Giải pháp bảo vệ Web Server dựa trên Reverse Proxy

1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CNTT&TT Lê Hồng Sơn GIẢI PHÁP BẢO VỆ WEB SERVER DỰA TRÊN REVERSE PROXY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2012 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Hiện nay, bảo mật thông tin đang đóng một vai trò thiết yếu trong mọi hoạt động liên quan đến việc ứng dụng công nghệ thông tin. Trong đó Web Server luôn là những vùng đất màu mỡ cho các hacker tìm kiếm các thông tin giá trị hay gây rối vì một mục đích nào đó. Hiểm hoạ có thể là tấn công từ chối dịch vụ, quảng cáo các website có nội dung không lành mạnh, xoá, thay đổi nội dung các file hay phần mềm chứa mã nguy hiểm vv… Các nhà quản trị mạng luôn phải đau đầu, lo lắng tìm các phƣơng pháp để bảo vệ Web server và an toàn thông tin cho toàn bộ hệ thống. Xuất phát từ những nhu cầu trên, học viên quyết định lựa chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp bảo vệ Web Server dựa trên Reverse Proxy” mong muốn nghiên cứu, đánh giá khả năng bảo vệ Web Server và lựa chọn một ứng dụng để cấu hình và cài đặt thử nghiệm mô hình cụ thể. Ƣu điểm của giải pháp này là chi phí để xây dựng hệ thống bảo vệ Web Server là thấp. 2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Trong những năm vừa qua, hàng loạt các vụ tấn công vào hệ thống Web Server của các trang mạng xã hội tạo ra những quan tâm rất lớn trong các nhà quản trị hệ thống mạng thông tin. Sử dụng Reverse Proxy là một cách bảo vệ Web Server. Reverse Proxy đứng giữa một Server và tất cả Client mà Server phải phục vụ, hoạt động nhƣ một trạm kiểm soát, các request từ Client bắt buộc phải vào Reverse Proxy. Tại Reverse Proxy sẽ kiểm soát, lọc bỏ các request không hợp lệ và luân chuyển các request hợp lệ đến đích cuối cùng là các Server. Việc bảo vệ Web Server có nhiều biện pháp khác nhau, do đó đối tƣợng nghiên cứu của luận văn chỉ tập trung vào việc nghiên cứu giải pháp bảo vệ 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Web Server dựa trên Reverse Proxy. Sau đó cấu hình và cài đặt thử nghiệp bằng phần mềm mã nguồn mở NGINX. 3. Hƣớng nghiên cứu của đề tài: Việc nghiên cứu và đánh giá các vấn đề trong đề tài dựa trên các cơ sở khoa học và phƣơng pháp luận nghiên cứu sau: Hệ thống lý thuyết tổng quan về bảo mật trên Web Server; SSL; HTTPS; Reverse Proxy. Nghiêm cứu mô hình triển khai hệ thống mạng bảo mật cho Web Server và cấu hình và cài đặt thử nghiệm Reverse Proxy bằng phần mềm NGINX. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu: Thu nhập hệ thống lý thuyết tổng quan về bảo mật trên web server; SSL; HTTPS; Reverse Proxy. Tham khảo các tài liệu liên quan ở trong nƣớc, nƣớc ngoài và trên Internet; sử dụng phƣơng pháp phân tích, liệt kê, thực nghiệm,… 5. Ý nghĩa khoa học của đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu giải pháp bảo vệ Web Server dựa trên Reverse Proxy, cấu hình và cài đặt thử nghiệp bằng phần mềm mã nguồn mở NGINX. Vì điều kiện thời gian có giới hạn và năng lực của bản thân, mặc dù đã cố gắng nhưng đề tài chắc có thể chưa đi sâu phân tích hết các khía cạnh, chi tiết có liên quan. Kính mong Thầy hướng dẫn và Hội đồng bảo vệ luận văn tốt nghiệp cho ý kiến đóng góp thêm để đề tài được hoàn thiện hơn. 