讓 Linux 防火牆新秀 nftables 為你的 VPS 保駕護航
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上篇文章 給大家介紹了 nftables 的優點以及基本的使用方法，它的優點在於直接在使用者態把網路規則編譯成位元組碼，然後由核心的虛擬機器執行，儘管和 iptables 一樣都是基於 netfilter，但 nftables 的靈活性更高。
之前用 iptables 匹配大量資料時，還得需要 ipset 配合，而 nftables 直接內建了集合和字典，可以直接匹配大量的資料，這一點比 iptables 方便多了，拿來練練魔法真是極好的，不多解釋，請直接看 Linux全域性智慧分流方案。
本文將會教你如何配置 nftables 來為伺服器實現一個簡單的防火牆，本文以 CentOS 7 為例，其他發行版類似。
1. 安裝 nftables
首先需要安裝 nftables：
$ yum install -y nftables
由於 nftables 預設沒有內建的鏈，但提供了一些示例配置，我們可以將其 include 到主配置檔案中。主配置檔案為 /etc/sysconfig/nftables.conf，將下面一行內容取消註釋：
# include "/etc/nftables/inet-filter"
然後啟動 nftables 服務：
$ systemctl start nftables
現在再次檢視規則，就會發現多了一張 filter 表和幾條鏈：
$ nft list ruleset table inet filter { chain input { type filter hook input priority 0; policy accept; } chain forward { type filter hook forward priority 0; policy accept; } chain output { type filter hook output priority 0; policy accept; } }
在 nftables 中，ipv4 和 ipv6 協議可以被合併到一個單一的地址簇 inet 中，使用了 inet 地址簇，就不需要分別為 ipv4 和 ipv6 指定兩個不同的規則了。
2. 新增 INPUT 規則
和 iptables 一樣，nftables 的 filter 表包含三條鏈：INPUT、FORWARD 和 OUTPUT，一般配置防火牆只需要配置 INPUT 鏈就好了。
迴環介面
首先允許訪問 localhost：
$ nft add rule inet filter input iif "lo" accept $ nft add rule inet filter input iif != "lo" ip daddr 127.0.0.0/8 drop
可以再優化一下，加上註解（comment）和計數器（counter）：
$ nft add rule inet filter input \
iif "lo" \
accept \
comment \"Accept any localhost traffic\"
$ nft add rule inet filter input \
iif != "lo" ip daddr 127.0.0.0/8 \
counter \
drop \
comment \"drop connections to loopback not coming from loopback\"
檢視規則：
$ nft list chain inet filter input
table inet filter {
chain input {
type filter hook input priority 0; policy accept;
iif "lo" accept comment "Accept any localhost traffic"
iif != "lo" ip daddr 127.0.0.0/8 counter packets 0 bytes 0 drop comment "drop connections to loopback not coming from loopback"
}
}
連線跟蹤模組
接下來的規則用到一個核心模組叫 conntrack（connection tracking），它被用來跟蹤一個連線的狀態。最常見的使用場景是 NAT，為什麼需要跟蹤記錄連線的狀態呢？因為 nftables 需要記住資料包的目標地址被改成了什麼，並且在返回資料包時再將目標地址改回來。
和 iptables 一樣，一個 TCP 連線在 nftables 中總共有四種狀態：NEW，ESTABLISHED，RELATED 和 INVALID。
除了本地產生的包由 OUTPUT 鏈處理外，所有連線跟蹤都是在 PREROUTING 鏈裡進行處理的，意思就是， iptables 會在 PREROUTING 鏈裡從新計算所有的狀態。如果我們傳送一個流的初始化包，狀態就會在 OUTPUT 鏈裡被設定為 NEW，當我們收到迴應的包時，狀態就會在 PREROUTING 鏈裡被設定為 ESTABLISHED。如果收到迴應的第一個包不是本地產生的，那就會在 PREROUTING 鏈裡被設定為 NEW 狀態。綜上，所有狀態的改變和計算都是在 nat 表中的 PREROUTING 鏈和 OUTPUT 鏈裡完成的。
