امنیت API: محدودسازی نرخ درخواست و اعتبارسنجی ورودی - راهنمای جامع

در چشم‌انداز دیجیتال امروزی، APIها (واسط‌های برنامه‌نویسی کاربردی) ستون فقرات برنامه‌های مدرن هستند و ارتباطات و تبادل داده‌های یکپارچه را بین سیستم‌های مختلف امکان‌پذیر می‌کنند. با این حال، استفاده گسترده از آنها، آنها را به هدفی اصلی برای حملات مخرب تبدیل می‌کند. محافظت از APIهای شما از اهمیت بالایی برخوردار است و دو تکنیک اساسی برای تقویت امنیت API، محدودسازی نرخ درخواست (rate limiting) و اعتبارسنجی ورودی (input validation) هستند. این راهنمای جامع این مفاهیم را به تفصیل بررسی می‌کند و بینش‌های عملی و استراتژی‌های پیاده‌سازی را برای ساخت APIهای امن و انعطاف‌پذیر ارائه می‌دهد.

درک اهمیت امنیت API

قبل از پرداختن به جزئیات محدودسازی نرخ درخواست و اعتبارسنجی ورودی، درک اینکه چرا امنیت API اینقدر حیاتی است، بسیار مهم است. APIها اغلب داده‌ها و عملکردهای حساسی را در معرض دید قرار می‌دهند و آنها را به اهدافی جذاب برای مهاجمانی تبدیل می‌کنند که به دنبال سوءاستفاده از آسیب‌پذیری‌ها برای منافع مالی، سرقت داده‌ها یا اختلال در خدمات هستند. یک API آسیب‌دیده می‌تواند عواقب گسترده‌ای داشته باشد و نه تنها بر سازمانی که مالک API است، بلکه بر کاربران و شرکای آن نیز تأثیر بگذارد.

در اینجا برخی از دلایل کلیدی اهمیت امنیت API آورده شده است:

• نقض داده‌ها (Data Breaches): APIها داده‌های حساسی از جمله اطلاعات کاربری، اطلاعات مالی و جزئیات شخصی را مدیریت می‌کنند. یک رخنه امنیتی می‌تواند منجر به افشای این داده‌ها و در نتیجه خسارات مالی، آسیب به اعتبار و مسئولیت‌های قانونی شود.
• حملات منع سرویس (DoS): مهاجمان می‌توانند APIها را با درخواست‌های بیش از حد غرق کنند، سرور را تحت فشار قرار دهند و آن را برای کاربران قانونی غیرقابل دسترس کنند.
• حملات تزریق (Injection): عاملان مخرب می‌توانند کدهای مخرب را به درخواست‌های API تزریق کنند تا دستورات دلخواه را بر روی سرور اجرا کرده یا به داده‌های غیرمجاز دسترسی پیدا کنند.
• سوءاستفاده از منطق تجاری: مهاجمان می‌توانند از آسیب‌پذیری‌های موجود در منطق تجاری API برای دستکاری داده‌ها، دور زدن کنترل‌های امنیتی یا کسب دسترسی غیرمجاز به منابع سوءاستفاده کنند.

محدودسازی نرخ درخواست: جلوگیری از سوءاستفاده و تضمین در دسترس بودن

محدودسازی نرخ درخواست تکنیکی است که برای کنترل تعداد درخواست‌هایی که یک کلاینت می‌تواند در یک بازه زمانی مشخص به یک API ارسال کند، استفاده می‌شود. این تکنیک به عنوان یک دربان عمل می‌کند، از سوءاستفاده جلوگیری کرده و تضمین می‌کند که API برای کاربران قانونی در دسترس باقی بماند. بدون محدودسازی نرخ درخواست، یک API می‌تواند به راحتی توسط ربات‌های مخرب یا ترافیک بیش از حد تحت فشار قرار گیرد که منجر به کاهش عملکرد یا حتی از کار افتادن کامل آن می‌شود.