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ WEB SERVER 1.1.Tổ ng quan Web Server Web Server là máy chủ có dung lƣợng lớn, tốc độ cao, đƣợc dùng để lƣu trữ thông tin nhƣ một ngân hàng dữ liệu, chứa những website đã đƣợc thiết kế cùng với những thông tin liên quan khác (các mã Script, các chƣơng trình, và các file Multimedia). Web Server gửi đến Client những trang Web thông qua môi trƣờng Internet qua giao thức HTTP, HTTPS; giao thức đƣợc thiết kế để gửi các file đến Web Browser và các giao thức khác. Khi máy tính kết nối đến một Web Server và gửi đến yêu cầu truy cập các thông tin từ một trang Web nào đó, Web Server sẽ nhận yêu cầu và gửi lại những thông tin yêu cầu. Giống các phần mềm khác Web Server cũng chỉ là một ứng dụng phần mềm. Nó đƣợc cài đặt, chạy trên máy tính dùng làm Web Server, nhờ có chƣơng trình này mà ngƣời sử dụng có thể truy cập đến các thông tin của trang Web từ một máy tính khác ở trên mạng Internet, Intranet. Hình 1.1 Mô hình hoạt động Web Server Web Server còn có thể đƣợc tích hợp với Database hay điều khiển việc kết nối vào Database để có thể truy cập và kết xuất thông tin từ Database lên các trang Web và truyền tải chúng đến ngƣời dùng. Web Server phải hoạt 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn động liên tục 24/24 giờ, 7 ngày một tuần và 365 ngày một năm, để phục vụ cho việc cung cấp thông tin trực tuyến. Có nhiều Web Server khác nhau, việc lựa chọn một web server phù hợp sẽ dựa trên các tiêu chí đánh giá. Khả năng làm việc với hệ điều hành, các ứng dụng khác, thiết lập các chƣơng trình ứng dụng phía server, bảo mật dữ liệu, xuất bản trang web, các công cụ hỗ trợ khi xây dựng các trang web. Hiệ n nay, có 2 loại web server thông dụng nhất là : Internet Information Services (IIS), Apache Web Server. 1.1.1. Internet Information Services (IIS) Internet Information Services (IIS) là một dịch vụ tùy chọn của Windows Server cung cấp các tính năng về Web site. Giải pháp phổ biến nhất của Microsoft cho một web site là chạy IIS trên nền Windows Server. IIS là dịch vụ thông tin Internet do Microsoft phát triển, sản phẩm này đƣợc tích hợp cùng với hệ điều hành Windows. Phiên bản mới nhất hiện nay là IIS 7.0 đƣợc chạy trên hệ điều hành Windows Server 2003, 2008 Phiên bản này đƣợc Microsoft thiết kế lại dƣới dạng module, vừa kế thừa ƣu điểm của những phiên bản trƣớc,vừa tăng cƣờng tính bảo mật và ổn định. Những điểm đáng chú ý trong IIS 7.0 bao gồm: IIS 7.0 cung cấp 2 công cụ quản trị, một dƣới dạng đồ họa và một dƣới dạng dòng lệnh. Những công cụ quản trị này cho phép bạn: - Quản lý tập trung IIS và ASP.NET; - Xem thông tin, chẩn đoán, trong đó bao gồm các thông tin real-time; - Thay đổi quyền trên các đối tƣợng site và ứng dụng; - Ủy quyền cấu hình các đối tƣợng site và ứng dụng cho các thành viên không có quyền quản trị; 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 1.2 Phần mềm IIS7 Thay đổi cách thức lƣu trữ thông tin cấu hình IIS 7.0 và ASP.NET vào một vị trí, từ đó cho phép: - Cấu hình IIS và ASP.NET với một định dạng thống nhất - Dễ dàng sao chép các file cấu hình và nội dung của site hoặc ứng dụng đến một máy tính khác Dễ dàng chẩn đoán và khắc phục sự cố nhờ vào thông tin real-time và hệ thống file log ở mức độ chi tiết IIS 7.0 đƣợc thiết kế dƣới dạng module, cho phép bổ sung cũng nhƣ loại bỏ các thành phần từ Web Server khi cần. Khả năng tƣơng thích cao đối với các ứng dụng đã triển khai trong các phiên bản IIS trƣớc. Khi đó triển khai IIS 7.0 có thể chạy các ứng dụng ASP hoặc ASP.NET 2.0 đã đƣợc xây dựng từ trƣớc mà không cần phải thay đổi mã nguồn. Trong IIS bao gồm nhiều dịch vụ dịch vụ nhƣ: dịch vụ Web Server, dịch vụ FTP