CDN 与 WAF 精讲教程 / 第10章 API 安全

第10章 API 安全

随着微服务和前后端分离架构的普及，API 已成为 Web 应用的核心接口。本章从 CDN/WAF 角度讲解 API 安全的关键技术和最佳实践。

10.1 API 安全威胁全景

10.1.1 OWASP API Security Top 10 (2023)

10.1.2 API 攻击向量

API 攻击向量：

  ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
  │  认证攻击                                                │
  │  ├── API Key 泄露 / 暴力破解                            │
  │  ├── JWT Token 伪造 / 过期利用                          │
  │  ├── OAuth 授权码劫持                                   │
  │  └── 凭证填充 (Credential Stuffing)                     │
  ├─────────────────────────────────────────────────────────┤
  │  授权攻击                                                │
  │  ├── IDOR（ID 篡改访问他人资源）                         │
  │  ├── 功能越权（普通用户调用管理员 API）                  │
  │  └── BOLA（对象级授权绕过）                              │
  ├─────────────────────────────────────────────────────────┤
  │  输入攻击                                                │
  │  ├── SQL/NoSQL 注入                                     │
  │  ├── XXE (XML External Entity)                          │
  │  ├── 反序列化攻击                                       │
  │  └── SSRF (Server-Side Request Forgery)                 │
  ├─────────────────────────────────────────────────────────┤
  │  业务攻击                                                │
  │  ├── 过度调用（资源消耗型攻击）                          │
  │  ├── 批量数据抓取                                       │
  │  ├── 业务逻辑绕过                                       │
  │  └── 自动化欺诈                                         │
  └─────────────────────────────────────────────────────────┘

10.2 速率限制（Rate Limiting）

10.2.1 API 限速策略

10.2.2 API 限速响应标准

HTTP/1.1 429 Too Many Requests
Content-Type: application/json
Retry-After: 60
X-RateLimit-Limit: 100
X-RateLimit-Remaining: 0
X-RateLimit-Reset: 1715347200

{
    "error": {
        "code": "RATE_LIMIT_EXCEEDED",
        "message": "Too many requests. Please retry after 60 seconds.",
        "retry_after": 60
    }
}

10.2.3 Nginx API 限速

# 基于 API Key 的限速
http {
    # 使用 $http_x_api_key 作为限速键
    map $http_x_api_key $api_key_zone {
        default                    "default";
        "key-premium-user-123"     "premium";
        "key-basic-user-456"       "basic";
    }

    limit_req_zone $api_key_zone zone=api_default:10m rate=10r/s;
    limit_req_zone $api_key_zone zone=api_premium:10m rate=100r/s;
    limit_req_zone $api_key_zone zone=api_basic:10m rate=30r/s;

    server {
        location /api/v1/ {
            # 不同套餐使用不同限速
            limit_req zone=api_default burst=20 nodelay;

            # 按 $api_key_zone 变量选择限速策略
            if ($api_key_zone = "premium") {
                # 使用 premium 限速（通过 map 映射）
            }

            add_header X-RateLimit-Limit "${limit_req_limit}" always;
            add_header X-RateLimit-Remaining "${limit_req_remaining}" always;
        }
    }
}

10.3 输入验证

10.3.1 API 输入验证清单

10.3.2 WAF 输入验证规则

# API 输入验证规则示例

# 1. ID 参数必须为纯数字
SecRule ARGS:id "!@rx ^\d+$" \
    "id:11001,phase:2,block,msg:'API ID parameter must be numeric'"

# 2. Email 格式验证
SecRule ARGS:email "!@rx ^[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\.[a-zA-Z]{2,}$" \
    "id:11002,phase:2,block,msg:'Invalid email format'"

# 3. JSON Body 大小限制
SecRule REQUEST_HEADERS:Content-Length "@gt 1048576" \
    "id:11003,phase:1,block,msg:'Request body too large (>1MB)'"

# 4. Content-Type 白名单
SecRule REQUEST_METHOD "@rx ^(POST|PUT|PATCH)$" \
    "id:11004,phase:1,chain,block,msg:'Invalid Content-Type'"
    SecRule REQUEST_HEADERS:Content-Type "!@rx ^(application/json|multipart/form-data)$" ""

# 5. 特殊字符检测（防注入）
SecRule ARGS "@rx [;|`$]" \
    "id:11005,phase:2,block,msg:'Special characters not allowed in parameters'"

10.4 认证与授权

10.4.1 API 认证方式对比

10.4.2 JWT 验证（边缘层）

// Cloudflare Workers JWT 验证
export default {
    async fetch(request) {
        const authHeader = request.headers.get('Authorization');
        if (!authHeader || !authHeader.startsWith('Bearer ')) {
            return new Response(JSON.stringify({ error: 'Missing token' }), {
                status: 401,
                headers: { 'Content-Type': 'application/json' }
            });
        }

        const token = authHeader.slice(7);
        try {
            // 使用 Web Crypto API 验证 JWT
            const payload = await verifyJWT(token, SECRET_KEY);

            // 检查 Token 过期
            if (payload.exp && payload.exp < Math.floor(Date.now() / 1000)) {
                return new Response(JSON.stringify({ error: 'Token expired' }), {
                    status: 401,
                    headers: { 'Content-Type': 'application/json' }
                });
            }

            // 将用户信息注入到上游请求头
            const headers = new Headers(request.headers);
            headers.set('X-User-Id', payload.sub);
            headers.set('X-User-Role', payload.role || 'user');

            return fetch(new Request(request, { headers }));
        } catch (e) {
            return new Response(JSON.stringify({ error: 'Invalid token' }), {
                status: 401,
                headers: { 'Content-Type': 'application/json' }
            });
        }
    }
}

