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[网络安全] 如何预防XSS

2024-09-02 17:00 由 feixianxing 发表于 #其他

XSS (Cross-Site Scripting，跨站脚本攻击) 是一种代码注入攻击。攻击者通过在目标网站注入恶意脚本，使其在用户浏览器中执行，从而窃取用户敏感信息如 Cookie 和 SessionID。

CSS 在前端已经被用了，为了避免歧义用了 XSS 作为缩写。

XSS 的本质是恶意代码与网站正常代码混在一起，浏览器无法分辨它们的可信度，最终导致恶意代码被执行。

XSS的危害

浏览器无法区分恶意代码和正常代码，它们拥有相同的权限。恶意代码可以读取用户的敏感数据，比如 cookie 和 sessionID 等等。

可能的危害如下：

  • 由于恶意代码可以获取cookie和sessionID等数据，它可以获取用户的隐私数据并发送到攻击者的服务器进行收集；
  • 恶意代码以用户（被攻击者）的名义，构造带有恶意代码的 URL 进行传播。

XSS的分类

根据攻击者注入恶意脚本的方式的不同，XSS 可以被分为三类：

存储型 XSS

  • 存储区：后端数据库

  • 插入点：HTML

  • 攻击步骤：

    1. 攻击者将恶意代码提交到目标网站的数据库。
    2. 用户打开目标网站时，恶意代码从数据库取出并嵌入 HTML。
    3. 用户浏览器执行恶意代码，导致用户数据被窃取或伪造操作被执行。

  • 特点：持久性长，危害性大。

    以 POST 评论和 GET 评论为例，攻击者只要发布一条带有恶意脚本的评论，这个攻击就可能影响到所有浏览到这一条评论的其它用户。并且这条评论是存储在数据库里的，假如没有对用户提交的评论做过滤，那么这个恶意的攻击会一直存储在数据库里直到有用户浏览到它，因此说它是持久的。

    下图中的步骤 1 和步骤 2 之间可能间隔很久。

案例

假如用户发布了一条带有恶意代码的评论，这条评论被存储到了数据库里。

{
    "comment": "<script>alert('XSS!');</script>"
}

如果网站使用服务端渲染，那么在服务端会发生模板的数据填充：

<div>
  用户评论：<%= comment %>
</div>

最终前端拿到的 HTML 是：

<div>
  用户评论：<script>alert('XSS!');</script>
</div>

恶意脚本将被执行。

客户端渲染在使用innerHTML的时候也要十分注意。

反射型 XSS

  • 插入点：HTML
  • 攻击步骤：
    1. 攻击者构造一个带有恶意代码的 URL。
    2. 用户打开该 URL 时，网站从 URL 中提取恶意代码并插入 HTML。
    3. 用户浏览器执行恶意代码，导致数据泄露或伪造操作。
  • 特点：反射型的特点是必须用户点击这个经过恶意构造的URL才会被攻击，并且脚本显现在URL上，相对来说比较容易被发现。反射型XSS有经过后端。

案例

一个搜索页面，搜索的 query 通过 url 带参。

  • php代码：

    <!-- search.html -->
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>搜索结果</title>
</head>
<body>
    <h1>搜索结果</h1>
    <div>
        你搜索了: <span id="search-query"><?php echo $_GET['q']; ?></span>
    </div>
</body>
</html>

  • 攻击示例：

    攻击者可以构造一个携带恶意脚本的URL：

    http://example.com/search.html?q=<script>alert('XSS Attack');</script>

    用户点击该链接后，服务器会直接将 q 参数的值插入到页面中，生成的页面 HTML 如下：

    <div>
    你搜素了: <span id="search-query"><script>alert('XSS Attack');</script></span>
</div>

    浏览器解析并执行了 script 标签内的内容，从而触发了 XSS 攻击。

DOM 型 XSS

  • 插入点：前端 JavaScript
  • 攻击步骤
    1. 攻击者构造一个特殊的 URL。
    2. 用户打开该 URL 后，前端 JavaScript 处理时会执行恶意代码。
    3. 恶意代码在浏览器中运行，可能导致数据泄露或伪造操作。
  • 特点：DOM 型 XSS 仅发生在前端。

案例：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>搜索结果</title>
</head>
<body>
    <h1>搜索结果</h1>
    <div>
        正在搜索: <span id="search-query"></span>
    </div>

    <script>
        // 获取 URL 参数中的 'q' 值
        var query = new URLSearchParams(window.location.search).get('q');
        
        // 直接将其插入到 DOM 中
        document.getElementById('search-query').innerHTML = query;
    </script>
</body>
</html>

