，直接添加”.bak”后缀即可，或直接删除该文件）
SecAction "id:900260, phase:1, nolog, pass, t:none, setvar:'tx.static_extensions=/.jpg/ /.jpeg/ /.png/ /.gif/ /.js/ /.css/ /.ico/ /.svg/ /.webp/'" SecAction "id:900700, phase:1, nolog, pass, t:none, setvar:'tx.dos_burst_time_slice=30', setvar:'tx.dos_counter_threshold=5', setvar:'tx.dos_block_timeout=600'"
ID为900260的规则定义了静态资源的后缀名，在判断是否是CC攻击或采集行为时，此类静态资源的访问不在计数范围内。
ID为900700的规则定义了防御阈值，即如果在60秒内（tx.dos_burst_time_slice），IP地址的访问频率达到了100次（tx.dos_counter_threshold），就被判定为一次攻击嫌疑，而一旦将IP地址封禁，600秒后（tx.dos_block_timeout）才会解封。可根据自身需求更改上述参数值。
三、方案一
1.防御思路
a、通过正则匹配方式，得出客户端IP的C段地址并记录；
b、在全局集合中创建变量，以得出的C段地址进行命名，用于保存该C段IP的访问次数总和，与此同时，由于是判断指定时间内的访问次数是否超过阈值，因此设置该变量的销毁时间为设置的频率时间，即tx.dos_burst_time_slice；
c、当客户端访问WEB服务时，判断对应的C段访问次数是否大于设定的阈值，如果不大于，则访问继续，同时该C段访问次数+1；如果大于，则阻断此次访问，同时修改该变量销毁时间为封停时间，即tx.dos_block_timeout，时间一到，该变量自动销毁，此时该C段IP即可自动解封，恢复对WEB服务的正常访问。
2.具体规则
#通过正则获取客户端IP的C段地址，然后在ip集合中创建名为ip_c_msg的变量，将其值设置为IP的C段地址，如，客户端IP为192.168.11.2，则ip_c_msg变量的值为"192.168.11."
SecRule REMOTE_ADDR "^((25[0-5]"2[0-4]d"[01]?dd?).){3}" "id:10000,nolog,pass,phase:1,capture,setvar:ip.ip_c_msg=%{TX.0}"
#判断全局集合中，记录该IP所在C段的访问次数的变量是否超过了设定的阈值
#如果超过，则阻断此次访问，同时将变量的销毁时间设置为封禁时间，否则，将继续执行下方规则
SecRule GLOBAL:%{ip.ip_c_msg} "@ge %{tx.dos_counter_threshold}" "id:10001,drop,log,phase:1,expirevar:global.%{ip.ip_c_msg}=%{tx.dos_block_timeout}"
#判断此次访问是否是静态资源，如果不是的话，执行第二条，将全局集合中，记录该IP地址所在C段的访问次数+1，同时设置该变量销毁时间为计数周期%{tx.dos_burst_time_slice}，如，客户端IP为192.168.11.2，则global集合中会创建名为"192.168.11."的变量，同时其数值+1
SecRule REQUEST_BASENAME ".*?(.[a-z0-9]{1,10})?$" "id:10002,phase:5,t:none,t:lowercase,nolog,pass,capture,setvar:tx.extension=/%{TX.1}/,chain"
SecRule TX:EXTENSION "!@within %{tx.static_extensions}" "setvar:global.%{ip.ip_c_msg}=+1,expirevar:global.%{ip.ip_c_msg}=%{tx.dos_burst_time_slice}"
3.方案优缺点
优点：
a、规则少，相应的匹配次数少，大并发情况下不会消耗服务器过多资源；
b、仅通过ModSecurity即可进行防御，无需引入第三方插件或工具。
缺点：
该方案有一个致命缺点：无法起到防御效果……原因为ModSecurity自身机制所致，%{}是ModSecurity定义的用于获取指定变量的值的操作符，但是该操作符若出现在规则中的特定位置时将不会执行，如下所示（加粗部分）：
