狐七的个人博客

CSRF

1/31/2022 Network

CSRF（Cross-site request forgery 跨站请求伪造，也被称为“One Click Attack”或者 Session Riding，通常缩写为CSRF或者XSRF，是一种对网站的恶意利用。

# CSRF 原理

攻击者诱导受害者进入第三方网站，在第三方网站中，向被攻击网站发送跨站请求。利用受害者在被攻击网站已经获取的注册凭证，绕过后台的用户验证，达到冒充用户对被攻击的网站执行某项操作的目的。 一个典型的CSRF攻击有着如下的流程：

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  • 受害者登录a.com，并保留了登录凭证（Cookie）。
  • 攻击者引诱受害者访问了b.com。
  • b.com 向 a.com 发送了一个请求：a.com/act=xx。浏览器会…
  • a.com接收到请求后，对请求进行验证，并确认是受害者的凭证，误以为是受害者自己发送的请求。
  • a.com以受害者的名义执行了act=xx。
  • 攻击完成，攻击者在受害者不知情的情况下，冒充受害者，让a.com执行了自己定义的操作。

# CSRF攻击分类

# GET类型

只需要一个http请求，img标签里面的src会指向攻击网站，那么就会向攻击网站里发送请求。

<img src="http://bank.example/withdraw?amount=10000&for=hacker" >
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在受害者访问含有这个img的页面后，浏览器会自动向http://bank.example/withdraw?account=xiaoming&amount=10000&for=hacker发出一次HTTP请求。bank.example就会收到包含受害者登录信息的一次跨域请求。

用户的敏感信息、私密数据通过这个可以获取。

# POST类型

这种类型的CSRF利用起来通常使用的是一个自动提交的表单，如：

<form action="http://bank.example/withdraw" method=POST>
  <input type="hidden" name="account" value="xiaoming" />
  <input type="hidden" name="amount" value="10000" />
  <input type="hidden" name="for" value="hacker" />
</form>

<script>
  document.forms[0].submit();
</script>
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访问该页面后，表单会自动提交，相当于模拟用户完成了一次POST操作。

POST类型的攻击通常比GET要求更加严格一点，但仍并不复杂。任何个人网站、博客，被黑客上传页面的网站都有可能是发起攻击的来源，后端接口不能将安全寄托在仅允许POST上面。

# 链接类型

a标签里面有一个href地址，忍不住就发送了请求，这种是用户主动触发的。

链接类型的 CSRF 并不常见，比起其他两种用户打开页面就中招的情况，这种需要用户点击链接才会触发。这种类型通常是在论坛中发布的图片中嵌入恶意链接，或者以广告的形式诱导用户中招，攻击者通常会以比较夸张的词语诱骗用户点击，例如：

<a href="http://test.com/csrf/withdraw.php?amount=1000&for=hacker" taget="_blank">重磅消息！！<a/>
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本质还是 GET 类型，只不过由你亲自来点击触发的。

由于之前用户登录了信任的网站A，并且保存登录状态，只要用户主动访问上面的这个PHP页面，则表示攻击成功。

# CSRF的特点

TOKEN 浏览器能读到，但是发送请求的时候，需要手动添加token，所以外链网站拿不到。

  • 攻击一般发起在第三方网站，而不是被攻击的网站。被攻击的网站无法防止攻击发生。
  • 攻击利用受害者在被攻击网站的登录凭证，冒充受害者提交操作；而不是直接窃取数据。
  • 整个过程攻击者并不能获取到受害者的登录凭证，仅仅是“冒用”。
  • 跨站请求可以用各种方式：图片URL、超链接、CORS、Form提交等等。部分请求方式可以直接嵌入在第三方论坛、文章中，难以进行追踪。

CSRF通常是跨域的，因为外域通常更容易被攻击者掌控。但是如果本域下有容易被利用的功能，比如可以发图和链接的论坛和评论区，攻击可以直接在本域下进行，而且这种攻击更加危险。