還有其他兩種狀態：
RELATED: RELATED 狀態有點複雜，當一個連線與另一個已經是ESTABLISHED的連線有關時，這個連線就被認為是 RELATED。這意味著，一個連線要想成為 RELATED，必須首先有一個已經是ESTABLISHED的連線存在。這個 ESTABLISHED 連線再產生一個主連線之外的新連線，這個新連線就是 RELATED 狀態了。INVAILD: 表示分組對應的連線是未知的，說明資料包不能被識別屬於哪個連線或沒有任何狀態。有幾個原因可以產生這種情況，比如，記憶體溢位，收到不知屬於哪個連線的 ICMP 錯誤資訊。我們需要 DROP 這個狀態的任何東西，並列印日誌：
$ nft add rule inet filter input \
ct state invalid \
log prefix \"Invalid-Input: \" level info flags all \
counter \
drop \
comment \"Drop invalid connections\"
檢視規則：
$ nft list chain inet filter input
table inet filter {
chain input {
type filter hook input priority 0; policy accept;
iif "lo" accept comment "Accept any localhost traffic"
iif != "lo" ip daddr 127.0.0.0/8 counter packets 0 bytes 0 drop comment "drop connections to loopback not coming from loopback"
ct state invalid log prefix "Invalid-Input: " level info flags all counter packets 0 bytes 0 drop comment "Drop invalid connections"
}
}
令牌桶
為了防止有惡意攻擊者利用 ping 泛洪（ping flood）來進行攻擊，可以利用令牌桶模型來對 ping 包限速。ping 泛洪的原理很簡單，就是採用多執行緒的方法一次性發送多個 ICMP 請求報文，讓目的主機忙於處理大量這些報文而造成速度緩慢甚至宕機。
先來介紹一下令牌桶模型。
熟悉 iptables 的朋友應該知道，iptables 通過 hashlimit 模組來實現限速的功能，而 hashlimit 的匹配方式就是基於令牌桶（Token bucket）的模型，nftables 也類似，
令牌桶是一種網路通訊中常見的緩衝區工作原理，它有兩個重要的引數，令牌桶容量 n和令牌產生速率 s：
令牌桶容量 n：可以把令牌當成是門票，而令牌桶則是負責製作和發放門票的管理員，它手裡最多有n張令牌。初始時，管理員開始手裡有 n 張令牌，每當一個數據包到達後，管理員就看看手裡是否還有可用的令牌。如果有，就把令牌發給這個資料包，limit 就告訴nftables，這個資料包被匹配了，而當管理員把手上所有的令牌都發完了，再來的資料包就拿不到令牌了；這時，limit 模組就告訴 nftables ，這個資料包不能被匹配。令牌產生速率 s：當令牌桶中的令牌數量少於 n，它就會以速率 s 來產生新的令牌，直到令牌數量到達 n 為止。
通過令牌桶機制，可以有效的控制單位時間內通過（匹配）的資料包數量，又可以容許短時間內突發的大量資料包的通過（只要資料包數量不超過令牌桶 n），真是妙哉啊。
nftables 比 iptables 做的更絕，它不僅可以基於資料包來限速，也可以基於位元組來限速。為了更精確地驗證令牌桶模型，我們選擇基於位元組來限速：
$ nft add rule inet filter input \
ip protocol icmp icmp type echo-request \
limit rate 20 bytes/second burst 500 bytes \
counter \
accept \
comment \"No ping floods\"
上面的規則表示：
- 為所有
echo-request型別的 ICMP 包建立一個匹配項； - 匹配項對應的令牌桶容量為
500個位元組； - 令牌產生速率為
20位元組/s
再新增一條規則，拒絕不滿足上訴條件的資料包：
$ nft add rule inet filter input \
ip protocol icmp icmp type echo-request \
drop \
comment \"No ping floods\"
同時還要接收狀態為 ESTABLISHED 和 RELATED 的資料包：
$ nft add rule inet filter input \
ct state \{ established, related \} \
counter \
accept \
comment \"Accept traffic originated from us\"
下面來做個實驗，直接 ping 該伺服器的 IP 地址，ping 包大小設定為 100 位元組，每秒傳送一次：
$ ping -s 92 192.168.57.53 -i 1
PING 192.168.57.53 (192.168.57.53) 92(120) bytes of data.
