接口被刷百万QPS，怎么防？

大家好，我是苏三。

今天我们不聊风花雪月，只讲这个让无数开发者夜不能寐的终极命题：当恶意流量如海啸般扑来，如何守住你的系统防线？

有些小伙伴在工作中可能经历过接口被刷的噩梦，但百万QPS量级的攻击完全是另一个维度的战争。

今天这篇文章跟大家一起聊聊接口被刷百万QPS，如何防御，希望对你会有所帮助。

为什么百万QPS如此致命？

用一张图给解释一下百万QPS的危害：

攻击者三大核心武器：

1. IP海洋战术：10万+代理IP池动态轮转，传统IP限流失效。
2. 设备克隆技术：伪造浏览器指纹，模拟真实设备行为。
3. 协议级精准攻击：精心构造的HTTP请求，绕过基础WAF规则。

系统崩溃的致命链反应：

• 线程池100%占用 → 新请求排队超时
• 数据库连接耗尽 → SQL执行阻塞
• Redis响应飙升 → 缓存穿透雪崩
• 微服务连环熔断 → 服务不可用

那么，我们该如何防御呢？

第一道防线：基础限流与熔断

1. 网关层限流

我们需要在网关层做限流，目前主流的解决方案是：Nginx + Lua。

下面是Nginx的限流配置：

location /api/payment {
    access_by_lua_block {
        local limiter = require "resty.limit.req"
        -- 令牌桶配置：1000QPS + 2000突发容量
        local lim, err = limiter.new("payment_limit", 1000, 2000)
        if not lim then
            ngx.log(ngx.ERR, "限流器初始化失败: ", err)
            return ngx.exit(500)
        end
        
        -- 基于客户端IP限流
        local key = ngx.var.remote_addr
        local delay, err = lim:incoming(key, true)
        
        if not delay then
            if err == "rejected" then
                -- 返回429状态码+JSON错误信息
                ngx.header.content_type = "application/json"
                ngx.status = 429
                ngx.say([[{"code":429,"msg":"请求过于频繁"}]])
                return ngx.exit(429)
            end
            ngx.log(ngx.ERR, "限流错误: ", err)
            return ngx.exit(500)
        end
    }
}

代码解析：

1. 使用OpenResty的lua-resty-limit-req模块
2. 令牌桶算法：1000QPS常规流量 + 2000突发流量缓冲
3. 基于客户端IP维度限流
4. 超出限制返回429状态码和JSON格式错误

2. 分布式熔断

面对大流量时，我们需要增加分布式熔断机制，比如使用Sentinel集群流控。

下面是Sentinel集群的流控配置：

public class SentinelConfig {
    @PostConstruct
    public void initFlowRules() {
        // 创建集群流控规则
        ClusterFlowRule rule = new ClusterFlowRule();
        rule.setResource("createOrder"); // 受保护资源
        rule.setGrade(RuleConstant.FLOW_GRADE_QPS); // QPS限流
        rule.setCount(50000); // 集群阈值5万QPS
        rule.setClusterMode(true); // 开启集群模式
        rule.setClusterConfig(new ClusterRuleConfig()
            .setFlowId(123) // 全局唯一ID
            .setThresholdType(1) // 全局阈值
        );
        
        // 注册规则
        ClusterFlowRuleManager.loadRules(Collections.singletonList(rule));
    }
}

流程图如下：

实现原理：

1. Token Server集中管理全集群流量配额
2. 网关节点实时向Token Server申请令牌
3. 当集群总QPS超过阈值时，按比例限制各节点流量
4. 避免单节点限流导致的集群流量不均衡问题

第二道防线：设备指纹与行为分析

1. 浏览器指纹生成

前端可以在浏览器上生成指纹，即使客户端IP换了，但相同设备的指纹还是一样的。

前端设备指纹生成方案，这里使用了Canvas+WebGL。

// 前端设备指纹生成方案
function generateDeviceFingerprint() {
  // 1. 获取基础设备信息
  const baseInfo = [
    navigator.userAgent,
    navigator.platform,
    screen.width + 'x' + screen.height,
    navigator.language
  ].join('|');
  
  // 2. 生成Canvas指纹
  const canvas = document.createElement('canvas');
  const ctx = canvas.getContext('2d');
  ctx.fillStyle = '#f60';
  ctx.fillRect(0, 0, 100, 30);
  ctx.fillStyle = '#069';
  ctx.font = '16px Arial';
  ctx.fillText('防御即艺术', 10, 20);
  const canvasData = canvas.toDataURL();
  
  // 3. 生成WebGL指纹
  const gl = canvas.getContext('webgl');
  const debugInfo = gl.getExtension('WEBGL_debug_renderer_info');
  const renderer = gl.getParameter(debugInfo.UNMASKED_RENDERER_WEBGL);
  
  // 4. 组合生成最终指纹
  const fingerprint = md5(baseInfo + canvasData + renderer);
  return fingerprint;
}

