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Nginx 安全防护与性能优化

cheniy2025/9/17大约 8 分钟Web服务器安全性能优化Nginx安全优化HTTPSGzip缓存

Nginx 安全防护与性能优化

Nginx作为Web服务器和反向代理，其安全性和性能直接影响到整个Web应用的稳定性和用户体验。本章将深入探讨Nginx的安全配置最佳实践和性能优化技巧，帮助您构建更安全、更高效的Web服务。

核心概念

  • 安全防护：通过配置Nginx来抵御常见的网络攻击，保护服务器和应用的安全。
  • 性能优化：通过调整Nginx配置，提高其处理请求的速度和并发能力，减少资源消耗。
  • HTTPS：HTTP Secure，通过SSL/TLS协议加密HTTP通信，确保数据传输的安全性。
  • Gzip压缩：对传输的文本内容进行压缩，减少网络传输量，加快页面加载速度。
  • 浏览器缓存：利用HTTP缓存机制，减少重复请求，提高用户访问速度。

1. Nginx 安全防护

保护Nginx服务器免受攻击是至关重要的。以下是一些常见的安全配置和最佳实践。

1.1 隐藏Nginx版本信息

默认情况下，Nginx会在HTTP响应头中暴露其版本号，这可能被攻击者利用来查找已知漏洞。可以通过修改配置来隐藏版本信息。

http {
    server_tokens off; # 隐藏Nginx版本号
    # ...
}

1.2 限制请求方法

只允许Web应用需要的HTTP请求方法（如GET、POST），禁用其他不必要的方法（如PUT、DELETE），可以减少潜在的攻击面。

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location / {
        # 只允许GET, HEAD, POST方法
        if ($request_method !~ ^(GET|HEAD|POST)$) {
            return 405; # 返回方法不允许
        }
        # ... 其他配置
    }
}

1.3 防盗链配置

防止其他网站直接链接到您网站的图片、文件等资源，消耗您的带宽。

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location ~* \.(gif|jpg|png|swf|flv)$ {
        valid_referers none blocked server_names *.example.com;
        if ($invalid_referer) {
            return 403; # 返回403 Forbidden
            # 或者重定向到一张警告图片
            # rewrite ^/ http://www.example.com/warning.png;
        }
        # ...
    }
}

valid_referers 参数说明：

  • none：允许没有Referer头的请求（如直接访问或从收藏夹访问）。
  • blocked：允许Referer头被防火墙或代理服务器屏蔽的请求。
  • server_names：允许来自 server_name 中定义的域名。
  • *.example.com：允许来自 example.com 及其所有子域名的请求。

1.4 限制并发连接数和请求速率

防止恶意用户通过大量连接或请求来消耗服务器资源，造成拒绝服务攻击（DoS/DDoS）。

1.4.1 限制并发连接数

使用 limit_conn_zone 和 limit_conn 指令。

http {
    # 定义一个名为 addr 的共享内存区域，用于存储客户端IP的连接状态
    # 10m表示10MB，可以存储约16万个IP地址的连接信息
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:10m;

    server {
        listen 80;
        server_name example.com;

        location / {
            limit_conn addr 10; # 每个IP地址最多允许10个并发连接
            # ...
        }

        location /download/ {
            limit_conn addr 5; # 下载路径每个IP最多5个并发连接
            # ...
        }
    }
}

1.4.2 限制请求速率

使用 limit_req_zone 和 limit_req 指令。

http {
    # 定义一个名为 one 的共享内存区域，用于存储客户端IP的请求速率信息
    # rate=1r/s 表示每秒允许1个请求
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=1r/s;

    server {
        listen 80;
        server_name example.com;

        location /login/ {
            # 每个IP每秒最多1个请求，突发限制为5个请求，不延迟处理
            limit_req zone=one burst=5 nodelay;
            # ...
        }
    }
}

limit_req 参数说明：

  • zone=name：指定使用的 limit_req_zone 区域。
  • burst=number：设置突发限制，允许在短时间内超过平均速率的请求数量。这些请求会被延迟处理。
  • nodelay：与 burst 配合使用，表示不延迟处理突发请求，而是立即处理，但如果超过 burst 限制，则直接返回503错误。

1.5 配置HTTPS (SSL/TLS)

为网站启用HTTPS是现代Web安全的基石，可以加密客户端和服务器之间的通信，防止数据被窃听和篡改。

server {
    listen 80;
    server_name example.com;
    return 301 https://$host$request_uri; # 将HTTP请求重定向到HTTPS
}

server {
    listen 443 ssl;
    server_name example.com;

    ssl_certificate /etc/nginx/ssl/example.com.crt; # 您的SSL证书路径
    ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/example.com.key; # 您的SSL私钥路径

    ssl_session_cache shared:SSL:10m;
    ssl_session_timeout 10m;

    # 推荐的SSL/TLS协议和密码套件，提高安全性
    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3; # 禁用不安全的协议
    ssl_ciphers 'ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:DHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:DHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-ECDSA-CHACHA20-POLY1305:ECDHE-RSA-CHACHA20-POLY1305:DHE-RSA-CHACHA20-POLY1305';
    ssl_prefer_server_ciphers on;

    # 开启HSTS，强制浏览器在指定时间内只通过HTTPS访问
    add_header Strict-Transport-Security "max-age=31536000; includeSubDomains" always;

    # ... 其他配置
}

SSL/TLS配置要点：

  • 证书和私钥：ssl_certificate 和 ssl_certificate_key 指向您的SSL证书和私钥文件。
  • 协议和密码套件：ssl_protocols 和 ssl_ciphers 用于指定允许的SSL/TLS协议版本和加密算法。建议禁用TLSv1.0和TLSv1.1，并使用强密码套件。
  • HSTS (HTTP Strict Transport Security)：通过 Strict-Transport-Security 响应头，强制浏览器在指定时间内（max-age）只通过HTTPS访问您的网站，即使用户输入HTTP地址也会自动转为HTTPS，有效防止SSL剥离攻击。