100 bytes from 192.168.57.53: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.402 ms
100 bytes from 192.168.57.53: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.373 ms
100 bytes from 192.168.57.53: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.465 ms
100 bytes from 192.168.57.53: icmp_seq=4 ttl=64 time=0.349 ms
100 bytes from 192.168.57.53: icmp_seq=5 ttl=64 time=0.411 ms
100 bytes from 192.168.57.53: icmp_seq=11 ttl=64 time=0.425 ms
100 bytes from 192.168.57.53: icmp_seq=17 ttl=64 time=0.383 ms
100 bytes from 192.168.57.53: icmp_seq=23 ttl=64 time=0.442 ms
100 bytes from 192.168.57.53: icmp_seq=29 ttl=64 time=0.464 ms
...
首先我們能看到前 5 個包的迴應都非常正常，然後從第 6 個包開始，我們每 6 秒能收到一個正常的迴應。這是因為我們設定了令牌桶的容量為 500 個位元組，令牌產生速率為 20 位元組/s，而發包的速率是每秒鐘 100 個位元組，即每個包 100 個位元組，當發完 5 個包後，令牌桶的容量變為 0，這時開始以 20 位元組/s 的速率產生新令牌（和前面提到的令牌桶演算法不太一樣，只有當令牌桶容量為 0 才開始產生新的令牌），5 秒鐘之後，令牌桶的容量變為 100 個位元組，所以 6 秒鐘後又能收到正常回應。
ICMP & IGMP
接收其他型別的 ICMP 協議資料包：
$ nft add rule inet filter input \
ip protocol icmp icmp type \{ destination-unreachable, router-advertisement, router-solicitation, time-exceeded, parameter-problem \} \
accept \
comment \"Accept ICMP\"
接收 IGMP 協議資料包：
$ nft add rule inet filter input \
ip protocol igmp \
accept \
comment \"Accept IGMP\"
分別處理 TCP 和 UDP
這一步我們將 TCP 和 UDP 的流量拆分，然後分別處理。先建立兩條鏈：
$ nft add chain inet filter TCP
$ nft add chain inet filter UDP
然後建立一個命名字典：
$ nft add map inet filter input_vmap \{ type inet_proto : verdict \; \}
字典的鍵表示協議型別，值表示判決動作。
往字典中新增元素：
$ nft add element inet filter input_vmap \{ tcp : jump TCP, udp : jump UDP \}
最後建立一條規則拆分 TCP 和 UDP 的流量：
$ nft add rule inet filter input meta l4proto vmap @input_vmap
其中，meta l4proto 用來匹配協議的型別。
最後再瞄一眼規則：
$ nft list ruleset
table inet filter {
map input_vmap {
type inet_proto : verdict
elements = { tcp : jump TCP, udp : jump UDP }
}
chain input {
type filter hook input priority 0; policy accept;
iif "lo" accept comment "Accept any localhost traffic"
iif != "lo" ip daddr 127.0.0.0/8 counter packets 0 bytes 0 drop comment "drop connections to loopback not coming from loopback"
ct state invalid log prefix "Invalid-Input: " level info flags all counter packets 95 bytes 6479 drop comment "Drop invalid connections"
icmp type echo-request limit rate 20 bytes/second burst 500 bytes counter packets 17 bytes 2040 accept comment "No ping floods"
icmp type echo-request drop comment "No ping floods"
ct state { established, related } counter packets 172135 bytes 99807569 accept comment "Accept traffic originated from us"
icmp type { destination-unreachable, router-advertisement, router-solicitation, time-exceeded, parameter-problem } accept comment "Accept ICMP"
ip protocol igmp accept comment "Accept IGMP"
meta l4proto vmap @input_vmap
}
chain forward {
type filter hook forward priority 0; policy accept;
}
chain output {
type filter hook output priority 0; policy accept;
}
chain TCP {
}
chain UDP {
}
}
3. 處理 TCP 流量
這一步我們來處理 TCP 流量，首當其衝的就是 ssh 了，必須得給這位大哥放行啊：
$ nft add rule inet filter TCP \
tcp dport 22 \
ct state new \