  • 点击链接查看xxx
    • 指定的是本站某个用户关注的请求

# CSRF 与 XSS 区别

  • 通常来说 CSRF 是由 XSS 实现的，CSRF 时常也被称为 XSRF（CSRF 实现的方式还可以是直接通过命令行发起请求等）。
  • 本质上讲，XSS 是代码注入问题，CSRF 是 HTTP 问题。XSS 是内容没有过滤导致浏览器将攻击者的输入当代码执行。CSRF 则是因为浏览器在发送 HTTP 请求时候自动带上 cookie，而一般网站的 session 都存在 cookie里面。

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# CSRF 防护策略

CSRF通常从第三方网站发起，被攻击的网站无法防止攻击发生，只能通过增强自己网站针对CSRF的防护能力来提升安全性。

上文中讲了CSRF的两个特点：

  • CSRF（通常）发生在第三方域名。
  • CSRF攻击者不能获取到Cookie等信息，只是使用。

针对这两点，我们可以专门制定防护策略，如下：

  • 阻止不明外域的访问
    • 同源检测
    • Samesite Cookie
  • 提交时要求附加本域才能获取的信息
    • CSRF Token
    • 双重 Cookie 验证

# 同源检测

既然CSRF大多来自第三方网站，那么我们就直接禁止外域（或者不受信任的域名）对我们发起请求。

那么问题来了，我们如何判断请求是否来自外域呢？

在HTTP协议中，每一个异步请求都会携带两个Header，用于标记来源域名：

  • Origin Header
  • Referer Header

这两个Header在浏览器发起请求时，大多数情况会自动带上，并且不能由前端自定义内容。服务器可以通过解析这两个Header中的域名，确定请求的来源域。

# 使用Origin Header确定来源域名

在部分与CSRF有关的请求中，请求的Header中会携带Origin字段。字段内包含请求的域名（不包含path及query）。
如果Origin存在，那么直接使用Origin中的字段确认来源域名就可以。
但是Origin在以下两种情况下并不存在：

  • IE11同源策略： IE 11 不会在跨站CORS请求上添加Origin标头，Referer头将仍然是唯一的标识。最根本原因是因为IE 11对同源的定义和其他浏览器有不同，有两个主要的区别，可以参考MDN Same-origin_policy#IE_Exceptions
  • 302重定向： 在302重定向之后Origin不包含在重定向的请求中，因为Origin可能会被认为是其他来源的敏感信息。对于302重定向的情况来说都是定向到新的服务器上的URL，因此浏览器不想将Origin泄漏到新的服务器上。

# 使用Referer Header确定来源域名

根据HTTP协议，在HTTP头中有一个字段叫Referer，记录了该HTTP请求的来源地址。 对于Ajax请求，图片和script等资源请求，Referer为发起请求的页面地址。对于页面跳转，Referer为打开页面历史记录的前一个页面地址。因此我们使用Referer中链接的Origin部分可以得知请求的来源域名。

这种方法并非万无一失，Referer的值是由浏览器提供的，虽然HTTP协议上有明确的要求，但是每个浏览器对于Referer的具体实现可能有差别，并不能保证浏览器自身没有安全漏洞。使用验证 Referer 值的方法，就是把安全性都依赖于第三方（即浏览器）来保障，从理论上来讲，这样并不是很安全。在部分情况下，攻击者可以隐藏，甚至修改自己请求的Referer。

2014年，W3C的Web应用安全工作组发布了Referrer Policy草案，对浏览器该如何发送Referer做了详细的规定。截止现在新版浏览器大部分已经支持了这份草案，我们终于可以灵活地控制自己网站的Referer策略了。新版的Referrer Policy规定了五种Referer策略：No Referrer、No Referrer When Downgrade、Origin Only、Origin When Cross-origin、和 Unsafe URL。之前就存在的三种策略：never、default和always，在新标准里换了个名称。他们的对应关系如下：