2. Nginx 性能优化

除了安全，Nginx的性能优化也是提升用户体验的关键。以下是一些常用的性能优化技巧。

2.1 开启Gzip压缩

Gzip压缩可以显著减少HTTP传输的数据量，加快页面加载速度，尤其对于文本文件（HTML、CSS、JS）效果显著。

http {
    gzip on; # 开启gzip压缩
    gzip_min_length 1k; # 小于1KB的文件不压缩
    gzip_comp_level 2; # 压缩级别，1-9，数字越大压缩率越高，但CPU消耗越大
    gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;
    gzip_vary on; # 允许代理服务器缓存经过压缩的页面
    gzip_disable "MSIE [1-6]\."; # 禁用对IE6以下浏览器的压缩
    # ...
}

Gzip配置要点：

  • gzip on;：启用Gzip。
  • gzip_min_length：设置允许压缩的最小文件大小。
  • gzip_comp_level：设置压缩级别，通常2-6是比较好的平衡点。
  • gzip_types：指定需要压缩的文件MIME类型。
  • gzip_vary on;：在响应头中添加 Vary: Accept-Encoding，告诉代理服务器根据 Accept-Encoding 头缓存不同版本的资源。

2.2 浏览器缓存优化

通过合理设置HTTP响应头，指示浏览器缓存静态资源，减少不必要的请求。

server {
    listen 80;
    server_name assets.example.com;
    root /var/www/assets;

    location ~* \.(jpg|jpeg|gif|png|svg|ico|css|js)$ {
        expires 30d; # 缓存30天
        add_header Cache-Control "public, max-age=2592000";
        access_log off; # 静态文件通常不需要记录访问日志
    }

    location ~* \.(html|htm)$ {
        expires 1h; # HTML文件缓存1小时
        add_header Cache-Control "public, must-revalidate";
    }

    location / {
        # 默认不缓存或协商缓存
        expires off;
        add_header Cache-Control "no-cache, no-store, must-revalidate";
        add_header Pragma "no-cache";
        add_header Expires "0";
    }
}

这部分内容与第二章的浏览器缓存配置类似，但在这里强调其作为性能优化的一部分。

2.3 开启Open File Cache

Nginx可以缓存打开的文件描述符、文件元数据等，减少文件系统的I/O操作。

http {
    open_file_cache max=1000 inactive=20s; # 缓存最多1000个文件，20秒不活跃则移除
    open_file_cache_valid 30s; # 缓存项的有效时间
    open_file_cache_min_uses 2; # 至少被访问2次才缓存
    open_file_cache_errors on; # 缓存文件打开错误
    # ...
}

2.4 调整工作进程数和连接数

根据服务器的CPU核心数和内存大小，合理配置Nginx的工作进程数和每个进程的最大连接数。

# main块
worker_processes auto; # 自动根据CPU核心数设置工作进程数
worker_cpu_affinity auto; # 自动绑定CPU核心

events {
    worker_connections 1024; # 每个工作进程最大连接数
    use epoll; # Linux系统推荐使用epoll，FreeBSD使用kqueue
}

配置要点：

  • worker_processes：通常设置为CPU核心数或 auto。
  • worker_connections：单个工作进程可以打开的最大并发连接数。这个值受限于操作系统的文件描述符限制（ulimit -n）。
  • use：选择I/O多路复用模型，Linux上推荐 epoll。

2.5 优化TCP参数

调整操作系统的TCP参数，可以进一步优化Nginx的性能。

# 编辑 /etc/sysctl.conf 文件

# 增加文件描述符限制
fs.file-max = 655350

# 增加TCP连接的可用端口范围
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000

# 允许重用处于TIME_WAIT状态的TCP连接
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

# 允许快速回收处于TIME_WAIT状态的TCP连接 (不推荐在NAT环境下使用)
# net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1

# 增加TCP连接的backlog队列长度
net.core.somaxconn = 65535
net.core.netdev_max_backlog = 65535

# 减少TCP Keepalive的空闲时间，更快检测死连接
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 600
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 3
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 30

# 启用TCP BBR拥塞控制算法 (Linux Kernel 4.9+)
# net.core.default_qdisc = fq
# net.ipv4.tcp_congestion_control = bbr

# 应用更改
sysctl -p

2.6 启用HTTP/2

HTTP/2是HTTP协议的最新版本，它通过多路复用、头部压缩、服务器推送等特性，显著提高了Web性能。

server {
    listen 443 ssl http2; # 启用HTTP/2
    server_name example.com;

    ssl_certificate /etc/nginx/ssl/example.com.crt;
    ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/example.com.key;

    # ... 其他SSL/TLS配置
}

总结

本章详细介绍了Nginx的安全防护和性能优化策略：

  1. 安全防护：学习了如何隐藏版本信息、限制请求方法、配置防盗链、限制并发连接数和请求速率，以及最重要的HTTPS配置。
  2. 性能优化：掌握了开启Gzip压缩、浏览器缓存优化、开启Open File Cache、调整工作进程数和连接数、优化TCP参数以及启用HTTP/2等技巧。

通过综合运用这些安全和优化措施，可以显著提升Nginx服务器的健壮性、响应速度和用户体验。在最后一章中，我们将探讨Nginx的实用案例和高级特性，帮助您更好地应对复杂的部署场景。

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贡献者: cheniy