随着互联网的快速发展，网络攻击的形式和手段也日益复杂和多样化。Web应用成为攻击者的主要目标之一，因为它们通常暴露在互联网中，并承载大量敏感数据。Web应用防火墙（WAF）是保护Web应用免受各种攻击的重要工具。传统的WAF主要依赖预定义的静态规则和签名库来检测和拦截恶意流量。这些规则和签名库基于已知的攻击模式和特征，例如特定的URL模式、参数和值。然而，这种基于规则的保护方式存在更新滞后，难以应对新型和变种攻击，且无法主动防御。

为了解决上述问题，本发明提出了一种适用于WAF的基于日志分析的主动防御技术。该技术通过分布式架构，实时全量分析日志数据，结合动态封装和动态验证，实现对威胁流量的主动防御。具体创新点包括：

分布式日志收集与分析：采用分布式架构进行日志收集与聚合，保证系统的可扩展性和高效性。

实时全量日志分析：利用轻量化、多级聚合等技术，对日志数据进行实时全量分析，提高威胁识别的准确性。

动态封装与验证：通过动态封装和动态验证技术，增强防御措施的灵活性和有效性，防止重放攻击、数据篡改和伪造请求。

行为分析与设备指纹：结合用户行为分析和设备指纹识别，进一步提高系统对复杂和高级Bot攻击的防御能力。

本发明在传统WAF的基础上引入了全量日志分析、主动防御技术，显著提升了网络安全防护能力，适应了当前复杂多变的网络安全环境。

 

以下将详细介绍本发明的各个方面和关键技术。

如图1所示为整体框架，本技术从总体上来看，主要分成了两大部分：分别是bot-gather和bot-statr。

Bot-Gather运行在每个引擎节点上，负责收集本机的WAF日志和必要数据的采集，对流量进行会话识别，判断当前会话是否有相应的动态规则：如有的话则进行动态验证、指纹验证和行为分析等，并对验证不通过的流量进行处置；如没有的话则进行规则条件匹配，预聚合并将预聚合数据发到redis等处理。

Bot-Statr运行在单独的中心服务器上，支持部署多个，负责按照租户纬度将同一租户的预聚合数据消费，进行全网汇聚，并按照Bot规则所配置的统计纬度进行全网统计和规则阈值判断，若发现超过规则阈值，将生成一条和会话相对应的动态规则以及需插入前端的一段JS代码（若配置了主动防御），并通过MQ（复用redis）广播到全网的Bot-Gather中。

 

下面详细介绍Bot-Gather组件功能，整体如图2所示：

此组件运行在每一个引擎节点上，分布在全网各个云节点。

1、日志&数据采集

支持通过共享内存实时读取WAF引擎的安全日志和访问日志；

支持通过共享内存实时读取WAF的流量数据（仅必要字段）；

支持记录日志读取状态，当Bot-Gather重启时可以恢复读取位置从而不丢失日志和流量数据；

支持按自定义分隔符或正则解析日志和流量数据，解析之后支持去除无用字段仅保留有用字段；

支持并发处理。

2、会话识别&查询动态规则

支持配置管理，接收管理平台（租户下发配置）下发的各种配置，并支持配置重启恢复；

支持按照当前所配Bot规则，对流量进行会话识别；

支持动态规则的存储和过期老化，并按照会话识别结果查询动态规则；

支持并发处理。

3、规则条件匹配&预聚合

若上述2没有查询到动态规则，则进入此步骤：

支持按照当前所配Bot规则，对流量进行规则匹配，过滤掉不满足匹配条件的流量和日志；

支持将满足匹配条件的流量和匹配结果，在内存中进行缓存和预聚合；

支持定期将预聚合数据按照租户ID进行hash分桶，分发到中心redis中，确保同一个租户的数据可以分配到同一个队列中；

支持并发处理。

4、主动防御模块

若上述2查询到动态规则，则进入此步骤：

支持提取请求中的签名值和相关数据（如URL、参数、随机数等），使用预设的公钥对签名值进行验证，如果签名失败则进入步骤5，执行动作为拦截，否则继续流程；

支持提取请求中的用户行为数据（如鼠标移动、点击或键盘输入等等），通过内置打分规则对当前行为进行分析，判断当前行为属于机器人还是正常用户，如果判断属于机器人则进入步骤5，执行动作为拦截，同时对于异常行为进行告警监控，否则继续流程；