SecRule GLOBAL:%{ip.ip_c_msg}"@ge %{tx.dos_counter_threshold}" "id:10001,drop,log,phase:1,expirevar:global.%{ip.ip_c_msg}=%{tx.dos_block_timeout}"
上述规则，旨在对集合中对应C段IP地址的访问次数进行判断，GLOBAL:%{ip.ip_c_msg}，个人原本设想的是，ModSecurity会先通过%{}操作符获取ip.ip_c_msg的值，即”192.168.11.”，然后再去获取GLOBAL集合中，名称为”192.168.11.”变量的值，用于后续判断，但实际此时%{}并不执行，ModSecurity会直接去GLOBAL集合中，获取名称为”%{ip.ip_c_msg}”的变量的值，但集合中根本不存在此变量，因此永远不会触发拦截操作。
针对上述情况，本人又想了另外一种方式，即在IP集合中额外设置一个固定名称的变量，然后将GLOBAL:%{ip.ip_c_msg}的值赋给新的变量，然后直接判断新定义的固定变量的值，如setvar:ip.ip_c_count=%{global.%{ip.ip_c_msg}}，但实际测试后发现，此方案也行不通，原因仍然为%{}操作符导致，上述赋值的语句中，个人原本设想，ModSecurity会先获取ip.ip_c_msg的值，即”192.168.11.”，然后再去获取GLOBAL集合中，名称为”192.168.11.”变量的值，但实际测试发现，%{global.%{ip.ip_c_msg}}的最终结果为”}”，个人猜测，ModSecurity应该是通过正则去获取变量名称，而没有判断变量中是否存在多个%{}操作符，因此导致，对于%{global.%{ip.ip_c_msg}}，加粗部分为ModSecurity实际匹配到的%{}操作符的开始与结尾，中间部分作为一个整体被当做变量名称，但实际并不存在名称为”global.%{ip.ip_c_msg”这一变量，因此此部分取值为空，而由于后方还有一个”}”符号，因此ip.ip_c_count的值，最终会被赋予为”}”。
如若想解决上述问题，则需要对其源代码进行更改，可惜，本人不会C语言，因此方案1暂时被毙。
四、方案二
1.防御思路
该方案防御思路与方案1大体相同，但由于受制于ModSecurity自身的机制，因此调整规则思路，直接对集合中的变量进行循环判断，通过遍历的方式，找出当前IP所处C段对应变量的值，然后再进行判断。
2.具体规则
#通过正则获取客户端IP的C段地址，然后在ip集合中创建名为ip_c_msg的变量，将其值设置为IP的C段地址，如，客户端IP为192.168.11.2，则ip_c_msg变量的值为"192.168.11."
SecRule REMOTE_ADDR "^((25[0-5]|2[0-4]d|[01]?dd?).){3}"
"id:10000,nolog,pass,phase:1,capture,setvar:ip.ip_c_msg=%{TX.0}"
#判断IP集合中的DOS_BLOCK_C的值是否为1,此变量代表该IP所处C段是否触发了阈值
#1代表触发，如果触发，则拦截该IP下的访问，该变量是通过id为10003的规则进行赋值
#与此同时，设置变量DOS_BLOCK_C_FLAG，用于标志是否已触发过拦截
#0代表未触发，1代表触发，同时设置变量在%{tx.dos_block_timeout}时间后自动销毁
#用于保证在拦截期间，一个IP地址在封禁时间内只会记录一次日志，避免日志堆积
SecRule IP:DOS_BLOCK_C "@eq 1" "id:10001,phase:1,drop,log,chain,msg:'Detect Dos Attack from %{ip.ip_c_msg}0/24'"
SecRule &IP:DOS_BLOCK_C_FLAG "@eq 0" "setvar:ip.dos_block_c_flag=1,expirevar:ip.dos_block_c_flag=%{tx.dos_block_timeout}"
#判断IP集合中的DOS_BLOCK_C的值是否为1,此变量代表该IP所处C段是否触发了阈值
#1代表触发，如果触发，则拦截该IP下的访问，该变量是通过id为10003的规则进行赋值
#与规则10001互补，用于避免日志堆积