10.4.3 OAuth 2.0 流程

OAuth 2.0 Authorization Code Flow：

  ┌──────────┐                        ┌─────────────┐         ┌──────────┐
  │  Client   │                        │ Auth Server  │         │ Resource │
  │ (SPA/App) │                        │             │         │  Server  │
  └─────┬────┘                        └──────┬──────┘         └────┬─────┘
        │                                    │                     │
        │ 1. 用户点击登录                    │                     │
        │ ──→ 重定向到授权端点               │                     │
        │                                    │                     │
        │ 2. 用户授权                        │                     │
        │ ←── 返回授权码 (code)              │                     │
        │                                    │                     │
        │ 3. 用 code 换 Token                │                     │
        │ ──→ POST /token {code, ...}        │                     │
        │                                    │                     │
        │ 4. 返回 access_token + refresh_token                    │
        │ ←── {access_token, refresh_token}  │                     │
        │                                    │                     │
        │ 5. 使用 access_token 调用 API       │                     │
        │ ──→ GET /api/data (Bearer token) ──────────────────────→ │
        │                                    │                     │
        │ 6. 返回资源数据                    │                     │
        │ ←── {data: ...}                   │                     │
        │                                    │                     │

10.5 API 密钥管理

10.5.1 API Key 安全规范

10.5.2 API Key 泄露检测

# 扫描 Git 仓库中的 API Key 泄露
# 使用 trufflehog / gitleaks 等工具

# trufflehog 示例
trufflehog git https://github.com/org/repo --only-verified

# GitHub Secret Scanning（自动检测）
# 在 GitHub 仓库设置中启用 Secret Scanning

# 自定义正则扫描
grep -rn -E "(api[_-]?key|secret[_-]?key|access[_-]?token)\s*[:=]\s*['\"][A-Za-z0-9+/=]{20,}" ./src/

10.6 GraphQL 安全

10.6.1 GraphQL 特有威胁

10.6.2 GraphQL 安全配置

// GraphQL 安全配置（Node.js / Apollo Server 示例）

const { ApolloServer } = require('@apollo/server');

const server = new ApolloServer({
    typeDefs,
    resolvers,

    // 安全配置
    validationRules: [
        // 限制查询深度
        createDepthLimitRule(10),

        // 限制查询复杂度
        createComplexityRule({
            maximumComplexity: 1000,
            estimators: [
                fieldExtensionsEstimator(),
                simpleEstimator({ defaultComplexity: 1 })
            ]
        }),

        // 禁用内省（生产环境）
        NoIntrospection(),
    ],

    // 限制单次操作数量
    allowBatchedHttpRequests: false,

    // 格式化错误（不暴露内部信息）
    formatError: (error) => {
        if (error.extensions?.code === 'GRAPHQL_VALIDATION_FAILED') {
            return { message: 'Invalid query' };
        }
        return { message: 'Internal server error' };
    },
});

10.6.3 WAF GraphQL 规则

# ModSecurity GraphQL 安全规则

# 限制请求体大小（GraphQL 查询可能很大）
SecRule REQUEST_BODY "@gt 51200" \
    "id:12001,phase:2,block,msg:'GraphQL query too large (>50KB)'"

# 检测内省查询
SecRule REQUEST_BODY "@rx __schema|__type" \
    "id:12002,phase:2,block,msg:'GraphQL introspection blocked'"

# 检测批量查询
SecRule REQUEST_BODY "@rx \[.*query.*mutation" \
    "id:12003,phase:2,block,msg:'Batch GraphQL queries blocked'"

# 检测深层嵌套
SecRule REQUEST_BODY "@rx (\{[^}]{0,100}){8,}" \
    "id:12004,phase:2,block,msg:'GraphQL query depth exceeded'"

10.7 API 网关安全架构

API 安全分层架构：

  客户端
     │
     ▼
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  CDN / 边缘层                                                │
│  ├── TLS 终结                                               │
│  ├── DDoS 防护                                              │
│  ├── Bot 检测                                               │
│  ├── 地理限制                                               │
│  └── 基础 WAF                                               │
└───────────────────────┬──────────────────────────────────────┘
                        │
┌───────────────────────▼──────────────────────────────────────┐
│  API Gateway                                                │
│  ├── 认证验证（JWT/OAuth）                                   │
│  ├── 速率限制                                               │
│  ├── 请求转换                                               │
│  ├── API 版本路由                                           │
│  └── 日志审计                                               │
└───────────────────────┬──────────────────────────────────────┘
                        │
┌───────────────────────▼──────────────────────────────────────┐
│  服务层                                                      │
│  ├── 业务授权（RBAC/ABAC）                                   │
│  ├── 输入验证                                               │
│  ├── 业务逻辑                                               │
│  └── 数据访问                                               │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘

10.8 注意事项

⚠️ API 发现：维护完整的 API 清单，包括未公开的"影子 API"。未管理的 API 是最大安全盲区。

⚠️ 版本管理：旧版本 API 可能存在已知漏洞，应设定下线时间表。

⚠️ 错误信息：API 错误响应不应暴露内部实现细节（如数据库结构、堆栈跟踪）。

⚠️ CORS 配置：Access-Control-Allow-Origin: * 在生产环境中是危险的，应使用精确域名白名单。

10.9 扩展阅读

• OWASP API Security Top 10 — API 安全十大风险
• RFC 6749 - OAuth 2.0 — OAuth 2.0 规范
• JWT Best Practices (RFC 8725) — JWT 安全最佳实践
• GraphQL Security Best Practices — GraphQL 安全指南
• API Gateway Comparison — 主流 API 网关对比

本章小结

下一章：第11章 Cloudflare 实战 →