安全 --- CSRF攻击

什么是CSRF

CSRF（Cross-site request forgery），中文名称：跨站请求伪造，也被称为：one click attack/session riding，缩写为：CSRF/XSRF。

那么CSRF到底能够干嘛呢？你可以这样简单的理解：攻击者可以盗用你的登陆信息，以你的身份模拟发送各种请求。攻击者只要借助少许的社会工程学的诡计，例如通过QQ等聊天软件发送的链接(有些还伪装成短域名，用户无法分辨)，攻击者就能迫使Web应用的用户去执行攻击者预设的操作。例如，当用户登录网络银行去查看其存款余额，在他没有退出时，就点击了一个QQ好友发来的链接，那么该用户银行帐户中的资金就有可能被转移到攻击者指定的帐户中。

所以遇到CSRF攻击时，将对终端用户的数据和操作指令构成严重的威胁；当受攻击的终端用户具有管理员帐户的时候，CSRF攻击将危及整个Web应用程序。

CSRF的原理

下图简单阐述了CSRF攻击的思想

图9.1 CSRF的攻击过程

从上图可以看出，要完成一次CSRF攻击，受害者必须依次完成两个步骤：

1.登录受信任网站A，并在本地生成Cookie 。
2.在不退出A的情况下，访问危险网站B。

看到这里，读者也许会问：“如果我不满足以上两个条件中的任意一个，就不会受到CSRF的攻击”。是的，确实如此，但你不能保证以下情况不会发生：

你不能保证你登录了一个网站后，不再打开一个tab页面并访问另外的网站，特别现在浏览器都是支持多tab的。
你不能保证你关闭浏览器了后，你本地的Cookie立刻过期，你上次的会话已经结束。
上图中所谓的攻击网站，可能是一个存在其他漏洞的可信任的经常被人访问的网站。

因此对于用户来说很难避免在登陆一个网站之后不点击一些链接进行其他操作，所以随时可能成为CSRF的受害者。

CSRF攻击主要是因为Web的隐式身份验证机制，Web的身份验证机制虽然可以保证一个请求是来自于某个用户的浏览器，但却无法保证该请求是用户批准发送的。

如何预防CSRF

过上面的介绍，读者是否觉得这种攻击很恐怖，意识到恐怖是个好事情，这样会促使你接着往下看如何改进和防止类似的漏洞出现。

CSRF的防御可以从服务端和客户端两方面着手，防御效果是从服务端着手效果比较好，现在一般的CSRF防御也都在服务端进行。

服务端的预防CSRF攻击的方式方法有多种，但思想上都是差不多的，主要从以下2个方面入手：

1、正确使用GET,POST和Cookie；
2、在非GET请求中增加伪随机数；

我们上一章介绍过REST方式的Web应用，一般而言，普通的Web应用都是以GET、POST为主，还有一种请求是Cookie方式。我们一般都是按照如下方式设计应用：

1、GET常用在查看，列举，展示等不需要改变资源属性的时候；

2、POST常用在下达订单，改变一个资源的属性或者做其他一些事情；

接下来我就以Go语言来举例说明，如何限制对资源的访问方法：

    mux.Get("/user/:uid", getuser)

    mux.Post("/user/:uid", modifyuser)

这样处理后，因为我们限定了修改只能使用POST，当GET方式请求时就拒绝响应，所以上面图示中GET方式的CSRF攻击就可以防止了，但这样就能全部解决问题了吗？当然不是，因为POST也是可以模拟的。

因此我们需要实施第二步，在非GET方式的请求中增加随机数，这个大概有三种方式来进行：

为每个用户生成一个唯一的cookie token，所有表单都包含同一个伪随机值，这种方案最简单，因为攻击者不能获得第三方的Cookie(理论上)，所以表单中的数据也就构造失败，但是由于用户的Cookie很容易由于网站的XSS漏洞而被盗取，所以这个方案必须要在没有XSS的情况下才安全。
每个请求使用验证码，这个方案是完美的，因为要多次输入验证码，所以用户友好性很差，所以不适合实际运用。
不同的表单包含一个不同的伪随机值，我们在4.4小节介绍“如何防止表单多次递交”时介绍过此方案，复用相关代码，实现如下：

生成随机数token

    h := md5.New()

    io.WriteString(h, strconv.FormatInt(crutime, 10))

    io.WriteString(h, "ganraomaxxxxxxxxx")

    token := fmt.Sprintf("%x", h.Sum(nil))

    t, _ := template.ParseFiles("login.gtpl")

    t.Execute(w, token)

输出token

    <input type="hidden" name="token" value="{{.}}">

验证token

    r.ParseForm()

    token := r.Form.Get("token")

    if token != "" {

        //验证token的合法性

    } else {

        //不存在token报错

    }

这样基本就实现了安全的POST，但是也许你会说如果破解了token的算法呢，按照理论上是，但是实际上破解是基本不可能的，因为有人曾计算过，暴力破解该串大概需要2的11次方时间。

下面是一些实例 :

示例1：

　　银行网站A，它以GET请求来完成银行转账的操作，如：http://www.mybank.com/Transfer.php?toBankId=11&money=1000

　　危险网站B，它里面有一段HTML的代码如下：

　　<img src=http://www.mybank.com/Transfer.php?toBankId=11&money=1000>

　　首先，你登录了银行网站A，然后访问危险网站B，噢，这时你会发现你的银行账户少了1000块......