攻击者可以构造一个包含恶意代码的链接：

http://example.com/search.html?q=<script>alert('DOM XSS Attack');</script>

当链接被访问时，恶意脚本就会被插入到界面中并执行：

document.getElementById('search-query').innerHTML = "<script>alert('DOM XSS Attack');</script>";

XSS的预防

XSS 有两大要素，一是攻击者提交恶意代码，二是浏览器执行恶意代码。

转义用户输入(不实用)

为了预防攻击者提交恶意代码，可以考虑对用户的输入进行过滤。

使用合适的转义函数，例如 escapeHTML()，将用户输入的特殊字符转换为安全的 HTML 实体。

function escapeHTML(str) {
  return str.replace(/&/g, "&amp;")
            .replace(/</g, "&lt;")
            .replace(/>/g, "&gt;")
            .replace(/"/g, "&quot;")
            .replace(/'/g, "&#x27;")
            .replace(/\//g, "&#x2F;");
}

这种方法只能用于一些简单的场景。它的缺点在于：

  • 如果这个转义仅发生在前端提交请求之前，攻击者仍可以手动构造请求。
  • 如果这个转义发生在后端将数据写入数据库之前，也是不合理的，因为我们不知道这个数据将来应用的环境是哪里。上面这段代码的转义只能应用于浏览器环境的HTML里，转义后的数据无法在桌面客户端、安卓端等等其它环境上正常显示。

总结：

  • 转义用户输入只能应用于简单的场景；
  • 转义最好应用在Web前端渲染数据时，而不是用户提交数据时；
  • 对于明确的类型，比如数字、电话、URL、邮箱等数据，做一下数据过滤还是很有必要的。

用户输入环节并不能很好地预防 XSS，预防 XSS 的主要工作集中在预防浏览器执行恶意代码上。

关于这一点又有两类操作：

  • 防止 HTML 被注入；
  • 防止 JavaScript 执行恶意代码。

预防反射型和存储型

这两种类型都是在后端服务器上完成模板拼接的过程中，将恶意代码嵌入到了 HTML 中。

两种解决方法分别是：客户端渲染、转义HTML。

纯客户端渲染

纯客户端渲染：客户端访问页面，服务端返回的页面不带有任何业务数据，由前端的 JavaScript 通过 AJAX 异步请求数据后进行填充。

纯客户端渲染可以通过 .innerText，.setAttribute，.style等 API 来插入后端返回的业务内容（这些内容可能存在恶意代码），通过这种方式插入的内容不会被浏览器当成代码执行。

局限：

  • 纯客户端渲染仍要注意 DOM型 XSS 攻击。
  • 部分页面对于性能有较高需求，或者需要考虑SEO，仍需要服务端渲染。

转义 HTML

对于服务端渲染，在拼接带有业务数据的 HTML 时，要对 HTML 的各个插入点进行充分的转义。

一些模板引擎可能仅对 & < > " ' / 进行转义，这其实是远远不够的，插入点有很多种，包括但不限于：

  • 在 HTML 内嵌的文本中，以 script 标签的形式注入；

  • 在内联的 javascript 中，拼接的数据突破了原本的限制（字符串、方法名等等）；

    例如，a 标签的 href 可能理想状态下是插入一个路径链接，如果这个 href 插入的字符串是一个 javascript:恶意代码的形式，当 a 标签被点击时，恶意代码就会被执行。

  • 对于标签的属性，如果注入的值包含双引号，就会导致这个属性的值提前结束，从而可以注入其它属性或者标签；

    例如：

    注入其它属性示例

    // src 是用用户数据拼接的
<img src="<%= imgSrc %>" />

// 如果用户数据如下
$imgSrc = './not-exist-img.png" onerror="javascript:恶意代码'

// 那么拼接后的 img 标签就是
<img src="./not-exist-img.png" onerror="javascript:恶意代码" />

    图片加载不到，会触发 onerror 中的恶意代码。

    注入其它标签示例

    <img src="<%= imgSrc %>" />

    如果 imgSrc 插入的内容是 " /> <script src="恶意代码，那么最后就会变成：

    <img src="" /> <script src="恶意代码" />

综上，转义 HTML 是一个很复杂的工作，通常在项目中会采用比较成熟的转义库。

预防DOM型

DOM型的XSS攻击主要是前端的 Javascript 代码不够严谨，把不可信的用户数据当作代码执行了。

嵌入HTML

当需要把用户输入添加到页面上时，尽量不要使用 innerHTML 和 document.write 这些API，而是使用 textContent。

同理，使用 Vue 或者 React 开发的时候，应该谨慎使用 v-html 和 dangerouslySetInnerHTML。

事件监听

避免将不可信的数据拼接给 DOM 上的 location、onclick、onerror、onload、onmouseover等属性。

动态执行JS

在 JS 中，可以通过执行 eval 函数、添加 script 标签、Function构造函数等方法动态执行 JS 代码。请确保动态执行的 JS 代码是可信的。

动态执行 JS 是一种性能很差的做法，尽量不要使用。

其它预防措施

CSP

CSP，全称 Content Security Policy。CSP 的主要目的是减少和防止 XSS 攻击。通过严格控制可以在页面上执行的脚本来源，CSP 可以有效阻止 XSS。

