HTTP洪水攻击防护技术详解

一、HTTP洪水攻击概述

HTTP洪水攻击(HTTP Flood)是一种分布式拒绝服务攻击(DDoS)形式，攻击者通过大量伪造的HTTP请求(如GET/POST)淹没目标服务器，耗尽服务器资源(包括连接数、CPU、内存等)，导致正常用户无法访问服务。

攻击特点：

高频次、低复杂度的请求冲击：不同于CC攻击，HTTP洪水更注重通过大量简单请求造成服务瘫痪
模拟正常用户行为：攻击流量通常模仿合法用户请求，使得直接过滤变得困难
资源消耗型攻击：主要目标是耗尽服务器资源而非利用漏洞

二、HTTP洪水攻击防护策略

防护核心目标是区分正常流量与恶意流量，并动态拦截攻击源。主要防护策略包括：

1. 请求频率限制

基于IP或会话(Session)统计单位时间内的请求次数，超出阈值则触发防护动作。

2. 浏览器指纹验证

通过JavaScript收集客户端浏览器特征(如User-Agent、Canvas指纹等)，验证是否为真实浏览器。

3. Cookie挑战

强制客户端执行Cookie验证流程，自动化攻击工具通常无法正确处理动态Cookie。

4. IP信誉库联动

结合实时IP黑名单或第三方威胁情报库，拦截已知恶意IP。

三、基于LUA的HTTP洪水防护实现

以下是一个基于Cookie挑战的完整防护方案实现：

1. 变量定义与初始化

local uri = ngx.var.uri                  -- 当前请求路径
local ip_addr = ngx.var.remote_addr      -- 客户端IP
local cookie_val = ngx.var.cookie_waf_challenge or "" -- 获取客户端Cookie
local threshold = 100                    -- 单位时间(如60秒)内允许的最大请求数
local challenge_expire = 300             -- Cookie有效期(秒)

2. 请求频率统计与拦截逻辑

-- 初始化共享内存(记录IP请求次数)
local http_flood = ngx.shared.http_flood

-- 统计IP请求频率
local key = "req_count:" .. ip_addr
local current_count, err = http_flood:incr(key, 1)

if current_count == nil then
    http_flood:set(key, 1, 60) -- 首次计数,设置60秒过期
elseif current_count >= threshold then
    -- 触发防护:生成Cookie挑战
    local challenge_key = "challenge:" .. ip_addr
    local challenge_code = http_flood:get(challenge_key)
    
    if challenge_code == nil then
        -- 生成随机Cookie值
        local random_str = string.gsub(ngx.md5(ngx.now() .. ip_addr), "%d", "")
        challenge_code = string.sub(random_str, 1, 12)
        http_flood:set(challenge_key, challenge_code, challenge_expire)
    end
    
    -- 验证客户端是否携带正确Cookie
    if cookie_val ~= challenge_code then
        -- 返回挑战页面
        return ngx.exit(ngx.HTTP_FORBIDDEN)
    else
        -- 验证通过,重置计数
        http_flood:delete(key)
        http_flood:delete(challenge_key)
    end
end

3. 挑战页面实现(HTML/JS)

当请求频率超限时，返回包含JavaScript的页面，强制客户端完成Cookie验证：

if ngx.status == ngx.HTTP_FORBIDDEN then
    ngx.header.content_type = "text/html"
    ngx.print([[
    <!DOCTYPE html>
    <html>
    <head>
        <title>安全验证</title>
        <script>
            // 动态设置Cookie并重试
            function setChallengeCookie() {
                var xhr = new XMLHttpRequest();
                xhr.open('GET', '/waf/challenge', true);
                xhr.onload = function() {
                    if (xhr.status == 200) {
                        document.cookie = "waf_challenge=" + xhr.responseText + "; path=/";
                        location.reload(); // 重载页面以携带Cookie
                    }
                };
                xhr.send();
            }
            window.onload = setChallengeCookie;
        </script>
    </head>
    <body>
        <h1>正在执行安全验证,请稍候...</h1>
    </body>
    </html>
    ]])
    ngx.exit(ngx.HTTP_OK)
end

4. 挑战接口实现(后端生成Cookie)

添加一个内部接口用于生成动态Cookie值：

location /waf/challenge {
    internal;
    content_by_lua_block {
        local ip_addr = ngx.var.remote_addr
        local challenge_key = "challenge:" .. ip_addr
        local challenge_code = ngx.shared.http_flood:get(challenge_key)
        ngx.print(challenge_code)
    }
}

四、防护逻辑详解

请求计数机制
- 每个IP在60秒窗口期内请求超过100次时触发挑战
- 使用共享内存(ngx.shared)存储请求计数，确保多worker间数据同步
动态Cookie生成
- 使用MD5哈希和时间戳生成唯一Cookie值
- 移除数字增强随机性：string.gsub(ngx.md5(ngx.now() .. ip_addr), "%d", "")
- 截取前12位作为验证码：string.sub(random_str, 1, 12)
客户端验证流程
- 未携带或携带错误Cookie的请求返回验证页面
- 验证页面通过JavaScript发起XHR请求获取挑战码
- 获取后设置Cookie并重载页面
自动重置机制
- 验证成功后清除计数器和挑战状态
- 避免误拦截正常用户后续请求

五、防护方案优化方向

精细化统计
- 结合URI路径、User-Agent等维度统计请求频率
- 区分静态资源和动态接口，设置不同阈值
浏览器指纹增强
- 集成JavaScript计算Canvas指纹
- 检测WebGL渲染能力
- 识别并拦截无头浏览器(Headless Browser)
IP信誉库集成
- 对接第三方威胁情报API
- 实时拦截高风险IP
- 建立本地IP信誉评分系统
算法优化
- 使用滑动窗口替代固定时间窗口
- 实现漏桶或令牌桶算法
- 考虑请求突发性的自适应阈值调整
性能优化
- 使用更高效的数据结构存储请求计数
- 实现分级缓存机制
- 优化共享内存访问锁

