文章目录
  1. 1. 问题背景
  2. 2. 如何获取客户端IP
  3. 3. 伪造X-Forwarded-For
  4. 4. 如何防范
    1. 4.1. 方法一
    2. 4.2. 方法二
    3. 4.3. 方法三

问题背景

在Web应用开发中,经常会需要获取客户端IP地址。一个典型的例子就是投票系统,为了防止刷票,需要限制每个IP地址只能投票一次。

如何获取客户端IP

在Java中,获取客户端IP最直接的方式就是使用request.getRemoteAddr()。这种方式能获取到连接服务器的客户端IP,在中间没有代理的情况下,的确是最简单有效的方式。但是目前互联网Web应用很少会将应用服务器直接对外提供服务,一般都会有一层Nginx做反向代理和负载均衡,有的甚至可能有多层代理。在有反向代理的情况下,直接使用request.getRemoteAddr()获取到的IP地址是Nginx所在服务器的IP地址,而不是客户端的IP。

HTTP协议是基于TCP协议的,由于request.getRemoteAddr()获取到的是TCP层直接连接的客户端的IP,对于Web应用服务器来说直接连接它的客户端实际上是Nginx,也就是TCP层是拿不到真实客户端的IP。

为了解决上面的问题,很多HTTP代理会在HTTP协议头中添加X-Forwarded-For头,用来追踪请求的来源。X-Forwarded-For的格式如下:

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X-Forwarded-For: client1, proxy1, proxy2

X-Forwarded-For包含多个IP地址,每个值通过逗号+空格分开,最左边(client1)是最原始客户端的IP地址,中间如果有多层代理,每一层代理会将连接它的客户端IP追加在X-Forwarded-For右边。

下面就是一种常用的获取客户端真实IP的方法,首先从HTTP头中获取X-Forwarded-For,如果X-Forwarded-For头存在就按逗号分隔取最左边第一个IP地址,不存在直接通过request.getRemoteAddr()获取IP地址:

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public String getClientIp(HttpServletRequest request) {
String xff = request.getHeader("X-Forwarded-For");
if (xff == null) {
return request.getRemoteAddr();
} else {
return xff.contains(",") ? xff.split(",")[0] : xff;
}
}

另外,要让Nginx支持X-Forwarded-For头,需要配置:

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proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;

$proxy_add_x_forwarded_for会将和Nginx直接连接的客户端IP追加在请求原有X-Forwarded-For值的右边。

伪造X-Forwarded-For

一般的客户端(例如浏览器)发送HTTP请求是没有X-Forwarded-For头的,当请求到达第一个代理服务器时,代理服务器会加上X-Forwarded-For请求头,并将值设为客户端的IP地址(也就是最左边第一个值),后面如果还有多个代理,会依次将IP追加到X-Forwarded-For头最右边,最终请求到达Web应用服务器,应用通过获取X-Forwarded-For头取左边第一个IP即为客户端真实IP。

但是如果客户端在发起请求时,请求头上带上一个伪造的X-Forwarded-For,由于后续每层代理只会追加而不会覆盖,那么最终到达应用服务器时,获取的左边第一个IP地址将会是客户端伪造的IP。也就是上面的Java代码中getClientIp()方法获取的IP地址很有可能是伪造的IP地址,如果一个投票系统用这种方式做的IP限制,那么很容易会被刷票。

伪造X-Forwarded-For头的方法很简单,例如Postman就可以轻松做到:
Postman伪造X-Forwarded-For

当然你也可以写一段刷票程序或者脚本,每次请求时添加X-Forwarded-For头并随机生成一个IP来实现刷票的目的。

如何防范

方法一

在直接对外的Nginx反向代理服务器上配置:

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proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;

如果有多层Nginx代理,内层的Nginx配置:

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proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;

在最外层Nginx(即直接对外提供服务的Nginx)使用$remote_addr代替上面的$proxy_add_x_forwarded_for,可以防止伪造X-Forwarded-For$proxy_add_x_forwarded_for会在原有X-Forwarded-For上追加IP,这就相当于给了伪造X-Forwarded-For的机会。而$remote_addr是获取的是直接TCP连接的客户端IP,这个是无法伪造的,即使客户端伪造也会被覆盖掉,而不是追加。

需要注意的是,如果有多层代理,只在直接对外访问的Nginx上配置X-Forwarded-For$remote_addr,内层的Nginx还是要配置为$proxy_add_x_forwarded_for,不然内层的Nginx又会覆盖掉客户端的真实IP。

完成以上配置后,业务代码中再通过上面的getClientIp()方法,获取X-Forwarded-For最左边的IP地址即为真实的客户端地址,且客户端也无法伪造。

方法二

Tomcat服务器解决方案:org.apache.catalina.valves.RemoteIpValve

RemoteIpValve可以替换Servlet API中request.getRemoteAddr()方法的实现,让request.getRemoteAddr()方法从X-Forwarded-For头中获取IP地址。也就是在业务代码中不需要再自己实现类似于上面的getClientIp()方法来从X-Forwarded-For中获取IP,而是直接使用request.getRemoteAddr()方法。想要使用RemoteIpValve,仅需要在Tomcat配置文件server.xml中Host元素内末尾加上:

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<Valve className="org.apache.catalina.valves.RemoteIpValve" ... />

RemoteIpValve有一套防止伪造X-Forwarded-For的机制,实现思路:遍历X-Forwarded-For头中的IP地址,和方法一不同的是,不是直接取左边第一个IP,而是从右向左遍历。遍历时可以根据正则表达式剔除掉内网IP和已知的代理服务器本身的IP(例如192.168开头的IP),那么拿到的第一个非剔除IP就会是一个可信任的客户端IP。这种方法的巧妙之处在于,即使伪造X-Forwarded-For,那么请求到达应用服务器时,伪造的IP也会在X-Forwarded-For值的左边,真实的IP为放到右边的某个位置,从右向左遍历就可以避免取到这些伪造的IP地址。

方法三

Node.js 框架 Egg.js 的解决方案:https://eggjs.org/zh-cn/tutorials/proxy.html

Egg.js 可通过设置maxProxyCount指定代理层数,然后取X-Forwarded-For头中从右往左数第maxProxyCount个IP即为真实 IP 地址,如果有伪造 IP 地址了必然在最左边,就会被忽略掉。

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  2. 2. 如何获取客户端IP
  3. 3. 伪造X-Forwarded-For
  4. 4. 如何防范
    1. 4.1. 方法一
    2. 4.2. 方法二
    3. 4.3. 方法三