SecRule IP:DOS_BLOCK_C "@eq 1" "id:10004,phase:1,drop,nolog"
#判断此次访问是否是静态资源，如果不是的话，执行第二条规则
#将全局集合中，记录该IP地址所在C段的访问次数+1
#同时设置该变量销毁时间为计数周期%{tx.dos_burst_time_slice}
#如，客户端IP为192.168.11.2，则global集合中会创建名为"ip_c_192.168.11."的变量
#同时其数值+1
SecRule REQUEST_BASENAME ".*?(.[a-z0-9]{1,10})?$"
"phase:5,id:10002,t:none,t:lowercase,nolog,pass,capture,setvar:tx.extension=/%{TX.1}/,chain"
SecRule TX:EXTENSION "!@within %{tx.static_extensions}" "setvar:'global.ip_c_%{ip.ip_c_msg}=+1',expirevar:global.ip_c_%{ip.ip_c_msg}=%{tx.dos_burst_time_slice}"
#遍历GLOBAL集合中，以ip_c为开头的所有变量的值，如果发现大于设定的阈值
#则通过第二条规则，获取出变量名称中的C段名称,然后将对应的ip_c变量的销毁时间，改为封禁时间%{tx.dos_block_timeout}
#再通过第三条规则判断是否与当前客户端的C段IP相同，如果相同，则设置ip.dos_block_c变量为1
#同时设置ip.dos_block_c变量销毁时间为封禁时间%{tx.dos_block_timeout}
SecRule GLOBAL:/^ip_c/ "@ge %{tx.dos_counter_threshold}" "phase:5,id:10003,pass,nolog,chain"
SecRule MATCHED_VAR_NAME "((25[0-5]|2[0-4]d|[01]?dd?).){3}" "capture,setvar:tx.extension=%{TX.0},chain,expirevar:global.ip_c_%{TX.0}=%{tx.dos_block_timeout}"
SecRule TX:EXTENSION "@streq %{ip.ip_c_msg}" "setvar:ip.dos_block_c=1,expirevar:ip.dos_block_c=%{tx.dos_block_timeout}"
3.方案优缺点
优点：
仅通过ModSecurity即可进行防御，无需引入第三方插件或工具。
缺点：
a、服务器资源消耗增高。由于是采用遍历的方式，因此每次访问都会对集合中的内容进行遍历，虽然遍历的过程放在了phase5，即日志记录阶段，不会影响网站的响应速度，但会增加服务器的资源消耗；
b、拦截的C段，该C段下的其他IP，只有在访问成功一次之后才会拦截，即，假设192.168.11.2触发拦截机制，导致192.168.11段IP被封，但是当192.168.11.3访问服务器时，第一次访问并不会被拦截，而是从第二次开始访问才会拦截，原因是遍历的过程放在了日志记录阶段，因此只有访问成功一次，进入日志记录阶段时，才会将该C段下的此次访问IP进行拦截，如果要解决此情况，将规则10003的phase改为1即可，但是此举会将遍历的过程置于网站访问过程中，大并发情况下反而可能会影响网站响应速度，同时服务器资源消耗也不会有过多降低，得不偿失。除此之外，即便当192.168.11.3已经被封，但是该IP更换客户端进行访问时，仍会在访问成功一次后才会拦截，原因是拦截标志存放于ip集合中，而ip集合是基于IP+客户端创建的，因此会导致某一IP即使已经被封，换一个客户端进行访问时，会重新生成一个ip集合，而此时该ip集合中并没有设置拦截标志，依然会访问成功一次。
五、方案三
1.防御思路
该方案是对方案二的改造，旨在减少大并发情况下，遍历导致的服务器资源消耗增加，具体做法为采用ModSecurity+Lua+ipset+iptables，在遍历过程中，直接将要拦截的C段IP通过ipset进行拦截，然后再将此C段IP的信息从集合中删除，减少遍历次数，以此来达到降低服务器资源消耗的目的。
2.具体规则
#通过正则获取客户端IP的C段地址，然后在ip集合中创建名为ip_c_msg的变量，将其值设置为IP的C段地址，如，客户端IP为192.168.11.2，则ip_c_msg变量的值为"192.168.11."