工作原理

通过 HTTP 头 Content-Security-Policy 来定义的。这个头部包含一系列指令，每个指令指定允许从哪些来源加载特定类型的资源。例如，script-src 指令可以用来限制从哪些域加载 JavaScript 脚本。

常见指令

  • default-src: 为其他未显式指定的资源类型定义默认策略。
  • script-src: 限制 JavaScript 资源的加载来源。
  • style-src: 限制 CSS 样式表的加载来源。
  • img-src: 限制图像的加载来源。
  • connect-src: 限制 AJAX、WebSocket 等请求的目的地。
  • font-src: 限制字体的加载来源。
  • child-src：限制 Web Worker 脚本文件或者其它 iframe 等内嵌到文档中的资源来源。

语法

不同的指令之间使用 ; 分隔，一条指令由指令和允许的若干个源构成。

常用的源包括：

  • 'self': 允许资源从当前域加载（同源）。
  • 'none': 禁止加载任何资源。
  • 'unsafe-inline': 允许页面内联的资源（如 <style> 或 <script> 标签中的内容），但存在安全风险，不推荐使用。
  • 'unsafe-eval': 允许使用 eval() 等动态代码执行功能，也有安全风险，不推荐使用。
  • 具体域名: 如 https://example.com，允许资源仅从指定的域加载。
  • 协议：如http:、https:，尾部有冒号，但是不需要单引号。
  • 通配符 \*: 允许资源从任何来源加载，不建议用于生产环境。

示例

Content-Security-Policy: 
  // 默认同源
  default-src 'self'; 
  // 只允许js从同源和具体的域名加载
  script-src 'self' https://trusted-scripts.example.com; 
  // 允许css从同源加载，并允许内联样式（不建议）
  style-src 'self' 'unsafe-inline'; 
  // 只允许图像从指定域名加载
  img-src https://images.example.com; 
  // 只允许网络请求(AJAX)连接到同源和指定的地址
  connect-src 'self' https://api.example.com; 
  // 只允许字体从同源加载
  font-src 'self'; 
  // 禁止嵌入子文档
  frame-src 'none';
  // 禁止加载任何插件资源
  object-src 'none';
  // 违反CSP的行为会被报告到指定的地址
  report-uri /csp-report-endpoint;

除了使用 HTTP 头部字段，也可以通过 meta 标签配置：

// meta tag
<meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="default-src https:">

限制输入内容长度

限制用户输入内容的长度可以提高构造XSS攻击的难度。

当 cookie 被设置为 Httponly 时，Cookie 只能通过 HTTP 请求头（如 Set-Cookie 或 Cookie）进行传输，而不能被 JavaScript 通过 document.cookie 等方式读取。

这种机制可以防止 cookie 信息被恶意脚本窃取。

示例HTTP头

Set-Cookie: 
	sessionId=abc123; 
	HttpOnly; 
	Secure; 
	SameSite=Strict;
  • sessionId=abc123是 Cookie 的键值对；
  • HttpOnly：表示这个 Cookie 只能通过 HTTP 请求传输，JavaScript 不能访问；
  • Secure：表示这个 Cookie 只能通过 HTTPS 传输；
  • SameSite=Strict：限制 Cookie 仅在同站点请求时发送，防止 CSRF 攻击。

XSS的检测

在开发阶段要预防XSS漏洞，对于已经上线的项目，检测XSS漏洞的方法有：

  1. 使用通用 XSS 攻击字符串手动检测：

    将下面这个字符串输入到网站的各个输入框，或者拼接到URL参数上，就可以进行检测。只要 alert() 被执行，就说明发现了XSS漏洞。

    （注意，前面的jaVasCript:也要一起复制）

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

  2. 使用一些自动扫描工具寻找XSS漏洞。

总结

  1. 责任：XSS防范需要前端后端共同参与；
  2. 转义规则：需要根据业务场景选择；
  3. 避免拼接HTML、避免使用内联事件。

引用

[1] 前端安全系列（一）：如何防止XSS攻击？ - 美团技术团队 (meituan.com)

[2] 内容安全策略（CSP） - HTTP | MDN (mozilla.org)

[3] CSP: default-src - HTTP | MDN (mozilla.org)