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REST API 安全最佳实践与常见漏洞解析

REST API 安全最佳实践与常见漏洞解析

API 安全简介

随着 API 在现代应用程序中的普及,API 安全已成为开发人员和安全专业人员关注的重点。2022 年,API 成为主要的攻击媒介。本文介绍了 API 安全的基本要素、常见漏洞及攻击方式,并提供了构建安全 API 的最佳实践。

API 是如何工作的?

表述性状态传输(REST)是一种用于万维网上超媒体数据的软件架构。它是实现应用程序编程接口(API)的常用方法,允许客户端与服务器之间传输数据。

客户端和服务器之间的事务包括向特定端点发出的请求,该请求由基本 URL(服务器域名)、方法(URL 的路径部分)和可选参数组成。请求指定要使用的方法(通常称为动词),并可能包含正文(通常为 JSON 或 XM L)。

服务器在验证请求的身份和授权后,会处理请求并返回响应,其中包括指示请求状态的 HTTP 响应代码。响应可能以不同格式和编码方案返回数据负载。

为什么 API 安全性如此重要?

全球 API 的数量正在迅速增长,Postman 报告称,去年增长率为 39%。Gartner 预计,到 2022 年,90% 的 Web 应用程序在 API 中暴露的攻击面将比在 UI 中暴露的攻击面更多,API 滥用将成为最常见的攻击媒介。API 对攻击者有很大吸引力,因为它们通常通过记录在案的终端节点暴露在外,攻击工具可以轻松自动化攻击。

API 的普遍性、相对容易攻击的特性以及暴露的数据价值,使得 API 安全成为安全和风险专业人员的首要任务。幸运的是,开发人员可以通过一些成熟的模式和实践来有效降低 API 漏洞的风险。

API 安全的基础

保护 API 的第一步是深入了解 API 的基本元素,包括:

传输层安全性 (TLS)

传输层安全性 (TLS) 协议用于确保通过 TCP/IP 网络的安全通信。它加密数据以防止在传输过程中被窃听,并确保客户端能够验证服务器的完整性(通过证书检查)。尽管证书管理曾是一个挑战,但有了 Let’s Encrypt 等服务提供商,证书部署变得更加简单。所有新的 API 开发都应将保护通信网络作为首要任务。

速率限制

公共 API 作为企业的门户,必须防止拒绝服务 (DoS) 攻击。攻击者可能会发起自动化攻击,影响合法用户的性能,甚至耗尽服务器资源。速率限制可以缓解这些问题,限制从特定 IP 地址到终端节点的重复访问。这通常通过 API 网关或专用防护产品(如 WAF 或 API 防火墙)来实现。

访问控制

访问控制是 API 安全的核心,包含两个方面:

  • 身份验证:确定谁在访问 API。
  • 授权:确定用户在 API 中可以做什么。

无身份验证
对于只读的公共 API,可能不需要身份验证,通常用于信息和状态查看。

基本身份验证
基本身份验证是一种过时的方法,通过将用户名和密码编码为 Base64 字符串进行传输,缺乏安全性,不建议用于新设计。

会话 Cookies
通过登录页面进行身份验证后,客户端存储会话 Cookie 进行后续请求。这种方法存在泄露和生命周期管理问题,也不推荐使用。

承载者认证
通过使用用户凭证的哈希值来改进基本身份验证,但仍存在中间人攻击的风险。

API 密钥
API 密钥是常用的身份验证方法。服务器生成密钥供客户端使用,客户端通过标头提交密钥进行验证。虽然 API 密钥适合服务 API,但在客户端应用程序中的安全存储和生命周期管理仍然是挑战。

OAuth 2.0
OAuth 2.0 是广泛使用的身份验证和授权标准,允许客户端通过授权服务器验证身份并获得访问令牌。最常用的流包括授权码流程和使用 PKCE 的授权代码流程,后者增强了安全性,适用于无法存储客户端密钥的应用。

