一文读懂 Web 安全

孟思行
2,749 阅读18分钟

Web 安全是互联网中不可或缺的一个领域，这个领域中诞生了大量的黑帽子与白帽子，他们都是安全领域的王者，在平时里，他们利用各种巧妙的技术互相博弈，时不时就会掀起一场 Web 安全浪潮，真可谓神仙打架，各显神通。

本文从一个吃瓜群众的角度，聊一聊 Web 安全的一些有趣故事。

  • 安全世界观
  • 安全攻防案例
  • 总结与思考

安全世界观

在互联网发展之初，IE 浏览器垄断的时期，大家上网的目的都很单纯，主要通过浏览器分享信息，获取新闻。但随着互联网的不断发展发展，一个网页能做的事情越来越多，除了看新闻，我们还可以看视频、玩游戏、购物、聊天等，这些功能都大大丰富了我们的生活。

随着网页功能的逐渐增多，就开始出现了一些黑帽子，他们试图通过一些技术手段来牟取利益。在我小的时候，印象最深的就是木马病毒，它可以监控你的键盘，将你在键盘上敲打的内容发送到黑客的机器上，黑客通过分析这些内容，很容易就能得到你的游戏账号和密码。

在这之后，就诞生出了一些杀毒软件，致力于解决网络上的各种病毒，随着不断地发展，杀毒软件已经成为一台电脑必不可少的软件。

为什么会出现这样的安全问题？

安全归根到底是信任的问题，如果所有人都按照正常的流程去上网，不去谋取私利，也就没有安全问题可谈了。

安全的根本在于信任，但要让所有人互相信任谈何容易。在当前阶段，我们可以做到：持续做好安全防护，让漏洞越来越少，非法攻击越来越困难，这样就能逐渐减少黑帽子的数量，让病毒制造者越来越少。

如何做好安全

要做好安全，首先得理解安全问题的属性，前人通过无数实践，最后将安全的属性总结为安全三要素，分别为：机密性、完整性、可用性。

  • 机密性
    • 保护数据内容不被泄露。
    • 通常使用加密的方法。
  • 完整性
    • 保护数据内容是完整的、没有被篡改。
    • 通常使用数字签名的方法。
  • 可用性
    • 数据随时都能够使用。
    • 通常是在防御 DOS。

有了安全 3 要素之后，我们就可以对安全问题进行评估了。

  • 资产等级划分
    • 找出最重要的数据。
    • 找出最重要数据的宿主空间，如：在数据库里，那么数据库就得重点防御。
    • 找出数据库的宿主空间，如：在一台服务器上，那么这台服务器就得做次等防御。
    • 找出服务器的宿主空间，如：在 OSI 网络层级上，那么在网络层面就得做一般防御。
  • 威胁分析
    • 找出威胁（可能造成危害的来源）。
    • 找出风险（可能出现的损失叫做风险）。
  • 风险分析
    • 采取多标准决策分析，即：风险 = 威胁等级 * 威胁可行性。
    • 计算所有的威胁，将最终的风险进行排序，优先解决风险大的问题。
  • 确认解决方案
    • 找出不安全的实现方式，并确定解决方案。
    • 解决方案不要改变商业需求的初衷。
    • 解决方案需对用户透明，不要改变用户的习惯。

