初探CSRF在ASP.NET Core中的处理方式

前言

前几天，有个朋友问我关于AntiForgeryToken问题，由于对这一块的理解也并不深入，所以就去研究了一番，梳理了一下。

在梳理之前，还需要简单了解一下背景知识。

AntiForgeryToken 可以说是处理/预防CSRF的一种处理方案。

那么什么是CSRF呢？

CSRF（Cross-site request forgery）是跨站请求伪造，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。

简单理解的话就是：有人盗用了你的身份，并且用你的名义发送恶意请求。

最近几年，CSRF处于不温不火的地位，但是还是要对这个小心防范！

更加详细的内容可以参考维基百科：Cross-site request forgery

下面从使用的角度来分析一下CSRF在 ASP.NET Core中的处理，个人认为主要有下面两大块

视图层面
控制器层面

视图层面

用法

@Html.AntiForgeryToken()

在视图层面的用法相对比较简单，用的还是HtmlHelper的那一套东西。在Form表单中加上这一句就可以了。

原理浅析

当在表单中添加了上面的代码后，页面会生成一个隐藏域，隐藏域的值是一个生成的token(防伪标识)，类似下面的例子

<input name="__RequestVerificationToken" type="hidden" value="CfDJ8FBn4LzSYglJpE6Q0fWvZ8WDMTgwK49lDU1XGuP5-5j4JlSCML_IDOO3XDL5EOyI_mS2Ux7lLSfI7ASQnIIxo2ScEJvnABf9v51TUZl_iM2S63zuiPK4lcXRPa_KUUDbK-LS4HD16pJusFRppj-dEGc" />

其中的name="__RequestVerificationToken"是定义的一个const变量，value=XXXXX是根据一堆东西进行base64编码，并对base64编码后的内容进行简单处理的结果，具体的实现可以参见Base64UrlTextEncoder.cs

生成上面隐藏域的代码在AntiforgeryExtensions这个文件里面，github上的源码文件：AntiforgeryExtensions.cs

其中重点的方法如下：

public void WriteTo(TextWriter writer, HtmlEncoder encoder)
{
    writer.Write("<input name=\"");
    encoder.Encode(writer, _fieldName);
    writer.Write("\" type=\"hidden\" value=\"");
    encoder.Encode(writer, _requestToken);
    writer.Write("\" />");
}

相当的清晰明了！

控制器层面

用法

[ValidateAntiForgeryToken]
[AutoValidateAntiforgeryToken]
[IgnoreAntiforgeryToken]

这三个都是可以基于类或方法的，所以我们只要在某个控制器或者是在某个Action上面加上这些Attribute就可以了。

[AttributeUsage(AttributeTargets.Class | AttributeTargets.Method, AllowMultiple = false, Inherited = true)]

原理浅析

本质是Filter(过滤器)，验证上面隐藏域的value

过滤器实现：ValidateAntiforgeryTokenAuthorizationFilter和AutoValidateAntiforgeryTokenAuthorizationFilter

其中 AutoValidateAntiforgeryTokenAuthorizationFilter是继承了ValidateAntiforgeryTokenAuthorizationFilter，只重写了其中的ShouldValidate方法。

下面贴出ValidateAntiforgeryTokenAuthorizationFilter的核心方法：

public class ValidateAntiforgeryTokenAuthorizationFilter : IAsyncAuthorizationFilter, IAntiforgeryPolicy
{
    public async Task OnAuthorizationAsync(AuthorizationFilterContext context)
    {
        if (context == null)
        {
            throw new ArgumentNullException(nameof(context));
        }
        if (IsClosestAntiforgeryPolicy(context.Filters) && ShouldValidate(context))
        {
            try
            {
                await _antiforgery.ValidateRequestAsync(context.HttpContext);
            }
            catch (AntiforgeryValidationException exception)
            {
                _logger.AntiforgeryTokenInvalid(exception.Message, exception);
                context.Result = new BadRequestResult();
            }
        }
    }
}

完整实现可参见github源码：ValidateAntiforgeryTokenAuthorizationFilter.cs

当然这里的过滤器只是一个入口，相关的验证并不是在这里实现的。而是在Antiforgery这个项目上，其实说这个模块可能会更贴切一些。

由于是面向接口的编程，所以要知道具体的实现，就要找到对应的实现类才可以。

在Antiforgery这个项目中，有这样一个扩展方法AntiforgeryServiceCollectionExtensions，里面告诉了我们相对应的实现是DefaultAntiforgery这个类。其实Nancy的源码看多了，看一下类的命名就应该能知道个八九不离十。

  services.TryAddSingleton<IAntiforgery, DefaultAntiforgery>();

其中还涉及到了IServiceCollection，但这不是本文的重点，所以不会展开讲这个，只是提出它在 .net core中是一个重要的点。

好了，回归正题！要验证是否是合法的请求，自然要先拿到要验证的内容。

 var tokens = await _tokenStore.GetRequestTokensAsync(httpContext);