OpenID Connect (OIDC)
OpenID Connect 是建立在 OAuth 之上的身份层,支持通过 JWT 令牌获取用户信息,如用户名和电子邮件,并验证信息的完整性。

授权

一旦确定客户端身份,服务器需要评估其访问资源的权限。访问控制通常在请求级别和对象级别进行。复杂的授权要求最好使用专用库或框架(如 Open Policy Agent)来处理。

JSON Web 令牌 (JWT)

JWT 用于在客户端和服务器之间安全传输信息。JWT 由标头、声明和签名组成。标头提供有关算法的信息,声明部分包含服务器特定的数据,签名用于验证消息的完整性。JWT 的广泛使用要求在生产环境中小心处理,以避免常见的陷阱。

安全的 API 生命周期

有效的 API 安全性理想地建立在完善的 DevOps 流程的基础上。以下是 API 生命周期中关键的安全阶段和最佳实践:

设计

强大的 API 安全性从设计阶段开始,以确保充分考虑以下内容:

  • 基于操作环境的身份验证和授权要求:选择合适的 OAuth 流程。
  • 了解基于用户权限的访问控制模型:确保访问控制符合用户权限。
  • 数据隐私和保护要求:遵循 GDPR、PII、PCI-DSS 等数据保护标准。
  • 适用的法规和治理要求:符合相关法规和治理标准。
  • 新出现的威胁和攻击方法:了解最新的威胁模型,以减少攻击面。
  • 威胁建模:进行正式的威胁建模活动,以了解所有攻击面和弱点。
  • OpenAPI 规范:定义明确的 OAS 定义是强大且安全的 API 设计的基础,包括请求和响应数据验证、端点规范和安全性。

建设

API 后端的构建是确保 API 安全的关键因素:

  • 设计优先方法:使用 OAS 定义进行审计和审查,确保规范的完整性。
  • 代码生成工具:使用工具如 Swagger Codegen 自动生成 API 后端代码。
  • 框架安全建议:查阅特定框架(如 Spring Boot、ASP.NET Core)的安全建议,特别是有关身份验证和授权中间件的建议。

测试

设计优先方法的一个主要优点是能够利用工具自动化测试:

  • API 功能测试:确保 API 正常工作。
  • 性能和负载测试:评估 API 的性能。
  • 安全测试:检测潜在的安全漏洞。
  • API 一致性测试:确保 API 按照 OAS 定义运行,并产生预期的响应。

保护

某些 API 保护措施应在网关级别实施:

  • 速率限制:在 API 流量到达 API 之前进行速率限制。
  • 外部保护:通过 API 网关实现深度防御,减少单点故障的可能性。

API 网关

许多优秀的 API 网关可用于主要云平台:

  • OAS 定义提取:网关通常可以提取 OAS 定义。
  • 策略实施:管理速率限制、JWT 验证、传输层安全性。
  • 可观察性和监控:提供可观察性和监控功能。

WAF 和 WAAP

Web 应用程序传统上依赖 WAF 来抵御攻击:

  • WAF 功能:充当客户端和服务器之间的代理,过滤流量中的恶意内容。
  • 下一代 WAF 和 API 保护产品:使用基于代理的保护、RASP、机器学习或人工智能功能提供更接近应用层的保护。

API 微防火墙

API 微防火墙通过积极的安全模型强制执行 OAS 合同:

  • 专用保护:只允许符合协议的方法、端点和数据。
  • 内存占用小:为微服务设计,内存占用较小。

监测

API 生命周期的最后一个要素是主动监控:

  • 遥测和日志记录:嵌入到 API 后端代码中,以提供操作洞察。
  • 警报集成:将来自网关和防火墙的警报集成到 SIEM 和 SOC 中,以便进行安全监控和隔离。

治理

API 安全还包括从设计到运营的全过程治理:

  • 合规性和隐私要求:确保遵守所有法规、合规性和隐私要求。
  • API 清单管理:维护最新的 API 清单,减少影子 API 和僵尸 API 的普遍性,管理良好的清单对于减少 API 攻击面至关重要。

