利用X-Forwarded-For伪造客户端IP漏洞成因及防范

摘要：在有反向代理的情况下，直接使用获取到的地址是所在服务器的地址，而不是客户端的。如何防范方法一在直接对外的反向代理服务器上配置如果有多层代理，内层的配置在最外层即直接对外提供服务的使用代替上面的，可以防止伪造。

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。

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()默认获取到的是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：

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：

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：

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。

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：

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。

在直接对外的Nginx反向代理服务器上配置：

proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;

如果有多层Nginx代理，内层的Nginx配置：

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为$remote_addr，内层的Nginx还是要配置为$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。

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：

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。

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

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。