根据上面的表格因此需要把Referrer Policy的策略设置成same-origin，对于同源的链接和引用，会发送Referer，referer值为Host不带Path；跨域访问则不携带Referer。例如：aaa.com引用bbb.com的资源，不会发送Referer。

设置Referrer Policy的方法有三种：

  1. 在 CSP 设置
  2. 页面头部增加 meta 标签
  3. a标签增加 referrerpolicy 属性 上面说的这些比较多，但我们可以知道一个问题：攻击者可以在自己的请求中隐藏Referer。如果攻击者将自己的请求这样填写：
<img src="http://bank.example/withdraw?amount=10000&for=hacker" referrerpolicy="no-referrer">
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那么这个请求发起的攻击将不携带Referer。

另外在以下情况下Referer没有或者不可信：

  1. IE6、7下使用window.location.href=url进行界面的跳转，会丢失Referer。
  2. IE6、7下使用window.open，也会缺失Referer。
  3. HTTPS页面跳转到HTTP页面，所有浏览器Referer都丢失。
  4. 点击Flash上到达另外一个网站的时候，Referer的情况就比较杂乱，不太可信。

# 无法确认来源域名情况

当 Origin 和 Referer 头文件不存在时该怎么办？如果 Origin 和 Referer 都不存在，建议直接进行阻止，特别是如果您没有使用随机 CSRF Token（参考下方）作为第二次检查。

# 如何阻止外域请求

通过Header的验证，我们可以知道发起请求的来源域名，这些来源域名可能是网站本域，或者子域名，或者有授权的第三方域名，又或者来自不可信的未知域名。

我们已经知道了请求域名是否是来自不可信的域名，我们直接阻止掉这些的请求，就能防御CSRF攻击了吗？

且慢！当一个请求是页面请求（比如网站的主页），而来源是搜索引擎的链接（例如百度的搜索结果），也会被当成疑似CSRF攻击。所以在判断的时候需要过滤掉页面请求情况，通常Header符合以下情况：

Accept: text/html
Method: GET
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但相应的，页面请求就暴露在了CSRF的攻击范围之中。如果你的网站中，在页面的GET请求中对当前用户做了什么操作的话，防范就失效了。

例如，下面的页面请求：

GET https://example.com/addComment?comment=XXX&dest=orderId
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注：这种严格来说并不一定存在CSRF攻击的风险，但仍然有很多网站经常把主文档GET请求挂上参数来实现产品功能，但是这样做对于自身来说是存在安全风险的。

另外，前面说过，CSRF大多数情况下来自第三方域名，但并不能排除本域发起。如果攻击者有权限在本域发布评论（含链接、图片等，统称UGC），那么它可以直接在本域发起攻击，这种情况下同源策略无法达到防护的作用。

综上所述：同源验证是一个相对简单的防范方法，能够防范绝大多数的CSRF攻击。但这并不是万无一失的，对于安全性要求较高，或者有较多用户输入内容的网站，我们就要对关键的接口做额外的防护措施。

# CSRF Token

前面讲到CSRF的另一个特征是，攻击者无法直接窃取到用户的信息（Cookie，Header，网站内容等），仅仅是冒用Cookie中的信息。

而CSRF攻击之所以能够成功，是因为服务器误把攻击者发送的请求当成了用户自己的请求。那么我们可以要求所有的用户请求都携带一个CSRF攻击者无法获取到的Token。服务器通过校验请求是否携带正确的Token，来把正常的请求和攻击的请求区分开，也可以防范CSRF的攻击。

# CSRF Token 原理

1、将CSRF Token输出到页面中

首先，用户打开页面的时候，服务器需要给这个用户生成一个Token，该Token通过加密算法对数据进行加密，一般Token都包括随机字符串和时间戳的组合，显然在提交时Token不能再放在Cookie中了，否则又会被攻击者冒用。因此，为了安全起见Token最好还是存在服务器的Session中，之后在每次页面加载时，使用JS遍历整个DOM树，对于DOM中所有的a和form标签后加入Token。这样可以解决大部分的请求，但是对于在页面加载之后动态生成的HTML代码，这种方法就没有作用，还需要程序员在编码时手动添加Token。