چرا محدودسازی نرخ درخواست مهم است؟

• محافظت در برابر حملات DoS: محدودسازی نرخ درخواست می‌تواند با محدود کردن تعداد درخواست‌هایی که یک منبع واحد می‌تواند ارسال کند، به طور مؤثری حملات DoS را کاهش دهد و از تحت فشار قرار گرفتن سرور API جلوگیری کند.
• جلوگیری از حملات Brute-Force: محدودسازی نرخ درخواست می‌تواند برای جلوگیری از حملات brute-force به نقاط پایانی احراز هویت با محدود کردن تعداد تلاش‌های ناموفق برای ورود به سیستم در یک بازه زمانی معین استفاده شود.
• مدیریت منابع: محدودسازی نرخ درخواست با جلوگیری از استفاده بیش از حد و تضمین دسترسی منصفانه برای همه کاربران، به مدیریت مؤثر منابع API کمک می‌کند.
• بهینه‌سازی هزینه: با محدود کردن استفاده از API، محدودسازی نرخ درخواست می‌تواند به کاهش هزینه‌های زیرساخت و جلوگیری از افزایش ناگهانی ترافیک که می‌تواند منجر به افزایش هزینه‌ها شود، کمک کند.

استراتژی‌های محدودسازی نرخ درخواست

چندین استراتژی مختلف برای محدودسازی نرخ درخواست وجود دارد که می‌توانید برای محافظت از APIهای خود از آنها استفاده کنید. بهترین رویکرد به نیازمندی‌های خاص برنامه شما و انواع حملاتی که سعی در جلوگیری از آنها دارید بستگی دارد. در اینجا برخی از استراتژی‌های رایج محدودسازی نرخ درخواست آورده شده است:

• سطل توکن (Token Bucket): این الگوریتم از یک "سطل" استفاده می‌کند که تعداد مشخصی توکن را در خود نگه می‌دارد. هر درخواست یک توکن مصرف می‌کند و سطل با نرخ مشخصی دوباره پر می‌شود. اگر سطل خالی باشد، درخواست رد می‌شود. این یک رویکرد بسیار پرکاربرد و انعطاف‌پذیر است.
• سطل چکه کننده (Leaky Bucket): این الگوریتم نیز مانند سطل توکن از یک سطل استفاده می‌کند، اما به جای پر کردن مجدد سطل، درخواست‌ها با نرخ ثابتی از سطل "چکه" می‌کنند. اگر سطل پر باشد، درخواست رد می‌شود.
• شمارنده پنجره ثابت (Fixed Window Counter): این الگوریتم زمان را به پنجره‌هایی با اندازه ثابت تقسیم می‌کند و تعداد درخواست‌ها را در هر پنجره می‌شمارد. اگر تعداد درخواست‌ها از حد مجاز فراتر رود، درخواست رد می‌شود. این یک رویکرد ساده و با پیاده‌سازی آسان است.
• شمارنده پنجره لغزان (Sliding Window Counter): این الگوریتم شبیه به شمارنده پنجره ثابت است، اما به جای پنجره ثابت از یک پنجره لغزان استفاده می‌کند. این روش با در نظر گرفتن زمان سپری شده از آخرین درخواست، محدودسازی نرخ دقیق‌تری را فراهم می‌کند.

پیاده‌سازی محدودسازی نرخ درخواست

محدودسازی نرخ درخواست را می‌توان در لایه‌های مختلف پشته برنامه پیاده‌سازی کرد، از جمله:

• دروازه API (API Gateway): دروازه‌های API اغلب قابلیت‌های داخلی محدودسازی نرخ درخواست را ارائه می‌دهند و به شما امکان می‌دهند محدودیت‌های نرخ را برای نقاط پایانی مختلف API پیکربندی کنید. نمونه‌هایی از آن عبارتند از Kong، Tyk و Apigee.
• میان‌افزار (Middleware): محدودسازی نرخ درخواست را می‌توان به عنوان میان‌افزار در سرور برنامه شما پیاده‌سازی کرد، که به شما امکان می‌دهد منطق محدودسازی نرخ را بر اساس نیازمندی‌های خاص سفارشی کنید.
• کد سفارشی: شما همچنین می‌توانید محدودسازی نرخ درخواست را مستقیماً در کد برنامه خود با استفاده از کتابخانه‌ها یا فریمورک‌هایی که عملکرد محدودسازی نرخ را ارائه می‌ده دهند، پیاده‌سازی کنید.

در اینجا مثالی از پیاده‌سازی محدودسازی نرخ درخواست با استفاده از میان‌افزار در Node.js با بسته `express-rate-limit` آورده شده است:

const rateLimit = require("express-rate-limit");
const express = require('express');
const app = express();

const limiter = rateLimit({
  windowMs: 15 * 60 * 1000, // ۱۵ دقیقه
  max: 100, // محدود کردن هر IP به ۱۰۰ درخواست در هر windowMs
  message: "درخواست‌های بیش از حد از این IP، لطفاً پس از ۱۵ دقیقه دوباره تلاش کنید"
});

//  اعمال بر روی تمام درخواست‌ها
app.use(limiter);

app.get('/', (req, res) => {
  res.send('سلام دنیا!');
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('سرور روی پورت ۳۰۰۰ در حال گوش دادن است');
});

این مثال یک محدودکننده نرخ را پیکربندی می‌کند که به هر آدرس IP اجازه می‌دهد ۱۰۰ درخواست را در یک پنجره ۱۵ دقیقه‌ای ارسال کند. اگر از حد مجاز فراتر رود، کلاینت خطای `429 Too Many Requests` را دریافت خواهد کرد.