做好安全评估之后，我们就有了一份安全解决方案，后续的安全工作只需按照这个方案去做，就没有任何问题。

安全的原则

有了安全解决方案之后，我们还可以制定一些安全原则，遵守原则做事，可以让我们事半功倍。

  • 黑名单、白名单原则
    • 白名单方案指的是给安全的资源授权。
    • 黑名单方案指的是禁用不安全的资源。
    • 我们应该优先使用白名单方案，因为黑名单通常统计不完所有的不安全资源。
    • 如：XSS 攻击的方式非常多，可以通过 script、css、image 标签等，尽管你将这些标签都加入黑名单，也不能保证其他的标签都没有 XSS 的攻击隐患。
  • 最小权限原则
    • 只授予必要的权限，不要过度授权，减少出错机会。
    • 如：普通权限的 Linux 用户只能操作 ~ 文件夹下的目录，如果有人想删库跑路，在执行 rm -rf / 时，就会提示无权限。
  • 纵深防御原则
    • 这条原则类似 木桶理论，安全水平往往取决于最短的那块板。
    • 即：不要留下短板，黑帽子们往往可以利用短板为突破口，挖掘更大的漏洞。
  • 数据与代码分离原则
    • 当用户数据被当成代码执行时，混淆了数据和代码的边界，从而导致安全问题。
    • 如：XSS 就是利用这一点去攻击的。
  • 不可预测性原则
    • 这条原则是为了提高攻击门槛，有效防止基于篡改、伪造的攻击。
    • 如：数据库中使用 uuid 代替 number 型的自增主键，可以避免 id 被攻击者猜到，从而进行批量操作。
    • token 也是利用不可预测性，攻击者无法构造 token 也就无法进行攻击。

有了这些安全原则，我们就可以开干了，接下来介绍几个常见的攻防案例。

安全攻防案例

安全攻防的案例非常多，这里主要介绍几个出镜率比较高的安全问题。

客户端攻击

  • XSS 攻击
  • CSRF 攻击
  • 点击劫持

XSS 攻击

XSS 攻击的本质是将用户数据当成了 HTML 代码一部分来执行，从而混淆原本的语义，产生新的语义。

如图所示，我们注册了一个 <script>alert(document.cookie)</script> 的用户名，所有能看到此用户名字的页面，都会弹出当前浏览器的 Cookie，如果代码的逻辑是将 Cookie 发送到攻击者的网站，攻击者就能冒充当前用户进行登录了。

XSS 攻击方式有很多，所有和用户交互的地方，都有可能存在 XSS 攻击。

例如：

  • 所有 input 框。
  • window.location。
  • window.name。
  • document.referrer。
  • document.cookie。
  • localstorage。
  • ...

由于页面中与用户交互的地方非常多，肯定还有一些 XSS 的攻击方式没有被发现，而一旦被黑帽子发现，就可能造成严重的影响，所以我们务必引起重视。

XSS 攻击影响

被 XSS 攻击成功后，攻击者就可以获取大量的用户信息，例如：

  • 识别用户 UA。
  • 识别用户浏览器扩展。
  • 识别用户浏览过的网站。
    • 通过 CSS 的 Visited 属性。
  • 获取用户真实的 IP。
    • 通过 WebRTC 等。
  • 盗取 Cookie
    • 伪造用户登录，窃取用户资料。
  • XSS 钓鱼。
    • 向页面注入一个登录弹窗，让用户认为是网站内的登录弹窗（其实是钓鱼网站的），一旦用户登录，账号密码就泄露给了钓鱼网站。
XSS 攻击防御

目前来说，XSS 已经得到了互联网行业的重视，许多开发框架都内置了安全的 HTML 渲染方法。

我们也可以自定义进行一些安全配置。

  • 配置 HTTP 中的 http-only 头，让前端 JS 不能操作 Cookie。
  • 输入检查，在用户提交数据时，使用 XssFilter 过滤掉不安全的数据。
  • 输出检查，在页面渲染的时候，过滤掉危险的数据。

CSRF 攻击

CSRF（Cross-site request forgery）跨站请求伪造，是一种利用用户身份，执行一些用户非本意的操作。

如图所示：

  1. 用户先登录了服务器 B，然后去访问服务器 C。
  2. 服务器 C 通过恶意脚本，冒充 A 去调用服务器 B 上的某个功能，
  3. 对于服务器 B 来说，还以为这是 A 发起的请求，就当作正常请求处理了。

