CSRF攻击防御原理

Posted 2021-04-25 安全祖师爷

  

CSRF概念：CSRF跨站点请求伪造(Cross—Site Request Forgery)，跟XSS攻击一样，存在巨大的危害性，你可以这样来理解：
       攻击者盗用了你的身份，以你的名义发送恶意请求，对服务器来说这个请求是完全合法的，但是却完成了攻击者所期望的一个操作，比如以你的名义发送邮件、发消息，盗取你的账号，添加系统管理员，甚至于购买商品、虚拟货币转账等。 如下：其中Web A为存在CSRF漏洞的网站，Web B为攻击者构建的恶意网站，User C为Web A网站的合法用户。

       CSRF攻击原理及过程如下：

       1. 用户C打开浏览器，访问受信任网站A，输入用户名和密码请求登录网站A；

       2.在用户信息通过验证后，网站A产生Cookie信息并返回给浏览器，此时用户登录网站A成功，可以正常发送请求到网站A；

       3. 用户未退出网站A之前，在同一浏览器中，打开一个TAB页访问网站B；

       4. 网站B接收到用户请求后，返回一些攻击性代码，并发出一个请求要求访问第三方站点A；

       5. 浏览器在接收到这些攻击性代码后，根据网站B的请求，在用户不知情的情况下携带Cookie信息，向网站A发出请求。网站A并不知道该请求其实是由B发起的，所以会根据用户C的Cookie信息以C的权限处理该请求，导致来自网站B的恶意代码被执行。 

Leafo老师基于Moonscript语言开发的WEB框架Lapis，框架中有一段针对CSRF（Cross—Site Request Forgery）的防护代码， 是一种基于围绕时间戳和签名验证的CSRF防护设计，后来Leafo老师还更新了CSRF的处理代吗：

Changes

• Replaced the CSRF implementation, removed the key parameter and replaced with it randomly generated string stored in cookie.

跨站攻击的本质是， 攻击者拿着你的“身份凭证”，冒充你进行的相关攻击行为。

为了防止CSRF的发生，创建Token处理机制，Token数据结构与时间、加密签名相关， 这么做的目的是给“身份凭证”加上时间生存周期管理，如果的凭证被人拿到了， 要先判断Token中的“签名”与时间戳是否都有效。

以下，是Token生成的加密原理和具体实现例子：

1.Token构成。

为了防止CSRF攻击，Token要求不能重复，需要含有时间戳信息。

下面的图描述了一个token的数据构成：

Token的数据结构。

-----------------------------------------------------------------------------
|             msg                  |     separator   |  signature           |
-----------------------------------------------------------------------------
|     key     |   timestamp        |                 |  Base64(sha256(msg)) |
-----------------------------------------------------------------------------

token由三部分组成：

a). 消息[msg]：而msg本身也有两部分组成：一部分：随机字符串，过期时间戳。

b). 分割符[separator]：用于分隔msg部分与加密后生成的signature签名部分，这里用的是”.“

c). 签名[signature]:signature。signature签名，是对“msg消息”用特定算法进行加密后的串。

token = base64(msg)格式化..base64(sha256("秘锁", msg))

Token由被Base64的msg编码串+先256加密msg再进行Base64编码，两个串的内容结合。

2.Token的加密。

首先，是按照合适得加密方法对数据进行加密。这里我们通用的就使用了sha256散列算法，然后进行BASE64的格式转换。然后，我们需要在token串中隐含过期时间的设定，这种机制要保证，每条与服务器交互的Token有过期时间控制，一点过期服务器不处理。

3.Token的验证校验。

当用户从客户端，计算了Token提交给服务器的时候，服务器需要判断token的有效性（是否过期），一旦传向服务器的请求中的Token时间异常，就可以判定是可疑请求。

验证具体过程:

a). Token解包。

先把接受到的token，进行分解，“.”为分隔符，分为msg部分+signature签名部分。

b). 比对签名。

对msg部分的base64码反向decode_base64(msg)解码，在对解码后的msg明文，进行同样的encode_base64(sha256(msg))签名串转换处理。如果秘锁相同，判断加密后的数据和客户端传过来的token.signature的部分是否一致。如果一致，说明这个token是有效的。

c). 判断时间过期。

如果是有效的,取出msg取出msg信息中的timestamp字段数据，与当前系统时间进行比较，如果过期时间小于当前时间，那这个token是过期的，需要重新的取得token。

