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Web的入侵防御系統(tǒng)的設計分享
0引言
隨著網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展和深入應用，人們對網(wǎng)絡的安全性和可管理性的要求也越來越高，與此同時網(wǎng)絡hacker的攻擊方式，也變得越來越多樣化，技術的復雜程度也越來越高，網(wǎng)絡用戶使用網(wǎng)絡過程中常見的攻擊類型有：未經(jīng)授權(quán)的遠程訪問、本地超級用戶的非法訪問、掃描與探查、拒絕服務攻擊以及惡意軟件包。
這就要求對用戶端發(fā)送的HTTP信息進行分析比對，但這種報文解析的方式需要一種截獲下層原始報文的能力，這可以通過截獲傳輸層或網(wǎng)際層報文的實現(xiàn)，所以我們通過Web服務器提供的接口僅僅截獲應用層的HTTP報文。
要求用戶端口發(fā)起的檢測本身全面監(jiān)控用戶端口的行為是不夠的，因為我們只知道用戶端口發(fā)起的請求，但不知道如何在服務器響應到用戶端口。由于完整的HTTP會話，包括用戶端口發(fā)送一個請求，服務器端響應請求，那么服務器只監(jiān)控的內(nèi)容后，才作出回應的HTTP會話將結(jié)束。如果Web服務器端口提供給用戶端口響應HTTP數(shù)據(jù)包封裝的接口，當我們試圖調(diào)用Web服務器也接口，而不是試圖組裝消息的HTTP。因此，這個入侵防御系統(tǒng)的核心是它的策略引擎，通過強大，靈活的策略引擎，實現(xiàn)功能檢測或異常檢測。
1體系結(jié)構(gòu)
通常一個系統(tǒng)會采用單層或者多層的體系結(jié)構(gòu)。單層的結(jié)構(gòu)將模塊都緊密連接在一起，模塊與模塊間都能交叉調(diào)用，多層的結(jié)構(gòu)劃分了不同功能的模塊，層與層之間是靠已經(jīng)定義好的接口進行通信傳輸。單層結(jié)構(gòu)沒多層的結(jié)構(gòu)有良好的擴展性，而單層結(jié)構(gòu)可以對模塊之間交互的更加高效。為了能使系統(tǒng)能夠適合不同的Web服務器平臺，綜合以上的因素考慮后，本系統(tǒng)采取了分層式體系結(jié)構(gòu)。圖1為本系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，這個Web的入侵防御系統(tǒng)主要分層了以下三層：
圖1WebIPS的體系結(jié)構(gòu)
解析及響應層：這一層的作用是為IPS提供解析客戶端HTTP報文請求以及封裝服務響應報文的接口。當客戶端要對服務器進行訪問時,該層通知策略引擎調(diào)度策略，客戶端的訪問信息進行檢測,并為策略引擎提供響應。按照以上的分析結(jié)果，這一層由服務器提供的接口封裝實現(xiàn)。如圖2所示。
圖2WebIPS的解析與響應流程
策略引擎：這一層的作用是策略調(diào)配，通過“解析及響應層”提供的接口來獲取用戶端的信息，并交給“解析及響應層”來完成。同時策略加載策略引擎的調(diào)配數(shù)據(jù)管理層來完成，以及日志記錄的功能。
數(shù)據(jù)管理：這一層主要提供日志記錄的信息、策略腳本解析及配置管理的功能。因此數(shù)據(jù)進行處理過程都是在這一層里來處理完成。
每一層都獨立的完成功能，當其中某層的發(fā)生變化時，只要接口沒有改變，對另外層沒有影響。這樣整體結(jié)構(gòu)就有較大的擴展性，例如：我們可以把響應層和解析的具體實現(xiàn)方法是由調(diào)用Web服務器的接口方式替換為直接截獲傳輸層網(wǎng)絡層封包的方式等。
2處理流程
WebIPS的處理流程圖2所示，具體流程如下：當用戶端向發(fā)送HTTP請求的時候，解析模塊解析原始的數(shù)據(jù)報文經(jīng)HTTP報文，報文解析模塊會告知策略引擎模塊對用戶端的信息進行排查檢測，策略引擎會根據(jù)策略腳本中編寫的策略，告知HTTP響應模塊對用戶端的行為做出響應，并根據(jù)策略腳本中的策略，告知日志記錄信息模塊記錄相應的日志。如圖3所示，依據(jù)WebIPS系統(tǒng)的處理流程及體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)主要模塊和實際作用如下：
圖3WebIPS的處理過程圖
IPS管理模塊
該模塊的主要工作是管理和連接IPS的各個功能模塊，同時管理和監(jiān)控數(shù)據(jù)流，根據(jù)讀取配置文件的相關設置完成系統(tǒng)的初始化，對系統(tǒng)的信息狀態(tài)進行管理：運行、停止、重新加載。當HTTP報文解析模塊告知有用戶端進行訪問時，調(diào)用策略引擎對用戶端的信息進行和行為進行檢測，對策略引擎反饋的結(jié)果告知HTTP響應模塊進行響應。
配置文件模塊
主要完成IPS配置文件的分析、讀取及保存，為IPS提供正確的接口，具體方式可以由管理需求進行修改。
HTTP報文的解析模塊
