HTTP 请求头中的 X-Forwarded-For

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我一直认为,对于从事 Web 前端开发的同学来说,HTTP 协议以及其他常见的网络知识属于必备项。一方面,前端很多工作如 Web 性能优化,大部分规则都跟 HTTP、HTTPS、SPDY 和 TCP 等协议的特点直接对应,如果不从协议本身出发而是一味地照办教条,很可能适得其反。另一方面,随着 Node.js 的发展壮大,越来越多的前端同学开始写服务端程序,甚至是服务端框架(ThinkJS 就是这样由前端工程师开发,并有着众多前端工程师用户的 Node.js 框架),掌握必要的网络知识,对于服务端程序安全、部署、运维等工作来说至关重要。

我的博客有一个「HTTP 相关」专题,今后会陆续更新更多内容进去,欢迎关注。今天要说的是 HTTP 请求头中的 X-Forwarded-For(XFF)。

背景

通过名字就知道,X-Forwarded-For 是一个 HTTP 扩展头部。HTTP/1.1(RFC 2616)协议并没有对它的定义,它最开始是由 Squid 这个缓存代理软件引入,用来表示 HTTP 请求端真实 IP。如今它已经成为事实上的标准,被各大 HTTP 代理、负载均衡等转发服务广泛使用,并被写入 RFC 7239(Forwarded HTTP Extension)标准之中。

X-Forwarded-For 请求头格式非常简单,就这样:

X-Forwarded-For: client, proxy1, proxy2

可以看到,XFF 的内容由「英文逗号 + 空格」隔开的多个部分组成,最开始的是离服务端最远的设备 IP,然后是每一级代理设备的 IP。

如果一个 HTTP 请求到达服务器之前,经过了三个代理 Proxy1、Proxy2、Proxy3,IP 分别为 IP1、IP2、IP3,用户真实 IP 为 IP0,那么按照 XFF 标准,服务端最终会收到以下信息:

X-Forwarded-For: IP0, IP1, IP2

Proxy3 直连服务器,它会给 XFF 追加 IP2,表示它是在帮 Proxy2 转发请求。列表中并没有 IP3,IP3 可以在服务端通过 Remote Address 字段获得。我们知道 HTTP 连接基于 TCP 连接,HTTP 协议中没有 IP 的概念,Remote Address 来自 TCP 连接,表示与服务端建立 TCP 连接的设备 IP,在这个例子里就是 IP3。

Remote Address 无法伪造,因为建立 TCP 连接需要三次握手,如果伪造了源 IP,无法建立 TCP 连接,更不会有后面的 HTTP 请求。不同语言获取 Remote Address 的方式不一样,例如 php 是 $_SERVER["REMOTE_ADDR"],Node.js 是 req.connection.remoteAddress,但原理都一样。

问题

有了上面的背景知识,开始说问题。我用 Node.js 写了一个最简单的 Web Server 用于测试。HTTP 协议跟语言无关,这里用 Node.js 只是为了方便演示,换成任何其他语言都可以得到相同结论。另外本文用 Nginx 也是一样的道理,如果有兴趣,换成 Apache 或其他 Web Server 也一样。

下面这段代码会监听 9009 端口,并在收到 HTTP 请求后,输出一些信息:

var http = require('http');

http.createServer(function (req, res) {
    res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
    res.write('remoteAddress: ' + req.connection.remoteAddress + '\n');
    res.write('x-forwarded-for: ' + req.headers['x-forwarded-for'] + '\n');
    res.write('x-real-ip: ' + req.headers['x-real-ip'] + '\n');
    res.end();
}).listen(9009, '0.0.0.0');

这段代码除了前面介绍过的 Remote Address 和 X-Forwarded-For,还有一个 X-Real-IP,这又是一个自定义头部字段。X-Real-IP 通常被 HTTP 代理用来表示与它产生 TCP 连接的设备 IP,这个设备可能是其他代理,也可能是真正的请求端。需要注意的是,X-Real-IP 目前并不属于任何标准,代理和 Web 应用之间可以约定用任何自定义头来传递这个信息。

现在可以用域名 + 端口号直接访问这个 Node.js 服务,再配一个 Nginx 反向代理:

location / {
    proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_set_header Host $http_host;
    proxy_set_header X-NginX-Proxy true;

    proxy_pass http://127.0.0.1:9009/;
    proxy_redirect off;
}

我的 Nginx 监听 80 端口,所以不带端口就可以访问 Nginx 转发过的服务。

测试直接访问 Node 服务:

curl http://t1.imququ.com:9009/

remoteAddress: 114.248.238.236
x-forwarded-for: undefined
x-real-ip: undefined

由于我的电脑直接连接了 Node.js 服务,Remote Address 就是我的 IP。同时我并未指定额外的自定义头,所以后两个字段都是 undefined。

再来访问 Nginx 转发过的服务:

curl http://t1.imququ.com/

remoteAddress: 127.0.0.1
x-forwarded-for: 114.248.238.236
x-real-ip: 114.248.238.236

这一次,我的电脑是通过 Nginx 访问 Node.js 服务,得到的 Remote Address 实际上是 Nginx 的本地 IP。而前面 Nginx 配置中的这两行起作用了,为请求额外增加了两个自定义头:

proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;

