Web 安全-XSS

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Klein 9月 30, 2018

Cross-Site Scripting（跨站脚本攻击）简称 XSS，是一种代码注入攻击。

前端安全

随着互联网的高速发展，信息安全问题已经成为一个不可忽视的问题，而前端又是引发安全问题的重灾区。如今，前端开发人员除了要面对传统的 XSS、CSRF 等安全问题之外，还要面对网络劫持、非法调用 Hybrid API 等新型安全问题的困扰。

什么是 XSS

Cross-Site Scripting（跨站脚本攻击）简称 XSS（为了和 CSS 区分，这里把攻击的第一个字母改成了 X，于是叫做 XSS），是一种代码注入攻击。攻击者通过在目标网站上注入恶意脚本，使之在用户的浏览器上运行。利用这些恶意脚本，攻击者可获取用户的敏感信息如 Cookie、SessionID 等，进而危害用户数据安全。

也就是说 XSS 的本质是：注入恶意脚本，并且未经过滤，与网站正常的代码混在一起；导致恶意脚本被执行。

在部分情况下，由于输入的限制，注入的恶意脚本比较短。但可以通过引入外部的脚本，并由浏览器执行，来完成比较复杂的攻击策略。

那么是不是可以这么说：XSS 的关键就是注入恶意脚本。那么用户是怎么被注入恶意代码的呢？

不仅是用户的“UGC（User Generated Content，指用户原创内容。）”可以进行注入，而且包括 URL 上的参数等都可以是攻击的来源。所以在处理输入时，以下内容都不可信的：

  • 来自用户的 UGC 信息
  • 来自第三方的链接
  • URL 参数
  • POST 参数
  • Referer （可能来自不可信的来源）
  • Cookie （可能来自其他子域注入）

XSS 分类

根据攻击的来源，XSS 攻击可分为存储型、反射型和 DOM 型三种。

类型 存储位置 插入点
存储型 XSS 后端数据库 HTML
反射型 XSS URL HTML
DOM型 XSS 后端数据库/前端存储/URL 前端JavaScript

备注：

  • 存储区：恶意代码存放的位置。
  • 插入点：由谁取得恶意代码，并插入到网页上。

存储型 XSS

存储型 XSS 的攻击步骤：

  1. 攻击者将恶意代码提交到目标网站的数据库中。
  2. 用户打开目标网站时，网站服务端将恶意代码从数据库取出，拼接在 HTML 中返回给浏览器。
  3. 用户浏览器接收到响应后解析执行，混在其中的恶意代码也被执行。
  4. 恶意代码窃取用户数据并发送到攻击者的网站，或者冒充用户的行为，调用目标网站接口执行攻击者指定的操作。

这种攻击常见于带有用户保存数据的网站功能，如论坛发帖、商品评论、用户私信等。

反射型 XSS

反射型 XSS 的攻击步骤：

  1. 攻击者构造出特殊的 URL，其中包含恶意代码。
  2. 当打开带有恶意代码的 URL 时，网站服务端将恶意代码从 URL 中取出，拼接在 HTML 中返回给浏览器。
  3. 浏览器接收到响应后解析执行，混在其中的恶意代码也被执行。
  4. 恶意代码窃取用户数据并发送到攻击者的网站，或者冒充用户的行为，调用目标网站接口执行攻击者指定的操作。

反射型 XSS 跟存储型 XSS 的区别是：存储型 XSS 的恶意代码存在数据库里，反射型 XSS 的恶意代码存在 URL 里。

反射型 XSS 漏洞常见于通过 URL 传递参数的功能，如网站搜索、跳转等。

由于需要用户主动打开恶意的 URL 才能生效，攻击者往往会结合多种手段诱导用户点击。

DOM 型 XSS

DOM 型 XSS 的攻击步骤：

  1. 攻击者构造出特殊的 URL，其中包含恶意代码。
  2. 用户打开带有恶意代码的 URL。
  3. 用户浏览器接收到响应后解析执行，前端 JavaScript 取出 URL 中的恶意代码并执行。
  4. 恶意代码窃取用户数据并发送到攻击者的网站，或者冒充用户的行为，调用目标网站接口执行攻击者指定的操作。

DOM 型 XSS 跟前两种 XSS 的区别：DOM 型 XSS 攻击中，取出和执行恶意代码由浏览器端完成，属于前端 JavaScript 自身的安全漏洞，而其他两种 XSS 都属于服务端的安全漏洞。

如何预防 XSS 的攻击

可以看出， XSS 攻击有两大关键：

  1. 攻击者提交恶意代码。
  2. 浏览器执行恶意代码。

输入过滤

当用户提交的时，由前端过滤后，再提交给后端，这个方案是否可行呢？

答案显然是不可行的。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。

那既然前端过滤不行，那么由后端过滤呢？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？

假设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：

  1. 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 )。例如：百度翻译、富文本编辑器。

  2. 在前端中，不同的位置所需的编码也不同。

    • 当 5 &lt; 7 作为 HTML 拼接页面时，可以正常显示。
    • 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。

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

由上可知，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，然后被浏览器所执行。

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

先来看一下纯前端渲染的过程：

  1. 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。
  2. 然后浏览器执行 HTML 中的 JavaScript。
  3. 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，采用纯前端渲染是问什么问题的。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，可以使用合适的转义库，对 HTML 模板各处插入点进行充分的转义。

虽说常用的模板引擎，如 doT.js、ejs、FreeMarker 等都对HTML 转义，但通常只有一个规则，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 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。

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。

所以在使用 .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。

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。

关于更多的 CSP 的详情，在这里不做过多赘述。

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

  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。

XSS 攻击的总结

  • 利用模板引擎
    开启模板引擎自带的 HTML 转义功能。
  • 避免内联事件
    尽量不要使用 onLoad="onload('')"、onClick="go('')" 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。

参考文章

前端安全系列（一）：如何防止XSS攻击？