SecRule REMOTE_ADDR "^((25[0-5]|2[0-4]d|[01]?dd?).){3}"
"id:10000,nolog,pass,phase:1,capture,setvar:ip.ip_c_msg=%{TX.0}"
#判断此次访问是否是静态资源，如果不是的话，执行第二条规则
#将全局集合中，记录该IP地址所在C段的访问次数+1
#同时设置该变量销毁时间为计数周期%{tx.dos_burst_time_slice}
#如，客户端IP为192.168.11.2，则global集合中会创建名为"ip_c_192.168.11."的变量
#同时其数值+1
SecRule REQUEST_BASENAME ".*?(.[a-z0-9]{1,10})?$"
"phase:5,id:10002,t:none,t:lowercase,nolog,pass,capture,setvar:tx.extension=/%{TX.1}/,chain"
SecRule TX:EXTENSION "!@within %{tx.static_extensions}" "setvar:'global.ip_c_%{ip.ip_c_msg}=+1',expirevar:global.ip_c_%{ip.ip_c_msg}=%{tx.dos_burst_time_slice}"
#遍历GLOBAL集合中，以ip_c为开头的所有变量的值，如果发现大于设定的阈值
#则通过第二条规则，获取出变量名称中包含的C段信息后,直接销毁集合中对应的变量
#再通过Lua脚本，调用ipset命令，将C段IP地址通过iptables进行封禁
SecRule GLOBAL:/^ip_c/ "@ge %{tx.dos_counter_threshold}" "phase:5,id:10003,pass,log,capture,msg:'Detect Dos Attack from %{TX.0}0/24',chain"
SecRule MATCHED_VAR_NAME "((25[0-5]|2[0-4]d|[01]?dd?).){3}" "capture,setvar:!global.ip_c_%{TX.0},exec:/tmp/ms_c_dos.lua"
Lua脚本内容如下：
function main()
local ip = m.getvar("REMOTE_ADDR");
local rt= {};
local p='%.';
string.gsub(ip, '[^'..p..']+', function(w) table.insert(rt, w) end );
if #rt == 4 then
local ip_c=rt[1].."."..rt[2].."."..rt[3]..".0/24";
os.execute("sudo ipset add list_c_dos "..ip_c);
end
return nil;
end
使用该方案需要额外安装ipset-service，详细教程可参见最后第七章第4小节。
由于ipset命令需要调用系统内核，因此普通用户无法执行ipset命令，因此还需赋予对应用户相应的root权限，操作流程如下所示，而具体生产环境中要根据实际的运行用户进行授权，如宝塔由于设置了WEB服务是以www用户运行，因此将下方命令中的daemon更换为www即可：
#/etc/sudoers默认为只读状态，需要先设置为可写 chmod 640 /etc/sudoers #通过vi进行编辑 vi /etc/sudoers #找到root ALL=(ALL) ALL所在，在下方添加以下内容 daemon ALL=(ALL) NOPASSWD: /usr/sbin/ipset #将/etc/sudoers重置为只读状态 chmod 440 /etc/sudoers
3.方案优缺点
优点：
降低遍历过程中导致的服务器资源消耗增加的情况。
缺点：
a、需要额外安装ipset-service；
b、需要赋予相关用户执行ipset的权限，该举措可能存在隐性未知安全风险。
六、方案四
1.防御思路
该方案是对方案三的改造，旨在解决方案三中，必须赋予相关系统账户执行ipset权限所可能带来的未知安全隐患，具体思路为在服务器内额外搭建一个HTTP服务，单独用于执行ipset命令，同时通过设置只允许本地访问+密钥等安全策略，确保该服务的安全性。
2.具体规则
#通过正则获取客户端IP的C段地址，然后在ip集合中创建名为ip_c_msg的变量，将其值设置为IP的C段地址，如，客户端IP为192.168.11.2，则ip_c_msg变量的值为"192.168.11."