2、页面提交的请求携带这个Token

对于GET请求，Token将附在请求地址之后，这样URL 就变成 http://url?csrftoken=tokenvalue。 而对于 POST 请求来说，要在 form 的最后加上：

<input type=”hidden” name=”csrftoken” value=”tokenvalue”/>
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这样，就把Token以参数的形式加入请求了。

3、服务器验证Token是否正确

当用户从客户端得到了Token，再次提交给服务器的时候，服务器需要判断Token的有效性，验证过程是先解密Token，对比加密字符串以及时间戳，如果加密字符串一致且时间未过期，那么这个Token就是有效的。

这种方法要比之前检查 Referer 或者 Origin 要安全一些，Token 可以在产生并放于 Session 之中，然后在每次请求时把 Token 从Session 中拿出，与请求中的 Token 进行比对，但这种方法的比较麻烦的在于如何把 Token 以参数的形式加入请求。

# CSRF Token 示例

参考：https://github.com/expressjs/csurf (opens new window)。

var cookieParser = require('cookie-parser')
var csrf = require('csurf')
var bodyParser = require('body-parser')
var express = require('express')
// setup route middlewares
var csrfProtection = csrf({ cookie: true })
var parseForm = bodyParser.urlencoded({ extended: false })
// create express app
var app = express()
// parse cookies
// we need this because "cookie" is true in csrfProtection
app.use(cookieParser())
app.get('/form', csrfProtection, function (req, res) {
  // pass the csrfToken to the view
  res.render('send', { csrfToken: req.csrfToken() })
})
app.post('/process', parseForm, csrfProtection, function (req, res) {
  res.send('data is being processed')
})
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  • 这个Token的值必须是随机生成的，这样它就不会被攻击者猜到。
  • 通常，开发人员只需为当前会话生成一次Token。在初始生成此 Token 之后，该值将存储在会话中，并用于每个后续请求，直到会话过期。
  • 当最终用户发出请求时，服务器端必须验证请求中 Token 的存在性和有效性，与会话中找到的 Token 相比较。如果在请求中找不到Token，或者提供的值与会话中的值不匹配，则应中止请求，应重置 Token 并将事件记录为正在进行的潜在 CSRF 攻击。

客户端：

<form action="/process" method="POST">
  <input type="hidden" name="_csrf" value="{{csrfToken}}">
  
  Favorite color: <input type="text" name="favoriteColor">
  <button type="submit">Submit</button>
</form>
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# node —— csurf

node.js中有个包叫 csurf-github (opens new window) ，express的中间件，专门用来防止CSRF攻击的。

app.get('/form', csrfProtection, function (req, res) {
  // pass the csrfToken to the view
  # 生成一个私密的req.csrfToken()，混入到表单里面
  res.render('send', { csrfToken: req.csrfToken() })
})
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<form action="/process" method="POST">
  <!--TOKEN用一次就失效，每次要把token带过来才行。-->
  <input type="hidden" name="_csrf" value="{{csrfToken}}">

  Favorite color: <input type="text" name="favoriteColor">
  <button type="submit">Submit</button>
</form>
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# 分布式校验

在大型网站中，使用Session存储CSRF Token会带来很大的压力。访问单台服务器session是同一个。但是现在的大型网站中，我们的服务器通常不止一台，可能是几十台甚至几百台之多，甚至多个机房都可能在不同的省份，用户发起的HTTP请求通常要经过像Ngnix之类的负载均衡器之后，再路由到具体的服务器上，由于Session默认存储在单机服务器内存中，因此在分布式环境下同一个用户发送的多次HTTP请求可能会先后落到不同的服务器上，导致后面发起的HTTP请求无法拿到之前的HTTP请求存储在服务器中的Session数据，从而使得Session机制在分布式环境下失效，因此在分布式集群中CSRF Token需要存储在Redis之类的公共存储空间。