　　为什么会这样呢？原因是银行网站A违反了HTTP规范，使用GET请求更新资源。在访问危险网站B的之前，你已经登录了银行网站A，而B中的<img>以GET的方式请求第三方资源（这里的第三方就是指银行网站了，原本这是一个合法的请求，但这里被不法分子利用了），所以你的浏览器会带上你的银行网站A的Cookie发出Get请求，去获取资源“http://www.mybank.com/Transfer.php?toBankId=11&money=1000”，结果银行网站服务器收到请求后，认为这是一个更新资源操作（转账操作），所以就立刻进行转账操作......

　　示例2：

　　为了杜绝上面的问题，银行决定改用POST请求完成转账操作。

　　银行网站A的WEB表单如下：　　

　　<form action="Transfer.php" method="POST">

　　　　<p>ToBankId: <input type="text" name="toBankId" /></p>

　　　　<p>Money: <input type="text" name="money" /></p>

　　　　<p><input type="submit" value="Transfer" /></p>

　　</form>

　　后台处理页面Transfer.php如下：


　　<?php

　　　　session_start();

　　　　if (isset($_REQUEST['toBankId'] &&　isset($_REQUEST['money']))

　　　　{

　　　　    buy_stocks($_REQUEST['toBankId'],　$_REQUEST['money']);

　　　　}

　　?>

　　危险网站B，仍然只是包含那句HTML代码：

　　和示例1中的操作一样，你首先登录了银行网站A，然后访问危险网站B，结果.....和示例1一样，你再次没了1000块～T_T，这次事故的原因是：银行后台使用了$_REQUEST去获取请求的数据，而$_REQUEST既可以获取GET请求的数据，也可以获取POST请求的数据，这就造成了在后台处理程序无法区分这到底是GET请求的数据还是POST请求的数据。在PHP中，可以使用$_GET和$_POST分别获取GET请求和POST请求的数据。在JAVA中，用于获取请求数据request一样存在不能区分GET请求数据和POST数据的问题。

　　示例3：

　　经过前面2个惨痛的教训，银行决定把获取请求数据的方法也改了，改用$_POST，只获取POST请求的数据，后台处理页面Transfer.php代码如下：


　　<?php

　　　　session_start();

　　　　if (isset($_POST['toBankId'] &&　isset($_POST['money']))

　　　　{

　　　　    buy_stocks($_POST['toBankId'],　$_POST['money']);

　　　　}

　　?>

　　然而，危险网站B与时俱进，它改了一下代码：


<html>

　　<head>

　　　　<script type="text/javascript">

　　　　　　function steal()

　　　　　　{

          　　　　 iframe = document.frames["steal"];

　　     　　      iframe.document.Submit("transfer");

　　　　　　}

　　　　</script>

　　</head>

　　<body onload="steal()">

　　　　<iframe name="steal" display="none">

　　　　　　<form method="POST" name="transfer"　action="http://www.myBank.com/Transfer.php">

　　　　　　　　<input type="hidden" name="toBankId" value="11">

　　　　　　　　<input type="hidden" name="money" value="1000">

　　　　　　</form>

　　　　</iframe>

　　</body>

</html>

如果用户仍是继续上面的操作，很不幸，结果将会是再次不见1000块......因为这里危险网站B暗地里发送了POST请求到银行!

　　总结一下上面3个例子，CSRF主要的攻击模式基本上是以上的3种，其中以第1,2种最为严重，因为触发条件很简单，一个<img>就可以了，而第3种比较麻烦，需要使用JavaScript，所以使用的机会会比前面的少很多，但无论是哪种情况，只要触发了CSRF攻击，后果都有可能很严重。

　　理解上面的3种攻击模式，其实可以看出，CSRF攻击是源于WEB的隐式身份验证机制！WEB的身份验证机制虽然可以保证一个请求是来自于某个用户的浏览器，但却无法保证该请求是用户批准发送的！