试想一下，如果 C 冒充 A 进行了一次转账，必定会造成大量的经济损失。

CSRF 防御方式

防御 CSRF 主要有以下几种方式：

  • 验证码
    • 每一次请求都要求用户验证，以确保请求真实可靠。
    • 即：利用恶意脚本不能识别复杂的验证码的特点，保证每次请求都是合法的。
  • Referer 检查
    • 检查发起请求的服务器，是否为目标服务器。
    • 即：HTTP 请求中的 Referer 头传递了当前请求的域名，如果此域名是非法服务器的域名，则需要禁止访问。
  • Token
    • 利用不可预测性原则，每一请求必须带上一段随机码，这段随机码由正常用户保存，黑帽子不知道随机码，也就无法冒充用户进行请求了。

点击劫持

点击劫持是一种视觉欺骗的攻击手段。攻击者将需要攻击的网站通过 iframe 嵌套的方式嵌入自己的网页中，并将 iframe 设置为透明，在页面中透出一个按钮诱导用户点击。

就像一张图片上面铺了一层透明的纸一样，你看到的是攻击者的页面，但是其实这个页面只是在底部，而你真正点击的是被攻击者透明化的另一个网页。

如果所示，当你点击了页面上的按钮之后，本以为会...... ，而真正执行的操作是关注了某人的博客。

点击劫持防御

由于点击劫持主要通过 iframe，所以在防御时，主要基于 iframe 去做。

  • 方案一：frame busting

    • 正常网站使用 JS 脚本判断是否被恶意网站嵌入，如：博客网站监测到被一个 iframe 打开，自动跳转到正常的页面即可。
    if (self !== top) {
  // 跳回原页面
  top.location = self.location;
}

  • 方案二：使用 HTTP 中的 x-frame-options 头，控制 iframe 的加载，它有 3 个值可选：

    • DENY，表示页面不允许通过 iframe 的方式展示。
    • SAMEORIGIN，表示页面可以在相同域名下通过 iframe 的方式展示。
    • ALLOW-FROM，表示页面可以在指定来源的 iframe 中展示。

  • 配置 iframe 的 sandbox 属性

    • sandbox = "allow-same-origin" 则只能加载与主站同域的资源。

服务器端攻击

服务器端的攻击的方式也非常多，这里列举几个常见的。

  • SQL 注入攻击
  • 文件上传漏洞
  • 登录认证攻击
  • 应用层拒绝服务攻击
  • webServer 配置安全

SQL 注入攻击

SQL 注入和 XSS 一样，都是违背了数据和代码分离原则导致的攻击方式。

如图所示，我们利用 SQL 注入，就能在不需要密码的情况下，直接登录管理员的账号。

攻击的前提是：后端只用了简单的拼接 SQL 的方式去查询数据。

# 拼接出来的 sql 如下：
select * from user where username = 'admin' or 1=1 and password = 'xxx'
# 无论密码输入什么，这条 sql 语句都能查询到管理员的信息

除此之外，SQL 注入还有以下几种方式：

  • 使用 SQL 探测，猜数据库表名，列名。
    • 通过 MySQL 内置的 benchmark 探测数据库字段。
    • 如：一段伪代码 select database as current if current[0]==='a',benchmark（10000,'猜对了'） 如果表明猜对了，就延迟 10 s 并返回成功。
  • 使用存储过程执行系统命令
    • 通过内置的方法或存储过程执行 shell 脚本。
    • 如：xp_cmdshell、sys_eval、sys_exec 等。
  • 字符串截断
    • 如：MySQL 在处理超长的字符串时，会显示警告，但会执行成功。
    • 注册一个 admin + 50 个空格的用户，会触发截断，最终新增一个 admin 用户，这样就能拥有管理员权限了。
SQL 注入防御

防止 SQL 注入的最好的办法就是，不要手动拼接 SQL 语句。

  • 最佳方案，使用预编译语句绑定变量
    • 通常是指框架提供的拼接 SQL 变量的方法。
    • 这样的语义不会发生改变，变量始终被当成变量。
  • 严格限制数据类型，如果注入了其他类型的数据，直接报错，不允许执行。
  • 使用安全的存储过程和系统函数。
CRLF 注入