指纹特性分析：

• 稳定性：相同设备多次生成一致性 > 98%
• 唯一性：不同设备碰撞概率 < 0.1%
• 隐蔽性：用户无感知，无法简单清除

2. 行为分析模型

我们还可以分析用户的行为。

使用下面的鼠标行为分析引擎：

import numpy as np

def analyze_mouse_behavior(move_events):
    """
    分析鼠标移动行为特征
    :param move_events: 鼠标移动事件列表 [{'x':100, 'y':200, 't':1680000000}, ...]
    :return: 异常概率(0-1)
    """
    # 1. 计算移动速度序列
    speeds = []
    for i in range(1, len(move_events)):
        prev = move_events[i-1]
        curr = move_events[i]
        dx = curr['x'] - prev['x']
        dy = curr['y'] - prev['y']
        distance = (dx**2 + dy**2) ** 0.5
        time_diff = curr['t'] - prev['t']
        # 防止除零
        speed = distance / max(0.001, time_diff) 
        speeds.append(speed)
    
    # 2. 计算加速度变化
    accelerations = []
    for i in range(1, len(speeds)):
        acc = speeds[i] - speeds[i-1]
        accelerations.append(acc)
    
    # 3. 提取关键特征
    features = {
        'speed_mean': np.mean(speeds),
        'speed_std': np.std(speeds),
        'acc_max': max(accelerations),
        'acc_std': np.std(accelerations),
        'linearity': calc_linearity(move_events)
    }
    
    # 4. 使用预训练模型预测
    return risk_model.predict([features])

行为特征维度：

1. 移动速度：机器人速度恒定，真人波动大
2. 加速度：机器人加速度变化呈锯齿状
3. 移动轨迹线性度：机器人多为直线运动
4. 操作间隔：机器人操作间隔高度一致

第三道防线：动态规则引擎

1. 实时规则配置

我们还可以使用动态规则引擎（比如：Drools引擎），可以配置风控规则。

Drools风控规则示例：

rule "高频访问敏感接口"
    // 规则元数据
    salience 100  // 优先级
    no-loop true  // 防止规则循环触发
    
    // 条件部分
    when
        $req : Request(
            path == "/api/coupon/acquire", // 敏感接口
            $uid : userId != null,        // 登录用户
            $ip : clientIp
        )
        
        // 统计同一用户10秒内请求次数
        accumulate(
            Request(
                userId == $uid,
                path == "/api/coupon/acquire",
                this != $req,  // 排除当前请求
                $ts : timestamp
            );
            $count : count($ts),
            $minTime : min($ts),
            $maxTime : max($ts)
        )
        
        // 判断条件：10秒内超过30次请求
        eval($count > 30 && ($maxTime - $minTime) < 10000)
    then
        // 执行动作：阻断并记录
        insert(new BlockEvent($uid, $ip, "高频领券"));
        $req.setBlock(true);
end

规则引擎优势：

• 实时生效：新规则秒级推送
• 复杂条件：支持多维度联合判断
• 动态更新：无需重启服务

2. 多维关联分析模型

我们需要建立一套多维关联分析模型：

使用风险评分机制。

评分模型公式：

风险分 = 
  IP风险权重 × IP评分 +
  设备风险权重 × 设备评分 +
  行为异常权重 × 行为异常度 +
  历史画像权重 × 历史风险值

终极防御架构

下面用用一张图总结一下百万QPS防御的架构体系：

核心组件解析：

1. 流量清洗层（CDN）

   • 过滤静态资源请求
   • 吸收70%以上流量冲击

2. 安全防护层（网关集群）

   • 设备指纹生成：标记每个请求源
   • 分布式限流：集群级QPS控制
   • 规则引擎：实时判断风险

3. 实时风控层（Flink计算）

// Flink实时风控处理
riskStream
  .keyBy(req => req.getDeviceId()) // 按设备ID分组
  .timeWindow(Time.seconds(10))   // 10秒滚动窗口
  .aggregate(new RiskAggregator)  // 聚合风险指标
  .map(riskData => {
    val score = riskModel.predict(riskData)
    if(score > RISK_THRESHOLD) {
      // 高风险请求阻断
      blockRequest(riskData.getRequestId())
    }
  })

4. 数据支撑层
   • Redis：存储实时风险画像
   • Flink：计算行为特征指标
   • 规则管理台：动态调整策略

血泪教训

1. IP白名单的陷阱

场景：将合作方IP加入白名单
灾难：攻击者入侵合作方服务器发起攻击
解决方案：

使用设备指纹校验和行为分析。

2. 限流阈值静态设置的灾难

场景：设置固定5000QPS阈值
问题：大促时正常流量超阈值被误杀
优化方案：

// 动态阈值调整算法
public class DynamicThreshold {
    // 基于历史流量自动调整
    public static int calculateThreshold(String api) {
        // 1. 获取上周同时段流量
        double base = getHistoricalQps(api); 
        // 2. 考虑当日增长系数
        double growth = getGrowthFactor(); 
        // 3. 保留20%安全余量
        return (int)(base * growth * 0.8); 
    }
}

3. 忽略带宽成本

教训：10Gbps流量攻击导致月度预算超支200%
应对策略：

• 前置CDN吸收静态流量
• 配置云厂商DDoS防护服务
• 设置带宽自动熔断机制

真正的防御不是让攻击无法发生，而是让攻击者付出十倍代价却一无所获。当你的防御成本低于对手的攻击成本时，战争就结束了。

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