五.CSRF的防御

　　我总结了一下看到的资料，CSRF的防御可以从服务端和客户端两方面着手，防御效果是从服务端着手效果比较好，现在一般的CSRF防御也都在服务端进行。

　　1.服务端进行CSRF防御

　　服务端的CSRF方式方法很多样，但总的思想都是一致的，就是在客户端页面增加伪随机数。

　　(1).Cookie Hashing(所有表单都包含同一个伪随机值)：

　　这可能是最简单的解决方案了，因为攻击者不能获得第三方的Cookie(理论上)，所以表单中的数据也就构造失败了:>

　　<?php

　　　　//构造加密的Cookie信息

　　　　$value = “DefenseSCRF”;

　　　　setcookie(”cookie”, $value, time()+3600);

　　?>

　　在表单里增加Hash值，以认证这确实是用户发送的请求。


　　<?php

　　　　$hash = md5($_COOKIE['cookie']);

　　?>

　　<form method=”POST” action=”transfer.php”>

　　　　<input type=”text” name=”toBankId”>

　　　　<input type=”text” name=”money”>

　　　　<input type=”hidden” name=”hash” value=”<?=$hash;?>”>

　　　　<input type=”submit” name=”submit” value=”Submit”>

　　</form>

　　然后在服务器端进行Hash值验证


      <?php

　　      if(isset($_POST['check'])) {

     　　      $hash = md5($_COOKIE['cookie']);

          　　 if($_POST['check'] == $hash) {

               　　 doJob();

　　           } else {

　　　　　　　　//...

          　　 }

　　      } else {

　　　　　　//...

　　      }

      ?>

　　这个方法个人觉得已经可以杜绝99%的CSRF攻击了，那还有1%呢....由于用户的Cookie很容易由于网站的XSS漏洞而被盗取，这就另外的1%。一般的攻击者看到有需要算Hash值，基本都会放弃了，某些除外，所以如果需要100%的杜绝，这个不是最好的方法。
　　(2).验证码

　　这个方案的思路是：每次的用户提交都需要用户在表单中填写一个图片上的随机字符串，厄....这个方案可以完全解决CSRF，但个人觉得在易用性方面似乎不是太好，还有听闻是验证码图片的使用涉及了一个被称为MHTML的Bug，可能在某些版本的微软IE中受影响。

　　(3).One-Time Tokens(不同的表单包含一个不同的伪随机值)

　　在实现One-Time Tokens时，需要注意一点：就是“并行会话的兼容”。如果用户在一个站点上同时打开了两个不同的表单，CSRF保护措施不应该影响到他对任何表单的提交。考虑一下如果每次表单被装入时站点生成一个伪随机值来覆盖以前的伪随机值将会发生什么情况：用户只能成功地提交他最后打开的表单，因为所有其他的表单都含有非法的伪随机值。必须小心操作以确保CSRF保护措施不会影响选项卡式的浏览或者利用多个浏览器窗口浏览一个站点。

　　以下我的实现:

　　1).先是令牌生成函数(gen_token())：


     <?php

     function gen_token() {

　　　　//这里我是贪方便，实际上单使用Rand()得出的随机数作为令牌，也是不安全的。

　　　　//这个可以参考我写的Findbugs笔记中的《Random object created and used only once》

          $token = md5(uniqid(rand(), true));

          return $token;

     }

　　2).然后是Session令牌生成函数(gen_stoken())：


     <?php

     　　function gen_stoken() {

　　　　　　$pToken = "";

　　　　　　if($_SESSION[STOKEN_NAME]  == $pToken){

　　　　　　　　//没有值，赋新值

　　　　　　　　$_SESSION[STOKEN_NAME] = gen_token();

　　　　　　}    

　　　　　　else{

　　　　　　　　//继续使用旧的值

　　　　　　}

     　　}

     ?>

　　3).WEB表单生成隐藏输入域的函数：　　


     <?php

　　     function gen_input() {

     　　     gen_stoken();

　　          echo “<input type=\”hidden\” name=\”" . FTOKEN_NAME . “\”

          　　     value=\”" . $_SESSION[STOKEN_NAME] . “\”> “;

     　　}

     ?>

　　4).WEB表单结构：


     <?php

          session_start();

          include(”functions.php”);

     ?>

     <form method=”POST” action=”transfer.php”>

          <input type=”text” name=”toBankId”>

          <input type=”text” name=”money”>

          <? gen_input(); ?>

          <input type=”submit” name=”submit” value=”Submit”>

     </FORM>

　　5).服务端核对令牌：

　　这个很简单，这里就不再啰嗦了。

总结

跨站请求伪造，即CSRF，是一种非常危险的Web安全威胁，它被Web安全界称为“沉睡的巨人”，其威胁程度由此“美誉”便可见一斑。本小节不仅对跨站请求伪造本身进行了简单介绍，还详细说明造成这种漏洞的原因所在，然后以此提了一些防范该攻击的建议，希望对读者编写安全的Web应用能够有所启发。