Lua代码如下：

local gen_token = function(key, expires)
    --做成一个过期时间戳。
    if expires == nil then
     expires = os.time() + 60 + 60 * 8
    end
  
    --对msg部分进行base64编码。
    local msg = encode_base64(
     json.encode({
         key = key,
         expires = expires
     }))
    
   --进行sha256哈希。
    local signature = encode_base64(hmac_sha256('testkey', msg))
    
    --拼接成一条token。
    return msg .. "." ..signature
end


local  val_token = function(key,token)
    --对输入数据的判空操作
    if not (token) then
     return nil, 'mssing csrf token'
    end
    
    --对token的msg部分，signature签名部分进行拆分。
    local msg, sig = token:match("^(.*)%.(.*)$")
    if not (msg) then
         return nil, "malformed csrf token"
    end


    sig = encoding.decode_base64(sig)
    --对解包后msg，按照相同的加密key:"testkey"，重新进行sha256哈希，比对signature，
    --如果不一致，说明这个token中的数据有问题，无效的token。
    if not (sig == hmac_sha256('testkey', msg)) then
         return nil, "invalid csrf token(bad sig)"
    end


    --对msg进行base64解码，判断其中的key和传入的key是否一致。
    --如果不一致说明token也是无效的。
    msg =json.decode(decode_base64(msg))
    if not (msg.key == key) then
     return nil, "invalid csrf token (bad key)"    
    end
    
    --取出msg部分的时间戳，判断是否大于当前时间，如果大于，说明token过期无效了。
    if not (not msg.expires or msg.expires > os.time()) then
         return nil, "csrf token expired"
    end
end

因为本文提到的 CSRF防护，是Leafo老师的Moonscript(Lua)实现， 而用的Token编码的函数与signature签名用的加密算法，也都是基于Lua库，所以下面列出了这些常用的库的相关信息。

库一览列表：

http://lua-users.org/wiki/CryptographyStuff

要实现上文所说的Token机制，要有库函数Bash64与sha256加密的工具包库支持。

不用Lua的同学，可以忽略下面的内容：

1.SecureHashAlgorithm和SecureHashAlgorithmBW

这个工具包是支持sha256加密的，而且是纯lua方法的实现，问题是，这两个包分别依赖lua5.2和lua5.3。

而我们系统的运行环境是lua5.1，因为大部分的生产环境都是lua5.1，因为历史原因暂时没法改变。如果要把5.2的程序移植到5.1下运行，还需要移植一个lua5.2才独有的包，这是lua5.2升级之后才有的部件：bit32,而在lua5.3中又将这个部件去掉了,移植的动力不大，暂时不使用这个包。

2.Lcrypt

这个包不是纯lua的实现，底层加密用的是C语言，而且额外还有依赖另外另个工具包 libTomCrypt和libTomMath，这两个包的官网已经被和谐了，github上有源码，所以要想让这个包正常运行需要手动make安装3个源码工程，还是算了，有时间的时候再装好测试一下，先暂时不用。

网站：

http://www.eder.us/projects/lcrypt/

3.LuaCrypto

这个包的安装用的是luarocks，就比较简单了

luarocks install luacrypto

我们选用这个包进行加密处理。LuaCrypto其实是openssl库的前端lua调用，依赖openssl，openssl库显然会支持sha256加密，相对也比一般的第三方实现更可靠。写一个简单的加密程序：

local crypto = require("crypto")
local hmac = require("crypto.hmac")
local ret = hmac.digest("sha256", "abcdefg", "hmackey")
print(ret)

ret的返回结果是，如下这个字符串。

704d25d116a700656bfa5a6a7b0f462efdc7df828cdbafa6fbf8b39a12e83f24

我们需要改造一下代码，在调用digest的时候指定输出的形式是raw二进制数据形式，然后在编码成base64的数据形式。

local ret = hmac.digest("sha256", "abcdefg", "hmackey",rawequal)
print(ret)

这时候的输出结果是：

cE0l0RanAGVr+lpqew9GLv3H34KM26+m+/izmhLoPyQ=
lua-base64

使用的是下面的库，lua库就是这样，有很多功能程序有很多的实现，并且很多非官方的第三方实现。

https://github.com/toastdriven/lua-base64