实际上,在生产环境中部署 Web 应用,一般都采用上面第二种方式,有很多好处。但这就引入一个隐患:很多 Web 应用为了获取用户真正的 IP,从 HTTP 请求头中获取 IP。

HTTP 请求头可以随意构造,我们通过 curl 的 -H 参数构造 X-Forwarded-ForX-Real-IP,再来测试一把。

直接访问 Node.js 服务:

curl http://t1.imququ.com:9009/ -H 'X-Forwarded-For: 1.1.1.1' -H 'X-Real-IP: 2.2.2.2'

remoteAddress: 114.248.238.236
x-forwarded-for: 1.1.1.1
x-real-ip: 2.2.2.2

对于 Web 应用来说,X-Forwarded-ForX-Real-IP 就是两个普通的请求头,自然就不做任何处理原样输出了。这说明,对于直连部署方式,除了从 TCP 连接中得到的 Remote Address 之外,请求头中携带的 IP 信息都不能信。

访问 Nginx 转发过的服务:

curl http://t1.imququ.com/ -H 'X-Forwarded-For: 1.1.1.1' -H 'X-Real-IP: 2.2.2.2'

remoteAddress: 127.0.0.1
x-forwarded-for: 1.1.1.1, 114.248.238.236
x-real-ip: 114.248.238.236

这一次,Nginx 会在 X-Forwarded-For 后追加我的 IP;并用我的 IP 覆盖 X-Real-IP 请求头。这说明,有了 Nginx 的加工,X-Forwarded-For 最后一节以及 X-Real-IP 整个内容无法构造,可以用于获取用户 IP。

用户 IP 往往会被使用与跟 Web 安全有关的场景上,例如检查用户登录地区,基于 IP 做访问频率控制等等。这种场景下,确保 IP 无法构造更重要。经过前面的测试和分析,对于直接面向用户部署的 Web 应用,必须使用从 TCP 连接中得到的 Remote Address;对于部署了 Nginx 这样反向代理的 Web 应用,在正确配置了 Set Header 行为后,可以使用 Nginx 传过来的 X-Real-IPX-Forwarded-For 最后一节(实际上它们一定等价)。

那么,Web 应用自身如何判断请求是直接过来,还是由可控的代理转发来的呢?在代理转发时增加额外的请求头是一个办法,但是不怎么保险,因为请求头太容易构造了。如果一定要这么用,这个自定义头要够长够罕见,还要保管好不能泄露出去。

判断 Remote Address 是不是本地 IP 也是一种办法,不过也不完善,因为在 Nginx 所处服务器上访问,无论直连还是走 Nginx 代理,Remote Address 都是 127.0.0.1。这个问题还好通常可以忽略,更麻烦的是,反向代理服务器和实际的 Web 应用不一定部署在同一台服务器上。所以更合理的做法是收集所有代理服务器 IP 列表,Web 应用拿到 Remote Address 后逐一比对来判断是以何种方式访问。

通常,为了简化逻辑,生产环境会封掉通过带端口直接访问 Web 应用的形式,只允许通过 Nginx 来访问。那是不是这样就没问题了呢?也不见得。

首先,如果用户真的是通过代理访问 Nginx,X-Forwarded-For 最后一节以及 X-Real-IP 得到的是代理的 IP,安全相关的场景只能用这个,但有些场景如根据 IP 显示所在地天气,就需要尽可能获得用户真实 IP,这时候 X-Forwarded-For 中第一个 IP 就可以排上用场了。这时候需要注意一个问题,还是拿之前的例子做测试:

curl http://t1.imququ.com/ -H 'X-Forwarded-For: unknown, <>"1.1.1.1'

remoteAddress: 127.0.0.1
x-forwarded-for: unknown, <>"1.1.1.1, 114.248.238.236
x-real-ip: 114.248.238.236

X-Forwarded-For 最后一节是 Nginx 追加上去的,但之前部分都来自于 Nginx 收到的请求头,这部分用户输入内容完全不可信。使用时需要格外小心,符合 IP 格式才能使用,不然容易引发 SQL 注入或 XSS 等安全漏洞。

结论

  1. 直接对外提供服务的 Web 应用,在进行与安全有关的操作时,只能通过 Remote Address 获取 IP,不能相信任何请求头;
  2. 使用 Nginx 等 Web Server 进行反向代理的 Web 应用,在配置正确的前提下,要用 X-Forwarded-For 最后一节 或 X-Real-IP 来获取 IP(因为 Remote Address 得到的是 Nginx 所在服务器的内网 IP);同时还应该禁止 Web 应用直接对外提供服务;
  3. 在与安全无关的场景,例如通过 IP 显示所在地天气,可以从 X-Forwarded-For 靠前的位置获取 IP,但是需要校验 IP 格式合法性;

PS:网上有些文章建议这样配置 Nginx,其实并不合理:

proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;

这样配置之后,安全性确实提高了,但是也导致请求到达 Nginx 之前的所有代理信息都被抹掉,无法为真正使用代理的用户提供更好的服务。还是应该弄明白这中间的原理,具体场景具体分析。

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提醒:本文最后更新于 585 天前,文中所描述的信息可能已发生改变,请谨慎使用。

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