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

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。本文将为您详细介绍API安全的基本要素、常见漏洞及攻击方式，并提供构建安全API的最佳实践。

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已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XML）。

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：

2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。