它是从Cookie中拿到一个指定的前缀为.AspNetCore.Antiforgery.的Cookie，并根据这个Cookie进行后面相应的判断。下面是验证的具体实现：

public bool TryValidateTokenSet(
    HttpContext httpContext,
    AntiforgeryToken cookieToken,
    AntiforgeryToken requestToken,
    out string message)
{
    //去掉了部分非空的判断
    // Do the tokens have the correct format?
    if (!cookieToken.IsCookieToken || requestToken.IsCookieToken)
    {
        message = Resources.AntiforgeryToken_TokensSwapped;
        return false;
    }
    // Are the security tokens embedded in each incoming token identical?
    if (!object.Equals(cookieToken.SecurityToken, requestToken.SecurityToken))
    {
        message = Resources.AntiforgeryToken_SecurityTokenMismatch;
        return false;
    }
    // Is the incoming token meant for the current user?
    var currentUsername = string.Empty;
    BinaryBlob currentClaimUid = null;
    var authenticatedIdentity = GetAuthenticatedIdentity(httpContext.User);
    if (authenticatedIdentity != null)
    {
        currentClaimUid = GetClaimUidBlob(_claimUidExtractor.ExtractClaimUid(httpContext.User));
        if (currentClaimUid == null)
        {
            currentUsername = authenticatedIdentity.Name ?? string.Empty;
        }
    }
    // OpenID and other similar authentication schemes use URIs for the username.
    // These should be treated as case-sensitive.
    var comparer = StringComparer.OrdinalIgnoreCase;
    if (currentUsername.StartsWith("http://", StringComparison.OrdinalIgnoreCase) ||
        currentUsername.StartsWith("https://", StringComparison.OrdinalIgnoreCase))
    {
        comparer = StringComparer.Ordinal;
    }
    if (!comparer.Equals(requestToken.Username, currentUsername))
    {
        message = Resources.FormatAntiforgeryToken_UsernameMismatch(requestToken.Username, currentUsername);
        return false;
    }
    if (!object.Equals(requestToken.ClaimUid, currentClaimUid))
    {
        message = Resources.AntiforgeryToken_ClaimUidMismatch;
        return false;
    }
    // Is the AdditionalData valid?
    if (_additionalDataProvider != null &&
        !_additionalDataProvider.ValidateAdditionalData(httpContext, requestToken.AdditionalData))
    {
        message = Resources.AntiforgeryToken_AdditionalDataCheckFailed;
        return false;
    }
    message = null;
    return true;
}

注：验证前还有一个反序列化的过程，这个反序列化就是从Cookie中拿到要判断的cookietoken和requesttoken

如何使用

前面粗略介绍了一下其内部的实现，下面再用个简单的例子来看看具体的使用情况：

使用一：常规的Form表单

先在视图添加一个Form表单

<form id="form1" action="/home/antiform" method="post">
    @Html.AntiForgeryToken()
    <p><input type="text" name="message" /></p>
    <p><input type="submit" value="Send by Form" /></p>
</form>

在控制器添加一个Action

[ValidateAntiForgeryToken]
[HttpPost]
public IActionResult AntiForm(string message)
{
    return Content(message);
}

来看看生成的html是不是如我们前面所说，将@Html.AntiForgeryToken()输出为一个name为__RequestVerificationToken的隐藏域：

再来看看cookie的相关信息：

可以看到，一切都还是按照前面所说的执行。在输入框输入信息并点击按钮也能正常显示我们输入的文字。

使用二：Ajax提交

表单：

<form id="form2" action="/home/antiajax" method="post">
    @Html.AntiForgeryToken()
    <p><input type="text" name="message" id="ajaxMsg" /></p>
    <p><input type="button" id="btnAjax" value="Send by Ajax" /></p>
</form>

js:

$(function () {
    $("#btnAjax").on("click", function () {
        $("#form2").submit();
    });
})

这样子的写法也是和上面的结果是一样的！

怕的是出现下面这样的写法：

$.ajax({
    type: "post",
    dataType: "html",
    url: '@Url.Action("AntiAjax", "Home")',
    data: { message: $('#ajaxMsg').val() },
    success: function (result) {
        alert(result);
    },
    error: function (err, scnd) {
        alert(err.statusText);
    }
});

这样，正常情况下确实是看不出任何毛病，但是实际确是下面的结果(400错误)：

相信大家也都发现了问题的所在了！！隐藏域的相关内容并没有一起post过去！！

处理方法有两种：

方法一：

在data中加上隐藏域相关的内容，大致如下：

$.ajax({
    //
    data: { message: $('#ajaxMsg').val(), __RequestVerificationToken: $("input[name='__RequestVerificationToken']").val()}
});

方法二：

在请求中添加一个header

$("#btnAjax").on("click", function () {
    var token = $("input[name='__RequestVerificationToken']").val();
    $.ajax({
        type: "post",
        dataType: "html",
        url: '@Url.Action("AntiAjax", "Home")',
        data: { message: $('#ajaxMsg').val() },
        headers:
        {
            "RequestVerificationToken": token
        },
        success: function (result) {
            alert(result);
        },
        error: function (err, scnd) {
            alert(err.statusText);
        }
    });
});

这样就能处理上面出现的问题了！

使用三：自定义相关信息

可能会有不少人觉得，像那个生成的隐藏域那个name能不能换成自己的，那个cookie的名字能不能换成自己的〜〜

答案是肯定可以的，下面简单示范一下：

在Startup的ConfigureServices方法中，添加下面的内容即可对默认的名称进行相应的修改。

services.AddAntiforgery(option =>
{
    option.CookieName = "CUSTOMER-CSRF-COOKIE";
    option.FormFieldName = "CustomerFieldName";
    option.HeaderName = "CUSTOMER-CSRF-HEADER";
});

相应的，ajax请求也要做修改：

var token = $("input[name='CustomerFieldName']").val();//隐藏域的名称要改
$.ajax({
    type: "post",
    dataType: "html",
    url: '@Url.Action("AntiAjax", "Home")',
    data: { message: $('#ajaxMsg').val() },
    headers:
    {
        "CUSTOMER-CSRF-HEADER": token //注意header要修改
    },
    success: function (result) {
        alert(result);
    },
    error: function (err, scnd) {
        alert(err.statusText);
    }
});

下面是效果：

Form表单：

Cookie：

本文涉及到的相关项目：

浅谈CSRF攻击方式