Server … Ở đây chỉ đề cập đến dịch vụ Web Server. IIS Web Server 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn đáp ứng mọi yêu cầu chủ yếu của một Web Server nhƣ: độ tin cậy, hiệu năng, khả năng theo dõi giám sát, tính bảo mật và tính khả thi trong việc phát triển các dịch vụ ứng dụng. Tất cả các cải tiến này là kết quả là sự kết hợp chặt chẽ cùng với các tính năng mới đƣợc cung cấp trong hệ điều hành Windows. Ngƣời dùng có thể triển khai liên tục các ứng dụng mạng lên các Server với nội dung mới nhất. IIS hỗ trợ đầy đủ các hệ thống ngôn ngữ lập trình nhƣ Visual Basic, Visual Basic Script, J script MT đƣợc phát triển bởi Microsoft và Java Conponent, ứng dụng CGI dành cho các ngôn ngữ lập trình Web cơ sở, ISAPI mở rộng và các bộ lọc. 1.1.2. Apache Web Server Apache Web Server đƣợc xem nhƣ một sự nỗ lực rất lớn trong việc phát triển và duy trì một Web Server mã nguồn mở cho các hệ điều hành, bao gồm Unix, Linux và Windows. Đây là một Web Server hội tụ tất cả các tính năng: bảo mật, hiệu suất, mở rộng và phát triển cung cấp các dịch vụ Web đƣợc đồng bộ trong các chuẩn Web hiện hành. Các đặc điểm nổi bật của Apache: - Apache có thể chạy kết hợp giữa chế độ đa xử lý và chế độ đa chỉ lệnh. - Hỗ trợ nhiều giao thức: Apache đƣợc phát triển để có thể phục vụ trên nhiều giao thức khác nhau. - Ngày càng hỗ trợ tốt hơn cho các hệ điều hành khác nhƣ: Linux, OS và Windows. - Ngày càng phát triển và hoàn thiện các API (Application Program Interface). - Hỗ trợ IPv6. - Hỗ trợ nhiều modul dùng để lọc các dòng dữ liệu đến hoặc đi từ server. 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 1.3 Phần mềm apache - Hỗ trợ nhiều ngôn ngữ hiển thị các thông báo lỗi. Ngày càng đơn giản và dễ dàng thiết lập các tham số cho Web Server qua các file cấu hình. 1.2. Mộ t số phƣơng thƣ́ c tấ n công web server 1.2.1. Authentication attacks Authentication đóng một vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo tính an ninh của một web application. Khi một user cung cấp login name và password để xác thực tài khoản của mình, web application cấp quyền truy xuất cho user dựa vào login name mà user nhập vào đã đƣợc lƣu trong cơ sở dữ liệu. HTTP có một số phƣơng thức xác thực: - Basic - Digest - Form-based. - NTLM. 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Negotiate. - Client-side. - Microsoft Passport. Kiểu tấn công này không dựa vào lỗ hổng an ninh trên hệ điều hành và phần mềm của server. Nó phụ thuộc vào mức độ an ninh và phức tạp của password đƣợc lƣu trữ và mức độ khó khăn để cho attacker có thể tiếp cận đƣợc server. Khi thực hiện tấn công này, hacker có thể vƣợt rào xác thực và vào hệ thống với quyền truy xuất mà mình mong muốn. Với quyền đăng nhập cao nhất admin, hacker có thể toàn quyền điều khiển hệ thống web bị tấn công. Giải pháp tốt hơn cho vấn đề này là sử dụng một vài hình thức “multi- factor authentication” (chứng thực sử dụng nhiều yếu tố). Vấn đề ở đây là sức mạnh tính toán của các máy tính ngày này ngày càng tăng. Chúng có khả năng xử lý một lƣợng lớn dữ liệu chỉ trong một khoảng thời gian ngắn. Một “password” chỉ là một chuỗi các ký tự (có trên bàn phím) mà một ngƣời cần ghi nhớ và cung cấp cho máy tính khi cần thiết (nhƣ để đăng nhập vào máy tính, truy cập tài nguyên trên mạng…). Thật không may, các mật khẩu mà quá phức tạp để ghi nhớ đối với con ngƣời thì lại dễ dàng bị dò ra bởi các công cụ “pasword cracking” trong một khoảng thời gian ngắn đến kinh ngạc. Các kiểu tấn công nhƣ “dictionary attack”, “brute fore attack” và “hybrid attack” thƣờng đƣợc sử dụng để đoán và bẻ khóa mật khẩu. Phƣơng thức bảo vệ duy nhất chống lại những “threat” nhƣ vậy là tạo ra các mật khẩu mạnh “strong password” (độ dài của mật khẩu thƣờng từ 8 ký tự trở lên, trong đó bao gồm cả chữ cái in thƣờng/in hoa, chữ số, ký tự đặc biệt) và sử dụng thêm các yếu tố khác (vân tay, smart card, võng mạc mắt,…) cho việc chứng thực. 