بهترین شیوه‌ها برای محدودسازی نرخ درخواست

• الگوریتم مناسب را انتخاب کنید: الگوریتم محدودسازی نرخی را انتخاب کنید که برای نیازمندی‌های برنامه شما مناسب باشد. عواملی مانند سطح دقت مورد نظر، پیچیدگی پیاده‌سازی و سربار عملکرد را در نظر بگیرید.
• محدودیت‌های مناسب را پیکربندی کنید: محدودیت‌های نرخی را به اندازه‌ای بالا تنظیم کنید که به کاربران قانونی اجازه دهد بدون محدودیت غیرضروری به API دسترسی داشته باشند، اما به اندازه‌ای پایین باشد که از سوءاستفاده جلوگیری کرده و در برابر حملات DoS محافظت کند. الگوهای ترافیک API خود را برای تعیین محدودیت‌های بهینه تجزیه و تحلیل کنید.
• پیام‌های خطای آموزنده ارائه دهید: هنگامی که یک کلاینت از حد مجاز نرخ فراتر می‌رود، یک پیام خطای واضح و آموزنده ارائه دهید که توضیح می‌دهد چرا درخواست رد شده است و چه مدت باید قبل از تلاش مجدد صبر کنند.
• محدودیت‌های نرخ متفاوت را برای نقاط پایانی مختلف در نظر بگیرید: برخی از نقاط پایانی API ممکن است منابع بیشتری نسبت به سایرین مصرف کنند و به محدودیت‌های نرخ پایین‌تری نیاز داشته باشند.
• نظارت و تنظیم محدودیت‌های نرخ: به طور مداوم ترافیک API خود را نظارت کرده و در صورت نیاز محدودیت‌های نرخ را برای بهینه‌سازی عملکرد و امنیت تنظیم کنید.

اعتبارسنجی ورودی: جلوگیری از حملات تزریق و خرابی داده‌ها

اعتبارسنجی ورودی فرآیند تأیید این است که داده‌های دریافت شده از یک کلاینت API معتبر و برای پردازش ایمن هستند. این یک دفاع حیاتی در برابر حملات تزریق، خرابی داده‌ها و سایر آسیب‌پذیری‌های امنیتی است. با اعتبارسنجی دقیق تمام داده‌های ورودی، می‌توانید از تزریق کد مخرب توسط عاملان مخرب به برنامه خود یا دستکاری داده‌ها به روش‌های غیرمنتظره جلوگیری کنید.

چرا اعتبارسنجی ورودی مهم است؟

• جلوگیری از حملات تزریق: اعتبارسنجی ورودی می‌تواند با اطمینان از اینکه داده‌های ورودی حاوی کد مخرب نیستند، از انواع مختلف حملات تزریق مانند SQL injection، cross-site scripting (XSS) و command injection جلوگیری کند.
• یکپارچگی داده‌ها: اعتبارسنجی ورودی با جلوگیری از ذخیره داده‌های نامعتبر یا ناقص در پایگاه داده شما، به تضمین یکپارچگی داده‌های شما کمک می‌کند.
• پایداری برنامه: اعتبارسنجی ورودی می‌تواند با جلوگیری از خطاهای غیرمنتظره یا خرابی‌های ناشی از داده‌های ورودی نامعتبر، پایداری برنامه شما را بهبود بخشد.
• انطباق با استانداردهای امنیتی: اعتبارسنجی ورودی برای بسیاری از استانداردهای انطباق امنیتی مانند PCI DSS و HIPAA یک الزام است.