SecRule REMOTE_ADDR "^((25[0-5]|2[0-4]d|[01]?dd?).){3}"
"id:10000,nolog,pass,phase:1,capture,setvar:ip.ip_c_msg=%{TX.0}"
#判断此次访问是否是静态资源，如果不是的话，执行第二条规则
#将全局集合中，记录该IP地址所在C段的访问次数+1
#同时设置该变量销毁时间为计数周期%{tx.dos_burst_time_slice}
#如，客户端IP为192.168.11.2，则global集合中会创建名为"ip_c_192.168.11."的变量
#同时其数值+1
SecRule REQUEST_BASENAME ".*?(.[a-z0-9]{1,10})?$"
"phase:5,id:10002,t:none,t:lowercase,nolog,pass,capture,setvar:tx.extension=/%{TX.1}/,chain"
SecRule TX:EXTENSION "!@within %{tx.static_extensions}" "setvar:'global.ip_c_%{ip.ip_c_msg}=+1',expirevar:global.ip_c_%{ip.ip_c_msg}=%{tx.dos_burst_time_slice}"
#遍历GLOBAL集合中，以ip_c为开头的所有变量的值，如果发现大于设定的阈值
#则通过第二条规则，获取出变量名称中包含的C段信息后,直接销毁集合中对应的变量
#再通过Lua脚本，访问HTTP服务，令其调用ipset命令，将C段IP地址通过iptables进行封禁
SecRule GLOBAL:/^ip_c/ "@ge %{tx.dos_counter_threshold}" "phase:5,id:10003,pass,log,capture,msg:'Detect Dos Attack from %{TX.0}0/24',chain"
SecRule MATCHED_VAR_NAME "((25[0-5]|2[0-4]d|[01]?dd?).){3}" "capture,setvar:!global.ip_c_%{TX.0},exec:/tmp/ms_c_dos.lua"
Lua脚本内容如下：
function main()
local ip = m.getvar("REMOTE_ADDR");
local rt= {};
local p='%.';
string.gsub(ip, '[^'..p..']+', function(w) table.insert(rt, w) end );
if #rt == 4 then
local ip_c=rt[1].."."..rt[2].."."..rt[3]..".0/24";
os.execute("curl http://localhost:端口/forbidden.php?ip_c="..ip_c.."&auth=123456");
end
return nil;
end
使用该方案需要额外安装ipset-service，详细教程可参见最后第七章第4小节。
3.方案优缺点
优点：
a、安全性较方案三略微提高；
b、可在额外搭建的HTTP服务中开发新的功能便于日常维护操作，如在HTTP服务中开发封禁IP的记录、查询、解封等功能，避免每次操作均需登录服务器。
缺点：
需要开发额外的HTTP服务。
七、其他补充
1.上述方案中的具体规则，建议放置在OWASP规则中REQUEST-901-INITIALIZATION.conf文件的末尾；
2.上述方案中的具体规则，如ID与现有规则的ID冲突，自行修改即可；
3.crs-setup.conf文件中SecCollectionTimeout参数的值，需大于等于tx.dos_block_timeout参数的值;
4.方案三与方案四需要安装与配置ipset-service，教程如下：
#安装ipset服务 yum install ipset-service #设置开启自动启动 systemctl enable ipset #添加名称为list_c_dos的集合，用于保存封禁的IP，同时设置封禁时间为3600秒,封禁时间可按需更改 ipset create list_c_dos hash:ip timeout 3600 #保存ipset配置，避免重启后list_c_dos集合自ipset中丢失 service ipset save #将以下内容复制到/etc/sysconfig/iptables，禁止集合内的IP访问80端口 -A INPUT -m set --match-set list_c_dos src -p tcp --dport 80 -j DROP #重启iptables service iptables restart #向list_c_dos集合中添加IP的命令demo #ipset add list_c_dos 192.168.142.0/24
5.上述所有方案均不适用于ModSecurity V3以上版本。受限于ModSecurity团队的开发规划，上述方案规则中使用的部分指令在ModSecurity V3以上版本中暂不支持，如expirevar，该指令将变量配置为在指定时间段（以秒为单位）后销毁，如上述规则中，设定是60秒内访问次数达到100则封禁对应的C段IP，而60秒的这个时间限制是通过expirevar进行设置，但由于此指令在V3以上版本中暂不支持，因此最终的结果是，IP地址的访问次数将永久保存在内存中，一直进行累加操作且永不过期，而一旦总访问次数超过100，IP也会被永久封禁，无法达到封禁指定时间的目的，最终则会形成所有IP均会被拦截的情况，除非重启或重载WEB服务。
来源：freebuf.com 2021-07-07 18:36:10 by: wangzi2049
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