在注入攻击中，换行符注入也是非常常见的一种攻击方式。

  • 如果在 HTTP 请求头中注入 2 个换行符，会导致换行符后面的所有内容都被解析成请求实体部分。
  • 攻击者通常在 Set-Cookie 时，注入换行符，控制请求传递的内容。

文件上传漏洞

上传文件是网页开发中的一个常见功能，如果不加处理，很容易就会造成攻击。

如图所示，攻击者上传了一个木马文件，并且通过返回的 URL 进行访问，就能控制服务器。

通常我们会控制上传文件的后缀名，但也不能完全解决问题，攻击者还可以通过以下方式进行攻击：

  • 伪造正常文件
    • 将木马文件伪装成正常的后缀名进行上传。
    • 如果要避免这个问题，我们可以继续判断上传文件的文件头前 10 个字节。
  • Apache 解析方式是从后往前解析，直到找到一个认识的后缀名为止
    • 如：上传一个 abc.php.rar.rar.rar 能绕过后缀名检查，但在执行时，被当成一个 php 文件进行执行。
  • IIS 会截断分号进行解析
    • 如：abc.asp;xx.png 能绕过后缀名检查，但在执行时，被当成一个 asp 文件进行执行。
  • HTTP PUT 方法允许将文件上传到指定位置
    • 通过 HTTP MOVE 方法，还能修改上传的文件名。
    • 通过二者配合，就能先上传一个正常的后缀名，然后改为一个恶意的后缀名。
  • PHP CGI 路径问题
    • 执行 http://abc.com/test.png/xxx.php 时，会把 test.png 当做 php 文件去解析。
    • 如果用户正好是把一段恶意的 php 脚本当做一张图片进行上传，就会触发这个攻击。
文件上传漏洞防御

防御文件上传漏洞，可以从以下几点考虑：

  • 将文件上传的目录设置为不可执行。
  • 判断文件类型
    • 检查 MIME Type，配置白名单。
    • 检查后缀名，配置白名单。
  • 使用随机数改写文件名和文件路径
    • 上传文件后，随机修改文件名，让攻击者无法执行攻击。
  • 单独设置文件服务器的域名
    • 单独做一个文件服务器，并使用单独的域名，利用同源策略，规避客户端攻击。
    • 通常做法是将静态资源存放在 CDN 上。

登录认证攻击

登录认证攻击可以理解为一种破jie登录的方法。攻击者通常采用以下几种方式进行破jie：

  • 彩虹表
    • 攻击者通过搜集大量明文和 MD5 的对应关系，用于解密 MD5 密文找出原文。
    • 对于彩虹表中的 MD5 密码，我们可以加盐，进行二次加密，避免被解密。
  • Session Fixation 攻击
    • 利用应用系统在服务器的 SessionID 固定不变机制，借助他人用相同的 SessionID 获取认证和授权。
    • 攻击者登录失败后，后端返回了 SessionID，攻击者将 SessionID 交给正常用户去登录，登录成功后，攻击者就能使用这个 SessionID 冒充正常用户登录了。
    • 如果浏览器每一次登录都刷新 SessionID 可以避免这个问题。
  • Session 保持攻击
    • 有些时候，后端出于用户体验考虑，只要这个用户还活着，就不会让这个用户的 Session 失效。
    • 攻击者可以通过不停发起请求，可以让这个 Session 一直活下去。
登录认证防御方式
  • 多因素认证
    • 密码作为第一道防御，但在密码验证成功后，我们还可以继续验证：动态口令，数字证书，短信验证码等，以保证用户安全。
    • 由于短信和网页完全是 2 套独立的系统，攻击者很难获取到短信验证码，也就无法进行攻击。