تکنیک‌های اعتبارسنجی ورودی

چندین تکنیک مختلف اعتبارسنجی ورودی وجود دارد که می‌توانید برای محافظت از APIهای خود از آنها استفاده کنید. بهترین رویکرد به نوع داده‌ای که اعتبارسنجی می‌شود و خطرات امنیتی خاصی که سعی در کاهش آنها دارید بستگی دارد. در اینجا برخی از تکنیک‌های رایج اعتبارسنجی ورودی آورده شده است:

• اعتبارسنجی نوع داده: تأیید کنید که داده‌های ورودی از نوع داده مورد انتظار هستند (به عنوان مثال، رشته، عدد صحیح، بولین).
• اعتبارسنجی قالب: تأیید کنید که داده‌های ورودی با قالب مورد انتظار مطابقت دارند (به عنوان مثال، آدرس ایمیل، شماره تلفن، تاریخ).
• اعتبارسنجی طول: تأیید کنید که داده‌های ورودی در محدوده طول مجاز قرار دارند.
• اعتبارسنجی محدوده: تأیید کنید که داده‌های ورودی در محدوده مقادیر مجاز قرار دارند (به عنوان مثال، سن، قیمت).
• لیست سفید (Whitelisting): فقط به کاراکترها یا مقادیر شناخته شده و ایمن اجازه دهید. این روش به طور کلی بر لیست سیاه (blacklisting) که سعی در مسدود کردن کاراکترها یا مقادیر مخرب شناخته شده دارد، ترجیح داده می‌شود.
• کدگذاری (Encoding): داده‌های ورودی را کدگذاری کنید تا از تفسیر آنها به عنوان کد جلوگیری شود. به عنوان مثال، از کدگذاری HTML می‌توان برای جلوگیری از حملات XSS استفاده کرد.
• پاکسازی (Sanitization): کاراکترها یا مقادیر بالقوه مضر را از داده‌های ورودی حذف یا اصلاح کنید.

پیاده‌سازی اعتبارسنجی ورودی

اعتبارسنجی ورودی باید در چندین لایه از برنامه شما انجام شود، از جمله:

• اعتبارسنجی سمت کلاینت: اعتبارسنجی اولیه را در سمت کلاینت انجام دهید تا بازخورد فوری به کاربر ارائه شود و بار روی سرور کاهش یابد. با این حال، نباید به اعتبارسنجی سمت کلاینت به عنوان تنها وسیله امنیتی تکیه کرد، زیرا به راحتی می‌توان آن را دور زد.
• اعتبارسنجی سمت سرور: اعتبارسنجی کامل را در سمت سرور انجام دهید تا اطمینان حاصل شود که تمام داده‌های ورودی برای پردازش ایمن هستند. این مهمترین لایه اعتبارسنجی است.
• اعتبارسنجی پایگاه داده: از محدودیت‌های پایگاه داده و رویه‌های ذخیره شده برای اعتبارسنجی بیشتر داده‌ها قبل از ذخیره در پایگاه داده استفاده کنید.

در اینجا مثالی از پیاده‌سازی اعتبارسنجی ورودی در پایتون با استفاده از فریمورک `Flask` و کتابخانه `marshmallow` آورده شده است:

from flask import Flask, request, jsonify
from marshmallow import Schema, fields, ValidationError

app = Flask(__name__)

class UserSchema(Schema):
    name = fields.String(required=True)
    email = fields.Email(required=True)
    age = fields.Integer(required=True, validate=lambda n: 18 <= n <= 120)

@app.route('/users', methods=['POST'])
def create_user():
    try:
        data = request.get_json()
        schema = UserSchema()
        result = schema.load(data)
        # پردازش داده‌های اعتبارسنجی شده
        return jsonify({'message': 'کاربر با موفقیت ایجاد شد'}), 201
    except ValidationError as err:
        return jsonify(err.messages), 400

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

در این مثال، `UserSchema` ساختار و انواع داده مورد انتظار برای داده‌های کاربر را تعریف می‌کند. متد `schema.load(data)` داده‌های ورودی را با شما اعتبارسنجی می‌کند و در صورت یافتن هرگونه خطا، یک `ValidationError` ایجاد می‌کند. این به شما امکان می‌دهد تا به راحتی خطاهای اعتبارسنجی را مدیریت کرده و پیام‌های خطای آموزنده‌ای را به کلاینت ارائه دهید.