由于使用Session存储，读取和验证CSRF Token会引起比较大的复杂度和性能问题，目前很多网站采用Encrypted Token Pattern方式。这种方法的Token是一个计算出来的结果，而非随机生成的字符串。这样在校验时无需再去读取存储的Token，只用再次计算一次即可。

这种Token的值通常是使用UserID、时间戳和随机数，通过加密的方法生成。这样既可以保证分布式服务的Token一致，又能保证Token不容易被破解。 在token解密成功之后，服务器可以访问解析值，Token中包含的UserID和时间戳将会被拿来被验证有效性，将UserID与当前登录的UserID进行比较，并将时间戳与当前时间进行比较。

Token是一个比较有效的CSRF防护方法，只要页面没有XSS漏洞泄露Token，那么接口的CSRF攻击就无法成功。

但是此方法的实现比较复杂，需要给每一个页面都写入Token（前端无法使用纯静态页面），每一个Form及Ajax请求都携带这个Token，后端对每一个接口都进行校验，并保证页面Token及请求Token一致。这就使得这个防护策略不能在通用的拦截上统一拦截处理，而需要每一个页面和接口都添加对应的输出和校验。这种方法工作量巨大，且有可能遗漏。

验证码和密码其实也可以起到CSRF Token的作用哦，而且更安全。

在会话中存储 CSRF Token 比较繁琐，而且不能在通用的拦截上统一处理所有的接口。

那么另一种防御措施是使用双重提交 Cookie。利用 CSRF 攻击不能获取到用户Cookie的特点，我们可以要求 Ajax 和表单请求携带一个 Cookie 中的值。

双重Cookie采用以下流程：

  • 在用户访问网站页面时，向请求域名注入一个Cookie，内容为随机字符串（例如csrfcookie=v8g9e4ksfhw）。
  • 在前端向后端发起请求时，取出Cookie，并添加到URL的参数中（接上例POST https://www.a.com/comment?csrfcookie=v8g9e4ksfhw）。
  • 后端接口验证Cookie中的字段与URL参数中的字段是否一致，不一致则拒绝。

此方法相对于CSRF Token就简单了许多。可以直接通过前后端拦截的的方法自动化实现。后端校验也更加方便，只需进行请求中字段的对比，而不需要再进行查询和存储Token。

当然，此方法并没有大规模应用，其在大型网站上的安全性还是没有CSRF Token高，原因我们举例进行说明。

由于任何跨域都会导致前端无法获取Cookie中的字段（包括子域名之间），于是发生了如下情况：

  • 如果用户访问的网站为www.a.com，而后端的api域名为api.a.com。那么在www.a.com下，前端拿不到api.a.com的Cookie，也就无法完成双重Cookie认证。
  • 于是这个认证Cookie必须被种在a.com下，这样每个子域都可以访问。
  • 任何一个子域都可以修改a.com下的Cookie。
  • 某个子域名存在漏洞被XSS攻击（例如upload.a.com）。虽然这个子域下并没有什么值得窃取的信息。但攻击者修改了a.com下的Cookie。
  • 攻击者可以直接使用自己配置的Cookie，对XSS中招的用户再向www.a.com下，发起CSRF攻击。

优点：

  • 无需使用 Session，适用面更广，易于实施。
  • Token储存于客户端中，不会给服务器带来压力。
  • 相对于Token，实施成本更低，可以在前后端统一拦截校验，而不需要一个个接口和页面添加。

缺点：

  • Cookie中增加了额外的字段。
  • 如果有其他漏洞（例如XSS），攻击者可以注入Cookie，那么该防御方式失效。
  • 难以做到子域名的隔离。
  • 为了确保Cookie传输安全，采用这种防御方式的最好确保用整站HTTPS的方式，如果还没切HTTPS的使用这种方式也会有风险。

参考：

  • http://www.ruanyifeng.com/blog/2019/09/cookie-samesite.html
  • https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/HTTP/Headers/Set-Cookie/SameSite
更新时间: 2022-01-30 15:35

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