主要通過服務器為IPS提供的接口，對用戶端訪問服務器的數(shù)據(jù)進行解析，并通知IPS管理模塊已經(jīng)收到訪問請求，策略引擎檢測訪問用戶端的信息。HTTP完整的數(shù)據(jù)信息解析模塊中都有一個接口，來檢測用戶端口相關信息。在一般的Web腳本當中都有這樣一個接口。
HTTP響應模塊
當需要針對用戶端口的行為進行分析響應時，在這一模塊中對完整的數(shù)據(jù)信息進行組裝。提供下面幾種方式響應：調(diào)用了下一條策略、響應接受請求、響應斷開鏈接、響應發(fā)送信息、響應發(fā)送文件和重定向。
策略引擎模塊
策略引擎首先對系統(tǒng)預先制定好的策略腳本進行解析比對，并依據(jù)設定的策略的不同屬性和優(yōu)先級組裝策略鏈。當系統(tǒng)的管理員模塊通知策略引擎對用戶端口信息檢測的時候，策略引擎將利用HTTP報文分析模塊提供的接口獲得用戶端口的信息，分析用戶端口的行為模式，通過一次一次調(diào)配策略來控制用戶端口的訪問。在策略中，可以檢查偵測用戶端口請求的每個字段，并對用戶端口的行為進行一次次分析比對或記錄信息，通過已經(jīng)定義好的規(guī)則對用戶端口的不同行為進行回應。如果沒有的策略回饋響應，則告知HTTP回應模塊完成用戶端口的響應，并停止調(diào)配策略鏈以后的對應策略。如果沒有任何的一種策略能對用戶端口的行為做出反應，策略引擎將返回到上一層的接受請求回應。策略引擎需要封裝的HTTP完整的數(shù)據(jù)信息解析和回饋模塊，及日志記錄的信息模塊，供策略中調(diào)配。
3策略引擎的設計
策略引擎是整個的IPS的核心部分，同時可以加載兩種格式不同的策略，或者可以說策略也可以用兩種完全不同的方式表現(xiàn)出來，一種是應用策略腳本的文件，一種是應用C++編碼的C++類型的。雖然兩種不同格式的策略實現(xiàn)的方法不同，但是策略引擎的調(diào)配方法是一樣的。C++的效率比較高，而基于腳本驅(qū)動的策略，在編寫和修改時都十分的不方便。這種體系的結(jié)構(gòu)可以很方便的把策略不同的實現(xiàn)方法擴充進來。
在系統(tǒng)初始化進程結(jié)束之后，如果收到用戶端口發(fā)來的訪問服務器請求，系統(tǒng)將為用戶端口的訪問進行策略調(diào)配。策略的屬性需要進行必要的設置，包括策略的名稱、類型、開啟狀態(tài)、加載狀態(tài)、優(yōu)先級、路徑。
3.1策略的加載
具體步驟如下：
（1）IPS管理模塊利用配置模塊來讀取管理員設定好的策略屬性列表，將策略名稱相同的項去掉，并將它作為策略引擎初始化的參數(shù)或者策略引擎重新加載的參數(shù)。
（2）策略引擎將按列表當策略的型屬性、優(yōu)先級屬性，將策略由高級策略到低級策略的次序進行排列。生成一個新的策略列表。
（3）若策略的開啟狀態(tài)屬性值不是Enable，將跳過此策略，繼續(xù)加載下一個策略。
（4）若加載器的屬性為C++,則使用C++的策略加載器進行處理，如果是為腳本的就由相同屬性處理器進行處理。如果是不能識別的就將跳過這個策略。否則加載器會將策略對象初始化。
（5）如果系統(tǒng)加載成功，該策略的狀態(tài)屬性值將被設置為Loaded，如果加載出現(xiàn)失敗，則將保持這個選項的狀態(tài)屬性值為Unload。由HTTP解析模塊提供具體實現(xiàn)方式。
（6）當策略列表中的全部項都被處理完后，系統(tǒng)重新編輯該列表，同時把Loaded的項提取出來，形成策略調(diào)配用策略列表。
3.2策略的調(diào)配
策略對象中提供了兩個接口供策略引擎調(diào)配，其中一個是OnSend，另一個則是OnRecv。當策略引擎是為偵測這個服務器端口發(fā)送的數(shù)據(jù)時，都是調(diào)用這個策略中的OnSend接口。而當策略引擎是為檢測這個用戶端口的信息而調(diào)配策略的時候，都是調(diào)配的策略中的OnRecv接口。
策略引擎將按下列的步驟對策略鏈上面的策略進行調(diào)配：
(1)依次按步驟（2）（3）調(diào)配策略鏈上的策略
(2)如果策略回饋的是一個“調(diào)配下一個策略”的響應的時候，則調(diào)用下一條策略。
(3)如果策略回饋的不是“調(diào)用下一個策略”的響應的時候，則停止調(diào)度策略鏈上后面的策略并返回該響應。
(4)重復步驟（2）（3）直到策略全都調(diào)配結(jié)束，如果沒有策略的響應，則策略引擎回饋一個“接受請求”的響應。
4總結(jié)
選取Kddcup99數(shù)據(jù)集對本系統(tǒng)進行模擬檢測，通過檢測結(jié)果可認定：本系統(tǒng)能夠?qū)ΤＲ姽纛愋妥龀稣_響應。本系統(tǒng)為Web服務器管理員提供了腳本編寫的策略，使其能夠便捷地配置Web服務器的環(huán)境。這一系統(tǒng)僅適用于防御Web服務器的入侵安全，健康安全的網(wǎng)絡環(huán)境是一個整體，需要依靠每個網(wǎng)絡中的個體都配備上良好的安全配置才得以實現(xiàn)。
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