除此之外，前端登录认证还有多种方式，如果你对此感兴趣，可以参考我之前写的 前端登录，这一篇就够了。

应用层拒绝服务攻击

应用层拒绝服务攻击，又叫 DDOS 攻击，它指的是利用大量的请求造成资源过载，导致服务器不可用。

通常有以下几种 DDOS 攻击方式：

  • SYN Flood 洪水攻击
    • 利用 HTTP 3 次握手机制，消耗服务器连接资源。
    • 如：攻击者发起大量的 HTTP 请求，但并不完成 3 次握手，而是只握手 2 次，这时服务器端会继续等待直至超时。这时的服务器会一直忙于处理大量的垃圾请求，而无暇顾及正常请求。
  • Slowloris 攻击
    • 以非常低的速度发送 HTTP 请求头，消耗服务器连接资源。
    • 如：攻击者发送大量 HTTP 请求，但每个请求头都发的很慢，每隔 10s 发送一个字符，服务器为了等待数据，不得始终保持连接，这样一来，服务器连接数很快就被占光了。
  • HTTP POST DOS
    • 发送 HTTP 时，指定一个非常大的 Content-Length 然后以很长的间隔发送，消耗服务器连接资源。
  • CC 攻击
    • 针对一些非常消耗资源的页面，不断发起请求。
    • 如：页面中的某些页面，需要后端做大量的运算，或者需要做非常耗时的数据库查询。在大量的请求下，服务器的 CPU、内存等资源可能就被占光了。
  • Server Limit DOS
    • 通过 XSS 注入一段超长的 Cookie，导致超出 Web 服务器所能承受的 Request Header 长度，服务器端就会拒绝此服务。
  • ReDOS
    • 针对一些缺陷的正则表达式，发起大量请求，耗光系统资源。
应用层拒绝服务攻击防御

对于应用层拒绝服务攻击，目前也没有特别完美的解决方案，不过我们还是可以进行一些优化。

  • 应用代码做好性能优化
    • 合理使用 Redis、Memcache 等缓存方案，减少 CPU 资源使用率。
  • 网络架构上做好优化
    • 后端搭建负载均衡。
    • 静态资源使用 CDN 进行管理。
  • 限制请求频率
    • 服务器计算所有 IP 地址的请求频率，筛选出异常的 IP 进行禁用。
    • 可以使用 LRU 算法，缓存前 1000 条请求的 IP，如果有 IP 请求频率过高，就进行禁用。

其实，处理 DDOS 核心思路就是禁用不可信任的用户，确保资源都是被正常的用户所使用。

WebServer 配置安全

我们在部署 web 应用的时候，经常会用到 Nginx、Apache、IIS、Tomcat、Jboss 等 Web 服务器，这些服务器本身也存在一些安全隐患，如果配置不当，很容易收到攻击。

在配置 Web 服务器时，可以参考以下几点：

  • 以用户权限运行 Web 服务器
    • 遵守最小权限原则，以最小权限身份运行 Web 服务器，限制被入侵后的权限。
  • 删除可视化后台
    • 运行 Tomcat、Jboss 等 Web 服务器时，默认会开启一个可视化的运营后台，运行在 8080 端口，并且第一次访问是没有认证的。
    • 攻击者可以利用可视化后台，远程加载一段 war 包或者上传木马文件，进行控制。
  • 及时更新版本
    • 主流的 Web 服务器，每隔一段时间就会修复一些漏洞，所以记得及时更新版本。

总结与思考

本文介绍了 Web 安全的基本概念，以及大量的攻防技巧，其实这只是 Web 安全中的冰山一角，如果你对此感兴趣，不妨在安全领域继续深耕学习，一定能看到更广阔一片天。

对于一个开发者来说，我们应该在写代码时就将安全考虑其中，形成自己的一套安全开发体系，做到心中有安全，时时考虑安全，就能无形之中化解不法分子的攻击。

最后，如果你对此有任何想法，欢迎留言评论！

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