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nhƣng ngay cả khi ngƣời ta có thể nhớ đƣợc các “strong password” (tất nhiên độ phức tạp của “password” này cần ở mức vừa phải) nhƣ dài từ 12 đến 16 ký tự, thì vẫn còn các vấn đề khác mà các hệ thống chứng thực chỉ dựa vào “password” phải đối mặt. 1.2.2. HTTP Response Splitting Lỗi HTTP Response Splitting tấn công vào ứng dụng web và diễn ra khi nó không thể xử lý đúng các thông tin đầu vào ngƣời dùng nhập. Kẻ tấn công từ xa có thể gửi một yêu cầu HTTP đặc biệt làm cho máy chủ web định dạng yêu cầu nhầm tƣởng rằng nó chứa 2 yêu cầu HTTP chứ không phải một. Chỉ yêu cầu thứ nhất đƣợc xử lý bởi ngƣời sử dụng. HTTP Response Splitting cho phép tiến hành một lƣợng lớn các cuộc tấn công kiểu nhƣ web cache positioning, deface, “cross-user defacement”, chặn và ăn cắp thông tin ngƣời dùng và Cross site Scripting. 1.2.3. File Inclusion Attacks Khi một trang web sử dụng các lệnh include, require,… để gọi đến một file khác, sơ ý để ngƣời dùng có thể thay đổi file cần gọi đến. Nhƣ vậy Website đó đang đứng trƣớc nguy cơ bị tấn công File Inclusion. Tùy vào mức độ bảo mật của Server, hacker có thể include đến file trên Server đó hoặc include đến file trên Server khác (remote include). Với từng mức độ hacker có thể có nhiều cách để up shell. Nếu server kém bảo mật thì kẻ tấn công có thể đọc đƣợc file của toàn bộ hệ thống, file của các Website khác trên cùng máy chủ đó. Lỗi này dùng để tấn công local kiểu tấn công máy chủ, website qua một site bị lỗi trên máy chủ. Nếu có quyền ghi, tất cả các file có thể bị thay đổi: deface trang chủ, chèn mã độc để thu thập thông tin đăng nhập, ẩn dấu backdoor để lần sau vào tiếp,…Có thể lấy thông tin truy nhập cơ sở dữ liệu [...]... nay có rất nhiều biện pháp bảo vệ Web Chƣơng 2 của luận văn trình bày về Giải pháp bảo vệ Web Server dựa trên Reverse Proxy 2.1 Giao thức SSL/TLS 2.1.1.Giao thức SSL 2.1.1.1.Giới thiệu giao thức SSL Giao thức SSL là chữ viết tắt từ Secure Socket Layer, đây là một tiêu chuẩn an ninh công nghệ toàn cầu tạo ra một liên kết đƣợc mã hóa giữa máy chủ web và trình duyệt Liên kết này đảm bảo tất cả các dữ liệu... http://www.lrc-tnu.edu.vn 20 CHƢƠNG 2: GIẢI PHÁP BẢO VỆ WEB SERVER DỰA TRÊN REVERSE PROXY Ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của Internet, số lƣợng các giao dịch qua mạng ngày càng tăng Việc thực hiện một giao dịch an toàn là một yêu cầu thiết thực nhất là trong thƣơng mại điện tử và các lĩnh vực nhạy cảm khác nhƣ ngân hàng, tài chính, an ninh… Để bảo vệ Web Server không bị các hacker tấn công... Web hoặc một Web application firewall Hoạt động nhƣ một module của máy chủ web Apache, mục đích của ModSecurity là tăng cƣờng bảo mật cho các ứng dụng web, bảo vệ chúng khỏi các loại tấn công đã biết và chƣa biết Modsecurity có thể : - Theo dõi HTTP traffic để phát hiện những dấu hiệu bất thƣờng - Lọc các dữ liệu ra vào Web Server - Ghi lại các tƣơng tác giữa Client và Web Server 1.3.2 Secure Web Server. .. hạn, khi bạn gõ một địa chỉ Web