常见的 API 攻击方法(和防御措施)

了解常见的 API 攻击方法可以帮助开发人员更好地保护 API。以下是主要的攻击方法及其防御措施:

1. 机器人攻击

描述:恶意爬虫程序用于抓取大量数据或 PII。
防御措施

  • 实施速率限制和 IP 黑名单。
  • 使用验证码(CAPTCHA)验证用户行为。

2. API Discovery 和 Endpoint Enumeration

描述:攻击者试图获取有关 API 及其终端节点的知识。
防御措施

  • 隐藏 API 终端节点,并使用复杂的路径。
  • 使用强身份验证和授权机制。

3. 拒绝服务攻击(DoS)

描述:通过使服务器过载来使 API 脱机。
防御措施

  • 实施速率限制。
  • 使用防火墙和分布式拒绝服务(DDoS)保护服务。

4. 凭证填充攻击(Credential Stuffing)

描述:使用常见密码字典攻击 API。
防御措施

  • 实施速率限制。
  • 使用多因素身份验证(MFA)。

5. 账户接管攻击(Account Takeover)

描述:利用密码重置进程或其他手段接管账户。
防御措施

  • 强化密码重置过程。
  • 实施速率限制和强多因素身份验证。

6. API 磨损和分页攻击

描述:恶意爬虫抓取整个数据存储,或利用分页功能遍历所有页面。
防御措施

  • 对同一账户或 IP 地址的请求实施限制。
  • 检测异常请求模式并采取措施阻止。

这些防御措施有助于减少常见的 API 攻击风险,并增强 API 的安全性。

常见漏洞

OWASP 组织发布了专门的 OWASP API 安全 10 大漏洞,描述了前 10 个最常见的 API 漏洞类别。以下是主要的 API 漏洞及其防御措施:

1. 身份验证漏洞(Authentication Vulnerabilities)

描述:身份验证损坏或缺失是 API 漏洞的主要原因。常见问题包括未受保护的终端节点、令牌和密钥泄漏、用户凭据公开和密码重置机制滥用。
防御措施

  • 强制实施身份验证机制。
  • 对所有敏感终端节点进行身份验证检查。
  • 使用 OAuth 等现代身份验证标准来保护令牌和密钥。

2. 对象级漏洞(Object-Level Vulnerabilities)

描述:这些漏洞允许用户访问不属于他们的对象。攻击者通过操纵对象标识符来探测不良的实现。
防御措施

  • 进行全面的访问控制检查,确保用户只能访问他们有权访问的对象。

3. 函数级漏洞(Function-Level Vulnerabilities)

描述:用户能够访问未授权的 API 终端节点或功能。根本原因是缺乏适当的授权检查。
防御措施

  • 对所有 API 端点实施细粒度的权限控制。
  • 确保不同权限级别的用户只能访问他们有权访问的功能。

4. 数据漏洞(Data Vulnerabilities)

描述

  • 过度数据泄露:API 返回超过预期的数据,如敏感的用户信息。
  • 批量分配:攻击者注入额外的请求数据,这些数据被错误地存储在底层记录中。
    防御措施
  • 返回最小必要数据。
  • 避免直接暴露底层数据存储。
  • 使用简化的数据对象进行操作。

5. 配置漏洞(Configuration Vulnerabilities)

描述:包括错误的操作或运行时配置,如缺少传输加密、接受未使用的 HTTP 方法、冗长的错误消息和不必要的 HTTP 标头。
防御措施

  • 定期审计和修正配置设置。
  • 确保所有传输使用加密。
  • 避免接受不必要的 HTTP 方法。

6. 实现漏洞(Implementation Vulnerabilities)

描述:包括输入注入(SQL、命令、LDAP 等)、缺乏数据清理、使用易受攻击的库或组件、框架配置错误等问题。
防御措施

  • 对所有输入进行适当的验证和清理。
  • 使用安全的库和组件,并定期更新。
  • 进行安全代码审查,避免框架配置错误。

这些漏洞和防御措施有助于确保 API 在开发和部署过程中的安全性。通过实施这些防御策略,开发人员可以显著减少 API 面临的安全风险。

保护 API 的最佳实践

要提高 API 的安全性,可以采取以下几种最佳实践:

