CSRF攻击与防御原理

Posted 2020-10-16 谢泽

CSRF是什么？

（Cross Site Request Forgery, 跨站域请求伪造）是一种网络的攻击方式，它在 2007 年曾被列为互联网 20 大安全隐患之一,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也就是人们所知道的钓鱼网站。尽管听起来像跨站脚本（XSS），但它与XSS非常不同，并且攻击方式几乎相左。XSS利用站点内的信任用户，而CSRF则通过伪装来自受信任用户的请求来利用受信任的网站。与XSS攻击相比，CSRF攻击往往不大流行（因此对其进行防范的资源也相当稀少）和难以防范，所以被认为比XSS更具危险性。

CSRF可以做什么？

你这可以这么理解 CSRF 攻击：攻击者盗用了你的身份，伪装成你发送恶意请求。CSRF能够做的事情包括：以你名义发送邮件，发消息，盗取你的账号，甚至于购买商品，虚拟货币转账......造成的问题包括：个人隐私泄露以及财产安全。

它这么厉害，那它的原理是什么？

通过下图来简述原理

登录受信任网站A，并在本地生成Cookie。
在不登出A的情况下，访问危险网站B。
看到这里，你也许会说：“如果我不满足以上两个条件中的一个，我就不会受到CSRF的攻击”。是的，确实如此，但你不能保证以下情况不会发生：
1.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。
2.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。（事实上，关闭浏览器不能结束一个会话，但大多数人都会错误的认为关闭浏览器就等于退出登录/结束会话了......）
3.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。

详细的原理介绍

几种常见的攻击类型

GET类型的CSRF

这种类型的CSRF一般是由于程序员安全意识不强造成的。GET类型的CSRF利用非常简单，只需要一个HTTP请求，所以，一般会这样利用：

<img src=http://wooyun.org/csrf?xx=11 /> 

在访问含有这个img的页面后，成功向http://wooyun.org/csrf?xx=11 发出了一次HTTP请求。所以，如果将该网址替换为存在GET型CSRF的地址，就能完成攻击了。

乌云案例

POST类型的CSRF

这种类型的CSRF危害没有GET型的大，利用起来通常使用的是一个自动提交的表单，如：

<form action=http://wooyun.org/csrf.php method=POST>
    <input type="text" name="xx" value="11" />
</form>
<script> document.forms[0].submit(); </script> 

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。

乌云案例

其他其他猥琐流CSRF

过基础认证的CSRF(常用于路由器):

POC:

<img src=http://admin:[email protected] /> 

加载该图片后，路由器会给用户一个合法的SESSION，就可以进行下一步操作了。
乌云案例

防御CSRF的策略

在业界目前防御 CSRF 攻击主要有三种策略：验证 HTTP Referer 字段；在请求地址中添加 token 并验证；在 HTTP 头中自定义属性并验证。下面就分别对这三种策略进行详细介绍。

验证 HTTP Referer 字段

根据 HTTP 协议，在 HTTP 头中有一个字段叫 Referer，它记录了该 HTTP 请求的来源地址。在通常情况下，访问一个安全受限页面的请求来自于同一个网站，比如需要访问 http://bank.example/withdraw?account=bob&amount=1000000&for=Mallory，用户必须先登陆 bank.example，然后通过点击页面上的按钮来触发转账事件。因此，要防御 CSRF 攻击，网站只需要对于每一个转账请求验证其 Referer 值，如果是以 bank.example 开头的域名，则说明该请求是来自银行网站自己的请求，是合法的。如果 Referer 是其他网站的话，则有可能是黑客的 CSRF 攻击，拒绝该请求。
这种方法的显而易见的好处就是简单易行，网站的普通开发人员不需要操心 CSRF 的漏洞，只需要在最后给所有安全敏感的请求统一增加一个拦截器来检查 Referer 的值就可以。
然而，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，这样并不安全。事实上，对于某些浏览器，比如IE6 或 FF2，目前已经有一些方法可以篡改 Referer 值。如果 网站支持IE6 浏览器，黑客完全可以把用户浏览器的 Referer 值设为以 bank.example 域名开头的地址，这样就可以通过验证，从而进行 CSRF 攻击。
即便是使用最新的浏览器，黑客无法篡改 Referer 值，这种方法仍然有问题。因为 Referer 值会记录下用户的访问来源，有些用户认为这样会侵犯到他们自己的隐私权，特别是有些组织担心 Referer 值会把组织内网中的某些信息泄露到外网中。因此，用户自己可以设置浏览器使其在发送请求时不再提供 Referer。当他们正常访问银行网站时，网站会因为请求没有 Referer 值而认为是 CSRF 攻击，拒绝合法用户的访问。