URL vào trình duyệt Web, một lệnh HTTP sẽ đƣợc gửi tới Web server để ra lệnh và hƣớng dẫn nó tìm đúng trang Web đƣợc yêu cầu và kéo về mở trên trình duyệt Web Hình 2.10 Giao thức HTTP HTTP là giao thức truyền tải các file từ một Web server vào một trình duyệt Web để ngƣời dùng có thể xem một trang Web đang hiện diện trên Internet Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học... Đặt các Web Server của bạn trong vùng DMZ Thiết lập firewall của bạn không cho các kết nối tới Web Server trên toàn bộ các cổng, ngoại trừ cổng 80 (http), cổng 443 (https) và các cổng dịch vụ mà bạn sử dụng + Đăng ký và cập nhật định kỳ các bản sửa lỗi mới nhất về an toàn, bảo mật từ các nhà cung cấp + Thực hiện toàn bộ việc cập nhật từ mạng Intranet Duy trì trang Web ban đầu trên mỗi Server trên hệ... cập nhật các thông tin định tuyến giữa các router - Xây dựng hệ thống lọc thông tin trên router, firewall… và hệ thống bảo vệ chống lại SYN flood - Liên tục cập nhật, nghiên cứu, kiểm tra để phát hiện các lỗ hổng bảo mật và có biện pháp khắc phục kịp thời 1.3 Môt sô giai pháp bao mât cho web server ̣ ́ ̉ ̉ ̣ Các Web server luôn là những vùng đất màu mỡ cho các hacker tìm kiếm các thông tin giá trị hay... truy cập từ xa Với Web Server cần đƣợc bảo vệ chặt chẽ trong một môi trƣờng riêng biệt thì ISA SERVER 2006 cho phép triển khai các vùng DMZ ngăn ngừa sự tƣơng tác trực tiếp giữa ngƣời bên trong và bên ngoài hệ thống - Ngoài các tính năng bảo mật thông tin trên, ISA SERVER 2006 còn có hệ thống đệm (cache) giúp kết nối Internet nhanh hơn do thông tin trang web có thể đƣợc lƣu sẵn trên RAM hay đĩa cứng,... chữ viết tắt từ Hyper Text Transfer Protocol (giao thức truyền tải siêu văn bản) Đƣợc xây dựng dựa vào nền của Internet và sử dụng giao thức TCP/IP để truyền tải thông tin giữa các Web Client và Web Server HTTP là giao thức Client /Server dùng cho World Wide Web Nó cung cấp cách để Web Browser truy xuất Web server và yêu cầu các văn bản hypermedia đƣợc tạo bởi HTML Các văn bản HTML có thể chứa các siêu... (Firewall), các hệ thống phòng chống tấn công IDS/IPS và phần mềm giám sát hệ thống + Các Web Server cài đặt hệ điều hành Windows, Linux… và các giải pháp phòng chống virus, chống thƣ rác (spam mail) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 16 Hình 1.5 Mô hình bảo vệ Web Server + Hệ thống lƣu trữ: Các thiết bị lƣu trữ dữ liệu tích hợp SAN (Storage Area Network)... đang chạy Web Browser gõ tên Server hay địa chỉ IP vào trƣờng Address, browser sẽ định vị địa chỉ này trên mạng (mạng intranet nội bộ hay mạng internet tùy thuộc vào sự kết nối) và sự kết nối sẽ đƣợc thực hiện đến Web server đã chỉ định HTTP là giao thức lệnh và điều khiển xác lập việc truyền tin giữa Client và Server và chuyển lệnh qua lại giữa hai hệ thống Chẳng hạn, khi bạn gõ một địa chỉ Web URL . Để bảo vệ Web Server không bị các hacker tấn công là vấn đề có tính cấp bách, hiện nay có rất nhiều biện pháp bảo vệ Web. Chƣơng 2 của luận văn trình bày về Giải pháp bảo vệ Web Server dựa trên. từ những nhu cầu trên, học viên quyết định lựa chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp bảo vệ Web Server dựa trên Reverse Proxy mong muốn nghiên cứu, đánh giá khả năng bảo vệ Web Server và lựa chọn. QUAN CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ WEB SERVER 1.1.Tổ ng quan Web Server Web Server là máy chủ có dung lƣợng lớn, tốc độ cao, đƣợc dùng để lƣu trữ thông tin nhƣ một ngân hàng dữ liệu, chứa những website