本科毕业设计任务书
学部大数据与计算机应用科教中心XX（写全称）专业2020/2022级B201 /S221班 学号学生指导教师
毕业设计题目
XXXXXXXXX
毕业设计工作内容与基本要求
一、目标和任务
面向Nginx服务器的Web应用防火墙（WAF）设计与实现的主要目标是构建一个高效、可靠的网络安全防护系统，该系统能够准确识别并拦截针对Web应用的各类已知攻击行为，同时确保合法用户请求的正常处理与响应。通过WAF的部署，旨在提升Web应用的整体安全性，降低因网络攻击导致的潜在风险与损失。
设计攻击检测引擎：作为WAF的核心模块，攻击检测引擎需具备强大的恶意内容识别能力。这包括设计合理的整体架构，确保引擎能够高效、稳定地运行；开发编码解析模块，用于解析用户请求中的各类参数与数据；以及构建正则匹配模块，利用配置好的黑名单规则库对用户请求进行正则匹配，以发现并拦截恶意请求。
实现日志收集与处理系统：为确保WAF能够实时记录并分析攻击行为，需设计并实现一套日志收集与处理系统。该系统需具备实时性、高并发处理能力和可扩展性，能够实时收集WAF节点生成的日志数据，并将其存储到HDFS中以便长期保存。同时，利用Kafka消息队列平衡日志生成速率与处理速率，确保日志数据不会因处理不及时而丢失。
实现日志数据分析与展示：在收集到日志数据后，需利用Storm实时处理框架对日志数据进行分析，统计攻击者和攻击类型的数量，并将统计结果存储在Redis集群中。此外，还需开发日志展示模块，从Redis集群中获取数据，并以图形化方式在前端展示攻击统计信息，为管理员提供直观的安全态势感知。
二、途径和方法
途径：s
技术研究与选型：深入研究Nginx服务器、WAF技术原理、正则表达式匹配技术、日志收集与处理技术（如Flume、HDFS、Kafka）、实时数据处理技术（如Storm）以及数据存储与展示技术（如Redis、前端图形化展示）。根据WAF设计与实现的需求，选择合适的技术进行组合与应用。
模块化设计与实现：将WAF系统划分为多个功能模块，如攻击检测引擎、日志收集与处理系统、日志数据分析与展示等。针对每个模块进行详细的设计与实现，确保各模块之间能够高效协同工作，共同构成完整的WAF系统。
方法：
迭代开发：采用迭代开发的方法，逐步构建和完善WAF系统。在每个迭代周期中，根据需求分析和设计文档，开发并测试相应的功能模块。通过不断迭代，逐步优化WAF系统的性能和稳定性。
集成测试与验证：在WAF系统构建完成后，进行集成测试与验证。通过模拟各种攻击场景和合法用户请求，验证WAF系统的攻击检测能力、日志收集与处理性能以及数据分析与展示的准确性。根据测试结果，对WAF系统进行必要的调整与优化。
三、主要参考资料（文献）
[1]胡峰松, 李苍, 王冕, 等. 基于机器学习的 SQL 注入检测方案[J]. 计算机工程与设计, 2019, 40(6):
[2]王言伟. 基于 Nginx 的 Web 应用防火墙的设计与实现[D]. 北京邮电大学, 2018.
[3]任皓, 许向阳, 马金龙, 等. 基于 Web 访问路径的应用层 DDoS 攻击防御检测模型[J]. Journal of Hebei University of Science & Technology, 2019, 40(5).
[4]黄芝龙, 徐莉莎, 瞿少成. 高并发 Web 电商系统的设计与优化[J]. 计算机与数字工程, 2019, 47(7): 1719-1724, 1775.
[5]刘吉会;何成万;.基于ECA规则和动态污点分析的SQL注入攻击在线检测[J].计算机应用,2023(05).
[6]谷家腾;辛阳;.基于动态分析的XSS漏洞检测模型[J].计算机工程,2018(10).
[7]袁子龙, 吴秋新, 刘韧, 秦宇. 一种基于改进差分进化算法的源码漏洞检测模型的冷启动方法[J/OL].计算机应用研究, 2023, 1-10.
[8]林雍博, 凌捷. 基于残差网络和 GRU 的 XSS 攻击检测方法[J]. 计算机工程与应用, 2022, 58(10): 101-107. [40] 刘士博. 基于胶囊网络的 XSS 攻击识别方法的研究[J]. 大众标准化, 2022(19): 122-124.
[9]Harshad Wadkar,Arun Mishra. Hardening web browser security configuration using machine learning techniqueT. International Journal of Electronic Business.2020.15(3).
[10]K.Samhitha,K.Tharun,P.Likhith,T.Srinivasarao. Analysis of Http Cookie Hijacking in the Wild[J]. International Journal ofInnovative Technology and Exploring Engineering (IJTEE),2020,9(7).
[11]Jemal I, Haddar M A, Cheikhrouhou O, et al. Performance evaluation of Convolutional Neural Network for web security[J]. Computer Communications, 2021, 175: 58-67.
[12]任侠. 基于动态自适应负载均衡的服务器集群优化策略[J]. 工业控制计算机, 2015, 28(12): 38-39.
四、技术要求
面向Nginx服务器的Web应用防火墙设计需满足以下技术要求：攻击检测引擎需具备高效的正则匹配能力，确保能实时分析用户请求并准确识别恶意内容。日志收集与处理系统需具备高并发处理能力和实时性，能实时收集、存储并传递日志数据，同时平衡日志生成速率和处理速率。日志数据分析模块需能实时处理日志数据，准确统计攻击数量和类型，并将结果高效存储。前端展示模块需具备良好的用户体验，能以图形化方式直观展示攻击统计信息。整体系统需具备可扩展性和稳定性，以适应不断变化的网络安全环境。
五、注意事项
在设计与实现过程中，需注意以下几点：一是确保攻击检测引擎的规则库及时更新，以应对新型网络攻击；二是日志收集与处理系统需具备容错机制，避免因单点故障导致日志数据丢失；三是日志数据分析模块需保证数据处理的准确性和高效性，避免误报和漏报；四是前端展示模块需考虑数据安全和隐私保护，避免敏感信息泄露；五是整体系统需进行充分的测试与验证，确保在实际运行中的稳定性和可靠性。
毕业设计时间：2023年12月18日至2024年5月10日
计 划 答 辩 时 间：2024年5月18日
工作任务与工作量要求：原则上查阅文献资料不少于12篇，其中外文资料不少于2篇；文献综述不少于3000字；理工科类论文或设计说明书不少于8000字（同时提交有关图纸和附件），毕业设计撰写规范及有关要求。
专业教研室审批意见：
审批人（签字）：
日 期：
