系统架构 - PHP 版本

简要说明

关于PHP扩展开发，可参考 Extending and Embedding PHP。

以 cli SAPI 为例，其单个请求生命周期如下图所示：

ref: Extending and Embedding PHP

OpenRASP 核心原理为：在 MINIT 阶段，替换全局compiler_globals的function_table与class_table中特定 PHP_FUNCTION 对应的函数指针（封装原有handler，增加前置、后置处理），由此实现对敏感函数的挂钩。通过敏感函数参数结合请求信息判断是否存在攻击行为，进而采取拦截或者放行操作。

启动流程

OpenRASP 采用模块化的结构，按照初始化顺序，启动流程如下：

  1. 初始化OpenRASP所需全局变量
  2. 注册INI配置条目，通过ini配置文件初始化全局配置
  3. 日志模块，记录报警、插件、基线等日志，支持FILE/TCP/UDP
  4. V8模块，JS运行环境，负责插件加载与结合运行时上下文的检测能力
  5. HOOK模块，敏感PHP_FUNCTION挂钩执行检测及检测结果处理
  6. INJECT模块，针对特定URL,修改响应内容，注入HTML
  7. 安全基线检查模块，检查敏感ini配置项
  8. 文件监控模块，监控插件目录，实现运行时检测逻辑修改

下面针对几个主要的模块进行针对性说明：

日志模块

日志模块启动流程如下：

  1. 初始化日志模块所需全局变量
  2. 申请共享内存（针对特定SAPI），用于部分日志的进/线程间同步
  3. 获取本机网卡以及主机信息，用于基线日志记录
V8模块

我们将 V8 嵌入到 OpenRASP 中作为 JavaScript 插件的执行引擎

  • MINIT 阶段载入所有插件，生成一份 V8 Startup Snapshot
  • 请求处理线程第一次触发检测时，使用 V8 Startup Snapshot 还原此线程独享的 V8 Isolate
  • 每个请求线程在对应的 V8 Isolate 环境上执行检测逻辑
  • 执行检测逻辑前向 V8 Platform 添加超时监控后台任务，超时后中断检测
  • GSHUTDOWN 阶段销毁线程对应 V8 Isolate
HOOK模块

HOOK流程包含两类：compiler_globals的handler替换和用户自定义opcode_handler，启动流程如下

  1. 在全局compiler_globals对应的hashtable(function_table和class_table)中查找非禁用函数对应zend_function
  2. 封装原有handler，根据需求增加前置、后置处理
  3. 针对指定opcode（如ZEND_INCLUDE_OR_EVAL）通过zend_set_user_opcode_handler自定义处理逻辑
文件监控模块

我们使用经过我们优化增强的 libfswatch 实现了跨平台的文件监控

  • MINIT 阶段初始化 fswatch 实例，并开启后台线程进行目标文件目录监控
  • 目标文件目录发生变化时，根据类型，向支持重载的 SAPI 主线程发送重载信号
  • MSHUTDOWN 阶段停止目标文件目录监控，销毁 fswatch 实例和后台线程
白名单实现

经过对比，我们最终选择了 Double Array Trie 算法来匹配白名单，具体实现如下:

  1. 白名单存储。白名单放在共享内存里，当云端下发新的配置，通过读写锁更新
  2. 白名单匹配。使用 Double Array Trie 算法在白名单里寻找匹配的项目，并生成检测类型的 bitmask。当进入检测点，根据 bitmask 来决定是否直接放行。
  3. 内存消耗。每个检测类型最多允许10条白名单，URL长度最大200。最坏情况下，PHP 版本内存 400 KB。
容器支持

为了适配百度内部的ORP平台，我们特意实现了扩展进程管理模型，以避免再安装一个独立的agent。

在扩展初始化阶段，我们会 fork 出三个进程，分别用于异步日志发送、远程管理、进程守护等功能；在 PHP-FPM 或者 apache 退出或者重启时，我们会杀死这些进程。具体请参考我们的代码实现。

请求处理流程

以PHP(mysqli) + MySQL为例，简要说明请求处理的流程，即 RINIT - RSHUTDOWN 阶段：

  1. 为新请求计算唯一的request-id，设置response header
  2. 初始化不同logger，收集日志相关请求信息
  3. 连接数据库，触发 mysqli_connect HOOK点：enforce_policy为1时，若用高权限用户连接数据库，记录基线日志，中断当前请求；enforce_policy为0时，仅当成功连接数据库后检查是否为高权限用户，若是记录日基线志，并将连接信息存入共享内存防止其他进/线程重复报警
  4. 数据库语句检测，即mysqli_query HOOK点pre检测，收集查询参数调用V8模块执行检测，具体流程如下：
    1. (待添加)
  5. 慢查询检测。即mysqli_query HOOK点post检测，通过 call_user_function 检测查询结果数目，超过 openrasp.slowquery_min_rows 配置项则报警
  6. RSHUTDOWN阶段：释放请求相关资源，根据 openrasp.inject_urlprefix 配置判断是否注入用户自定义HTML