六、部署与调优建议

阈值设置原则
- 根据业务特点调整请求频率阈值
- 生产环境建议从宽松阈值开始，逐步收紧
- 区分API接口和页面请求设置不同限制
监控与日志
- 记录所有触发挑战的请求详情
- 监控挑战成功率，评估防护效果
- 建立报警机制，及时发现异常流量
用户体验优化
- 设计友好的验证页面
- 考虑CAPTCHA验证作为备选方案
- 对已验证用户提供短暂免验证期
压力测试
- 模拟攻击测试防护效果
- 评估防护机制对正常流量的影响
- 测试高并发下的防护性能

七、总结

本方案通过动态Cookie挑战和请求频率限制的组合，有效缓解HTTP洪水攻击：

技术优势
- 迫使攻击者必须执行JavaScript并维持Cookie状态
- 显著提高攻击成本
- 对正常用户影响可控
适用场景
- Web应用防护
- API接口保护
- 关键业务防DDoS
持续演进
- 结合机器学习识别异常流量
- 集成更多维度风险评估
- 实现智能自适应防护

实际部署时应根据业务特点调整参数，并通过持续监控优化防护策略，在安全防护和用户体验间取得平衡。

HTTP洪水攻击防护技术详解一、HTTP洪水攻击概述 HTTP洪水攻击(HTTP Flood)是一种分布式拒绝服务攻击(DDoS)形式，攻击者通过大量伪造的HTTP请求(如GET/POST)淹没目标服务器，耗尽服务器资源(包括连接数、CPU、内存等)，导致正常用户无法访问服务。攻击特点：高频次、低复杂度的请求冲击：不同于CC攻击，HTTP洪水更注重通过大量简单请求造成服务瘫痪模拟正常用户行为：攻击流量通常模仿合法用户请求，使得直接过滤变得困难资源消耗型攻击：主要目标是耗尽服务器资源而非利用漏洞二、HTTP洪水攻击防护策略防护核心目标是区分正常流量与恶意流量，并动态拦截攻击源。主要防护策略包括： 1. 请求频率限制基于IP或会话(Session)统计单位时间内的请求次数，超出阈值则触发防护动作。 2. 浏览器指纹验证通过JavaScript收集客户端浏览器特征(如User-Agent、Canvas指纹等)，验证是否为真实浏览器。 3. Cookie挑战强制客户端执行Cookie验证流程，自动化攻击工具通常无法正确处理动态Cookie。 4. IP信誉库联动结合实时IP黑名单或第三方威胁情报库，拦截已知恶意IP。三、基于LUA的HTTP洪水防护实现以下是一个基于 Cookie挑战的完整防护方案实现： 1. 变量定义与初始化 2. 请求频率统计与拦截逻辑 3. 挑战页面实现(HTML/JS) 当请求频率超限时，返回包含JavaScript的页面，强制客户端完成Cookie验证： 4. 挑战接口实现(后端生成Cookie) 添加一个内部接口用于生成动态Cookie值：四、防护逻辑详解请求计数机制每个IP在60秒窗口期内请求超过100次时触发挑战使用共享内存(ngx.shared)存储请求计数，确保多worker间数据同步动态Cookie生成使用MD5哈希和时间戳生成唯一Cookie值移除数字增强随机性： string.gsub(ngx.md5(ngx.now() .. ip_addr), "%d", "") 截取前12位作为验证码： string.sub(random_str, 1, 12) 客户端验证流程未携带或携带错误Cookie的请求返回验证页面验证页面通过JavaScript发起XHR请求获取挑战码获取后设置Cookie并重载页面自动重置机制验证成功后清除计数器和挑战状态避免误拦截正常用户后续请求五、防护方案优化方向精细化统计结合URI路径、User-Agent等维度统计请求频率区分静态资源和动态接口，设置不同阈值浏览器指纹增强集成JavaScript计算Canvas指纹检测WebGL渲染能力识别并拦截无头浏览器(Headless Browser) IP信誉库集成对接第三方威胁情报API 实时拦截高风险IP 建立本地IP信誉评分系统算法优化使用滑动窗口替代固定时间窗口实现漏桶或令牌桶算法考虑请求突发性的自适应阈值调整性能优化使用更高效的数据结构存储请求计数实现分级缓存机制优化共享内存访问锁六、部署与调优建议阈值设置原则根据业务特点调整请求频率阈值生产环境建议从宽松阈值开始，逐步收紧区分API接口和页面请求设置不同限制监控与日志记录所有触发挑战的请求详情监控挑战成功率，评估防护效果建立报警机制，及时发现异常流量用户体验优化设计友好的验证页面考虑CAPTCHA验证作为备选方案对已验证用户提供短暂免验证期压力测试模拟攻击测试防护效果评估防护机制对正常流量的影响测试高并发下的防护性能七、总结本方案通过动态Cookie挑战和请求频率限制的组合，有效缓解HTTP洪水攻击：技术优势迫使攻击者必须执行JavaScript并维持Cookie状态显著提高攻击成本对正常用户影响可控适用场景 Web应用防护 API接口保护关键业务防DDoS 持续演进结合机器学习识别异常流量集成更多维度风险评估实现智能自适应防护实际部署时应根据业务特点调整参数，并通过持续监控优化防护策略，在安全防护和用户体验间取得平衡。