1. 始终使用 TLS

描述:传输层安全性(TLS)应作为所有 API 端点的标准配置。确保正确配置安全标头,并处理证书的轮换过程。
措施

  • 强制使用 HTTPS。
  • 配置正确的安全标头和证书管理流程。

2. 使用 OAuth2 进行单点登录(SSO)

描述OAuth2 标准提供了成熟的身份验证和授权机制,避免自己设计和实现复杂的身份验证工作流。
措施

  • 采用 OAuth2 标准进行授权。
  • 使用 OAuth playground 和权威指南进行最佳实践学习。
  • 如果 OAuth 不适用,使用 API 密钥,并确保密钥的范围有限,易于撤销和替换。

3. 练习良好的 API 密钥和令牌管理

描述:确保 API 密钥和令牌的安全性,避免明文存储或提交到版本控制系统中。
措施

  • 不将密钥和令牌提交到版本控制系统。
  • 不在终端设备或 CI/CD 管道中以明文形式存储密钥。
  • 使用短期密钥和最低权限的令牌。

4. 使用策略代理进行细粒度授权管理

描述:在 API 的每个函数端点实施访问控制时,使用中央授权终端节点或授权框架来避免实现错误。
措施

  • 使用集中决策的授权框架或库来管理细粒度授权。

5. 消除未使用的端点方法

描述:删除未使用的 HTTP 方法(如 DELETE、OPTIONS、PATCH)以减少攻击面。
措施

  • 在框架中显式删除无效方法。
  • 定期审查和更新 API 端点。

6. 应用配额和速率限制

描述:通过设置配额和速率限制来防止拒绝服务攻击和大规模数据泄露。
措施

  • 实施配额和速率限制。
  • 在代码和防火墙或网关级别实现此类防御。

7. 使用 API 防火墙和网关

描述:利用云平台提供的 API 网关服务和定制的 API 微防火墙来加强 API 安全。
措施

  • 配置 API 网关,实施速率限制和传输安全。
  • 使用定制的 API 微防火墙来解决特定安全问题。

8. 管理 API 清单

描述:积极管理和审查 API 清单,识别和处理过时或弃用的 API。
措施

  • 使用标准和最佳实践管理新 API。
  • 定期审查和更新 API 清单。

9. 使用经过验证的标准库

描述:依赖成熟的标准库来处理常见模式和工作流程,避免自行实现可能存在安全漏洞的功能。
措施

  • 使用社区认可的标准库进行 OAuth2 授权、JWT 令牌验证等。
  • 参与社区,贡献修补程序和更新。

这些措施有助于保护 API 免受各种安全威胁,并确保其安全性和可靠性。

结论

开发人员在确保 API 的功能性和安全性方面面临着显著挑战。为了保护 API 不被攻击者利用或破坏,安全性应贯穿 API 开发的整个生命周期。以下是关键点:

  1. 深入理解关键概念:开发人员必须清楚授权和身份验证等关键安全概念,以便正确实施和维护 API 安全。
  2. 采用最佳实践:使用已验证的安全措施和最佳实践,如始终使用 TLS、实施 OAuth2 认证、管理好 API 密钥和令牌、以及使用 API 防火墙和网关来增强 API 的保护层。
  3. 预见攻击手法:开发人员应像对手一样思考,了解潜在的攻击方法和漏洞,从而更好地保护 API。例如,防止爬虫程序滥用、应对拒绝服务攻击、处理凭证填充攻击等。
  4. 利用技术工具:开发人员和安全团队应利用现代技术工具,如 API 微防火墙和 API 网关,来添加额外的保护层并增强 API 的安全性。

通过结合这些方法和工具,开发人员可以显著提高 API 的安全性,确保 API 在抵御各种安全威胁方面表现良好。

原文链接:REST API Security Essentials

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