支持提取请求关于设备的唯一信息（如浏览器类型、操作系统、硬件参数等等），通过内置算法生成设备指纹，将指纹与请求相关联，判断指纹是否重复或异常，并支持自定义白名单或黑名单指纹。若指纹异常则进入步骤5，执行动作为拦截，同时对于异常指纹进行告警监控，否则继续流程。

5、动作执行模块

此步骤依赖于WAF引擎的nginx模块，如果是拦截，重定向等都直接使用nginx。如果动作配置的是JS挑战或验证码，则由此模块动态生成JS代码并随响应一并返回给前端，以便验证用户的响应是否为正常用户。

 

下面详细介绍Bot-Statr组件功能，整体如图3所示：

此组件运行在单独的中心服务器上，支持多节点部署，方便弹性扩容，且不影响业务转发。主要功能如下：

1、消费redis&全网汇聚

支持多个statr之间负载分担；

支持消费redis中Bot规则匹配预聚合数据，在内存中缓存一段时间，聚合全网数据；

支持定期将全网汇聚数据通过内部chan发送到规则统计和判断模块；

支持并发处理。

2、各维度统计&规则判断

支持配置管理，接收管理平台（租户下发配置）下发的各种配置，并支持配置重启恢复；

支持按照Bot规则的纬度，将上述聚合数据关联到同一个规则中，并按照每个匹配条件进行各维度的统计；

支持按照Bot规则的纬度，判断其下关联的所有匹配条件是否达到所配阈值；

支持并发处理。

3、生成并维护动态规则

如上述2中达到触发阈值，则生成一条动态规则，由此模块在内存中保存；

支持将动态规则信息写入某个数据库（如PG），方便客户和管理员查看动态规则；

支持动态规则在Bot-Statr重启时恢复（从数据库中拉取数据）；

如果该Bot规则配置了动态防护功能，需要在此模块动态封装：使用私钥对请求中的关键字段（不同规则动态变化）进行签名并将结果附加到JS中；封装JS代码以收集用户的行为；封装JS代码以收集用户设备的指纹信息。

4、支持广播动态规则

将上述3动态规则和动态生成的JS代码一并发到MQ中（复用Redis），广播到各个引擎节点

5、支持定期清理动态规则

支持定期清理内存中失效的动态规则；

支持定期清理PG中失效的动态规则。

 

与现有技术相比，本发明提出了一种适用于WAF的基于日志分析的主动防御技术。该技术通过分布式架构，实时全量分析日志数据，结合动态封装和动态验证，实现对威胁流量的主动防御：

1. 分布式数据收集和分析：不论是Bot-Gather和Bot-Statr组件，还是到组件中具体某个功能模块，均支持高并发、分布式的特点，保证了系统的高效性和可用性。

2. 实时全量分析：与传统模式，将日志发送到某个大数据平台进行机器学习、分析再和WAF设备联动的模式相比，日志和数据的分析理论上仅存在聚合时间的延后，其他流程均为实时统计和分析。

3. 主动防御：通过动态封装，动态验证，用户行为、设备指纹验证以及JS挑战/验证码等一系列手段，增强了防御措施的灵活性和有效性，对高级Bot具备一定的防御能力。

4. 轻量级：整个系统仅引入redis作为消息中间件（相对其他MQ很轻量），其他两个模块均采用golang编写，Bot-Gather和Bot-Statr可以单独编译成可执行文件，方便部署和运维 。

总体来说，本发明在传统WAF的基础上引入了先进的日志分析、实时统计处理和主动防御技术，显著提升了网络安全防护能力，适应了当前复杂多变的网络安全环境。

 

图1：整体架构图

 

图2：Bot-Gather组件

 

 

图3：Bot-Statr组件