limit rate 15/minute \
log prefix \"New SSH connection: \" \
counter \
accept \
comment \"Avoid brute force on SSH\"
其次需要放行 Web 服務，和上面一樣，為了易於管理，方便後續動態新增埠，需要先建立一個命名集合：
$ nft add set inet filter web \{ type inet_service \; flags interval \; \}
檢視集合：
$ nft list set inet filter web
table inet filter {
set web {
type inet_service
flags interval
}
}
向集合中新增元素：
$ nft add element inet filter web \{ 80, 443 \}
檢視集合：
$ nft list set inet filter web
table inet filter {
set web {
type inet_service
flags interval
elements = { http, https }
}
}
放行 Web 服務：
$ nft add rule inet filter TCP \
tcp dport @web \
counter \
accept \
comment \"Accept web server\"
如果你還有其他不可描述的應用，比如 xxx 之類的代理，可以按照上面的方式新增規則，先建立集合：
$ nft add set inet filter xxx \{ type inet_service \; flags interval \; \}
再新增元素：
$ nft add element inet filter xxx \{ 9000-9005, 9007 \}
檢視集合：
$ nft list set inet filter xxx
table inet filter {
set xxx {
type inet_service
flags interval
elements = { 9000-9005, 9007 }
}
}
現在體會到 nftables 集合的強大了吧，可以是區間，可以是單個元素組成的集合，也可以混合，iptables 麻煩讓一讓。
放行不可描述的服務：
$ nft add rule inet filter TCP \
tcp dport @xxx \
counter \
accept \
comment \"Accept xxx\"
4. 處理 UDP 流量
這一步我們來處理 UDP 流量，比如上面舉例的不可描述的應用，除了 TCP 埠還有 UDP 埠，具體用處我就不解釋了，自己面向谷歌找答案吧。
到了這一步，連集合都不用建立， 直接複用之前建立的集合，放行不可描述應用的 UDP 資料：
$ nft add rule inet filter UDP \
udp dport @xxx \
counter \
accept \
comment \"Accept xxx\"
檢視規則：
$ nft list chain inet filter UDP
table inet filter {
chain UDP {
udp dport @xxx counter packets 0 bytes 0 accept comment "Accept xxx"
}
}
其他 UDP 資料都可按此套路模組化，簡直不要太賞心悅目。
為了使系統或 nftables 重啟後能夠繼續生效，我們需要將這些規則持久化，直接將規則寫入 /etc/nftables/inet-filter：
$ echo "#! /usr/sbin/nft -f" > /etc/nftables/inet-filter
$ nft list ruleset >> /etc/nftables/inet-filter
開機自動載入 nftables 服務：
$ systemctl enable nftables
5. 在 rsyslog 中記錄日誌
預設情況下，開啟日誌記錄後，日誌會直接進入 syslog，和系統日誌混在一起，不好讀取。最好的辦法是將 nftables 的日誌重定向到單獨的檔案。
以本文為例，我們只開啟了 ct state invalid 和 ssh 的日誌記錄，先在 /var/log 目錄中建立一個名為 nftables 的目錄，並在其中建立兩個名為 invalid.log 和 ssh.log 的檔案，分別儲存各自的日誌。
$ mkdir /var/log/nftables
$ touch /var/log/nftables/{ssh.log,invalid.log}
確保系統中已安裝 rsyslog。現在進入 /etc/rsyslog.d 目錄並建立一個名為 nftables.conf 的檔案，其內容如下：
:msg,regex,"Invalid-Input: " -/var/log/nftables/invalid.log
:msg,regex,"New SSH connection: " -/var/log/nftables/ssh.log
最後，為了確保日誌是可管理的，需要在 /etc/logrotate.d 中建立一個 nftables 檔案：
$ cat /etc/logrotate.d/nftables
/var/log/nftables/* { rotate 5 daily maxsize 50M missingok notifempty delaycompress compress postrotate invoke-rc.d rsyslog rotate > /dev/null endscript }
重新通過 ssh 連線伺服器，就能看到日誌了：
$ tail -f /var/log/nftables/ssh.log
Dec 19 17:15:33 [localhost] kernel: New SSH connection: IN=ens192 OUT= MAC=00:50:56:bd:2f:3d:00:50:56:bd:d7:24:08:00 SRC=192.168.57.2 DST=192.168.57.53 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=43312 DF PROTO=TCP SPT=41842 DPT=22 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0
6. 總結
本文教你如何使用 nftables 搭建一個簡單的防火牆，並通過集合和字典將規則集模組化，後續可動態新增埠和 IP 等元素，而不用修改規則。更復雜的規則將會在後面的文章介紹，下篇文章將會教你如何使用 nftables 來防 DDoS 攻擊，敬請期待。
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