在请求地址中添加 token 并验证

CSRF 攻击之所以能够成功，是因为黑客可以完全伪造用户的请求，该请求中所有的用户验证信息都是存在于 cookie 中，因此黑客可以在不知道这些验证信息的情况下直接利用用户自己的 cookie 来通过安全验证。要抵御 CSRF，关键在于在请求中放入黑客所不能伪造的信息，并且该信息不存在于 cookie 之中。可以在 HTTP 请求中以参数的形式加入一个随机产生的 token，并在服务器端建立一个拦截器来验证这个 token，如果请求中没有 token 或者 token 内容不正确，则认为可能是 CSRF 攻击而拒绝该请求。
这种方法要比检查 Referer 要安全一些，token 可以在用户登陆后产生并放于 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，但这种方法的难点在于如何把 token 以参数的形式加入请求。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”/>，这样就把 token 以参数的形式加入请求了。但是，在一个网站中，可以接受请求的地方非常多，要对于每一个请求都加上 token 是很麻烦的，并且很容易漏掉，通常使用的方法就是在每次页面加载时，使用 javascript 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。
该方法还有一个缺点是难以保证 token 本身的安全。特别是在一些论坛之类支持用户自己发表内容的网站，黑客可以在上面发布自己个人网站的地址。由于系统也会在这个地址后面加上 token，黑客可以在自己的网站上得到这个 token，并马上就可以发动 CSRF 攻击。为了避免这一点，系统可以在添加 token 的时候增加一个判断，如果这个链接是链到自己本站的，就在后面添加 token，如果是通向外网则不加。不过，即使这个 csrftoken 不以参数的形式附加在请求之中，黑客的网站也同样可以通过 Referer 来得到这个 token 值以发动 CSRF 攻击。这也是一些用户喜欢手动关闭浏览器 Referer 功能的原因。

在 HTTP 头中自定义属性并验证

这种方法也是使用 token 并进行验证，和上一种方法不同的是，这里并不是把 token 以参数的形式置于 HTTP 请求之中，而是把它放到 HTTP 头中自定义的属性里。通过 XMLHttpRequest 这个类，可以一次性给所有该类请求加上 csrftoken 这个 HTTP 头属性，并把 token 值放入其中。这样解决了上种方法在请求中加入 token 的不便，同时，通过 XMLHttpRequest 请求的地址不会被记录到浏览器的地址栏，也不用担心 token 会透过 Referer 泄露到其他网站中去。
然而这种方法的局限性非常大。XMLHttpRequest 请求通常用于 Ajax 方法中对于页面局部的异步刷新，并非所有的请求都适合用这个类来发起，而且通过该类请求得到的页面不能被浏览器所记录下，从而进行前进，后退，刷新，收藏等操作，给用户带来不便。另外，对于没有进行 CSRF 防护的遗留系统来说，要采用这种方法来进行防护，要把所有请求都改为 XMLHttpRequest 请求，这样几乎是要重写整个网站，这代价无疑是不能接受的。

防御实例

Sailajs框架中的JavaScript 代码示例

下面将以 JavaScript 为例，对上述三种方法分别用代码进行示例。

1.验证 Referer

// 从 HTTP 头中取得 Referer 值
 var referer=req.headers.Referer; 
 // 判断 Referer 是否以 test.example 开头
 if((referer!=null) && (_.startsWith(referer, “test.example ”)){ 
    // 验证通过
 }else{ 
    // 验证失败，返回错误
 }

2.验证请求中的 token

 var session = req.session;

 // 从 session 中得到 csrftoken 属性
 var  token = session.csrftoken; 
 if(token == null){ 

    // 产生新的 token 放入 session 中
    token = generateToken(); 
    token.csrftoken = token ; 
   return ....
 } else{ 

    // 从 HTTP 头中取得 csrftoken 
    var  token = req.headers.csrftoken; 

    // 从请求参数中取得 csrftoken 
    var  xhrToken = req.param(‘csrftoken‘); 
    if(token != null && xhrToken != null && token.equals(xhrToken)){ 
       return ...
    }else{ 
        return ...  // ERROR
    } 
 }
HTTP 头中自定义属性(网上例子)
var plainXhr = dojo.xhr; 

 // 重写 dojo.xhr 方法
 dojo.xhr = function(method,args,hasBody) { 
    // 确保 header 对象存在
    args.headers = args.header || {}; 
        
    tokenValue = ‘<%=request.getSession(false).getAttribute("csrftoken")%>‘; 
    var token = dojo.getObject("tokenValue"); 
    
    // 把 csrftoken 属性放到头中
    args.headers["csrftoken"] = (token) ? token : "  "; 
    return plainXhr(method,args,hasBody); 
 };

总结

CSRF 是一种危害非常大的攻击，又很难以防范。目前几种防御策略虽然可以很大程度上抵御 CSRF 的攻击，但并没有一种完美的解决方案。一些新的方案正在研究之中，比如对于每次请求都使用不同的动态口令，把 Referer 和 token 方案结合起来，甚至尝试修改 HTTP 规范，但是这些新的方案尚不成熟，要正式投入使用并被业界广为接受还需时日。在这之前，我们只有充分重视 CSRF，根据系统的实际情况选择最合适的策略，这样才能把 CSRF 的危害降到最低