بهترین شیوه‌ها برای اعتبارسنجی ورودی

• تمام داده‌های ورودی را اعتبارسنجی کنید: تمام داده‌های ورودی، از جمله داده‌های درخواست‌های API، ورودی کاربر و منابع خارجی را اعتبارسنجی کنید.
• از رویکرد لیست سفید استفاده کنید: هر زمان که ممکن است، از رویکرد لیست سفید برای اجازه دادن فقط به کاراکترها یا مقادیر شناخته شده و ایمن استفاده کنید.
• داده‌ها را کدگذاری و پاکسازی کنید: داده‌های ورودی را کدگذاری و پاکسازی کنید تا از تفسیر آنها به عنوان کد جلوگیری شود.
• پیام‌های خطای آموزنده ارائه دهید: هنگامی که اعتبارسنجی با شکست مواجه می‌شود، پیام‌های خطای واضح و آموزنده‌ای ارائه دهید که توضیح می‌دهد چرا ورودی نامعتبر بوده و کلاینت برای اصلاح آن چه کاری باید انجام دهد.
• قوانین اعتبارسنجی را به‌روز نگه دارید: به طور منظم قوانین اعتبارسنجی خود را برای مقابله با تهدیدها و آسیب‌پذیری‌های امنیتی جدید بررسی و به‌روز کنید.
• هنگام اعتبارسنجی، جهانی‌سازی را در نظر بگیرید: هنگام اعتبارسنجی داده‌هایی مانند شماره تلفن یا آدرس، از فرمت‌های مختلف بین‌المللی پشتیبانی کنید. کتابخانه‌ها و سرویس‌هایی برای کمک به این امر وجود دارند.

ترکیب محدودسازی نرخ درخواست و اعتبارسنجی ورودی

محدودسازی نرخ درخواست و اعتبارسنجی ورودی تکنیک‌های امنیتی مکملی هستند که باید برای ارائه حفاظت جامع برای APIهای شما با هم استفاده شوند. محدودسازی نرخ درخواست به جلوگیری از سوءاستفاده و تضمین در دسترس بودن کمک می‌کند، در حالی که اعتبارسنجی ورودی به جلوگیری از حملات تزریق و خرابی داده‌ها کمک می‌کند. با ترکیب این تکنیک‌ها، می‌توانید به طور قابل توجهی خطر رخنه‌های امنیتی را کاهش داده و یکپارچگی و قابلیت اطمینان APIهای خود را تضمین کنید.

به عنوان مثال، می‌توانید از محدودسازی نرخ درخواست برای جلوگیری از تلاش مهاجمان برای brute-force رمزهای عبور با محدود کردن تعداد تلاش‌های ناموفق برای ورود به سیستم در یک بازه زمانی معین استفاده کنید. سپس می‌توانید از اعتبارسنجی ورودی برای اطمینان از اینکه نام کاربری و رمز عبور ارائه شده توسط کاربر معتبر بوده و حاوی هیچ کد مخربی نیستند، استفاده کنید.

ابزارها و منابع

ابزارها و منابع زیادی برای کمک به شما در پیاده‌سازی محدودسازی نرخ درخواست و اعتبارسنجی ورودی در APIهایتان وجود دارد. در اینجا برخی از گزینه‌های محبوب آورده شده است:

• دروازه‌های API: Kong, Tyk, Apigee, AWS API Gateway, Azure API Management
• کتابخانه‌های میان‌افزار: express-rate-limit (Node.js), Flask-Limiter (Python)
• کتابخانه‌های اعتبارسنجی: Joi (JavaScript), Marshmallow (Python), Hibernate Validator (Java)
• OWASP (پروژه امنیت برنامه‌های کاربردی وب باز): OWASP منابع و راهنمایی‌های ارزشمندی در مورد امنیت API ارائه می‌دهد، از جمله لیست ۱۰ مورد برتر امنیت API OWASP.

نتیجه‌گیری

ایمن‌سازی APIها برای حفاظت از داده‌های حساس و تضمین در دسترس بودن و قابلیت اطمینان برنامه‌های مدرن حیاتی است. محدودسازی نرخ درخواست و اعتبارسنجی ورودی دو تکنیک اساسی هستند که می‌توانند به طور قابل توجهی امنیت API را افزایش دهند. با پیاده‌سازی مؤثر این تکنیک‌ها، می‌توانید از سوءاستفاده جلوگیری کنید، حملات تزریق را کاهش دهید و APIهای خود را در برابر طیف گسترده‌ای از تهدیدها محافظت کنید. به یاد داشته باشید که به طور مداوم APIهای خود را نظارت کنید، اقدامات امنیتی خود را به‌روز کنید و از آخرین بهترین شیوه‌های امنیتی مطلع بمانید تا یک وضعیت امنیتی قوی حفظ کنید.

با اولویت دادن به امنیت API، می‌توانید اعتماد کاربران خود را جلب کنید، از کسب و کار خود محافظت کنید و موفقیت بلندمدت برنامه‌های خود را تضمین کنید. به یاد داشته باشید که هنگام توسعه API برای مخاطبان جهانی، تفاوت‌های فرهنگی و استانداردهای بین‌المللی را در نظر بگیرید.