關於CSRF的攻擊與防禦

CSRF 背景與介紹

CSRF（Cross Site Request Forgery, 跨站域請求偽造）是一種網路的攻擊方式，它在 2007 年曾被列為互聯網 20 大安全隱患之一。其他安全隱患，比如 SQL 腳本註入，跨站域腳本攻擊等在近年來已經逐漸為眾人熟知，很多網站也都針對他們進行了防禦。然而，對於大多數人來說，CSRF 卻依然是一個陌生的概念。即便是大名鼎鼎的 Gmail, 在 2007 年底也存在著 CSRF 漏洞，從而被黑客攻擊而使 Gmail 的用戶造成巨大的損失。

CSRF概念：CSRF跨站點請求偽造(Cross—Site Request Forgery)，跟XSS攻擊一樣，存在巨大的危害性。

可以這樣來理解：攻擊者盜用了你的身份，以你的名義發送惡意請求，對伺服器來說這個請求是完全合法的，但是卻完成了攻擊者所期望的一個操作，比如以你的名義發送郵件、發消息，盜取你的賬號，添加系統管理員，甚至於購買商品、虛擬貨幣轉賬等。 如下：其中Web A為存在CSRF漏洞的網站，Web B為攻擊者構建的惡意網站，User C為Web A網站的合法用戶。

CSRF 攻擊的原理及過程

　　1. 用戶C打開瀏覽器，訪問受信任網站A，輸入用戶名和密碼請求登錄網站A；

　　2.在用戶信息通過驗證後，網站A產生Cookie信息並返回給瀏覽器，此時用戶登錄網站A成功，可以正常發送請求到網站A；

　　3. 用戶未退出網站A之前，在同一瀏覽器中，打開一個TAB頁訪問網站B；

　　4. 網站B接收到用戶請求後，返回一些攻擊性代碼，併發出一個請求要求訪問第三方站點A；

　　5. 瀏覽器在接收到這些攻擊性代碼後，根據網站B的請求，在用戶不知情的情況下攜帶Cookie信息，向網站A發出請求。網站A並不知道該請求其實是由B發起的，所以會根據用戶C的Cookie信息以C的許可權處理該請求，導致來自網站B的惡意代碼被執行。 

CSRF 攻擊實例

　　CSRF 攻擊可以在受害者毫不知情的情況下以受害者名義偽造請求發送給受攻擊站點，從而在並未授權的情況下執行在許可權保護之下的操作。比如說，受害者 Bob 在銀行有一筆存款，通過對銀行的網站發送請求 http://bank.example/withdraw?account=bob&amount=1000000&for=bob2 可以使 Bob 把 1000000 的存款轉到 bob2 的賬號下。通常情況下，該請求發送到網站後，伺服器會先驗證該請求是否來自一個合法的 session，並且該 session 的用戶 Bob 已經成功登陸。

黑客 Mallory 自己在該銀行也有賬戶，他知道上文中的 URL 可以把錢進行轉帳操作。Mallory 可以自己發送一個請求給銀行：http://bank.example/withdraw?account=bob&amount=1000000&for=Mallory。但是這個請求來自 Mallory 而非 Bob，他不能通過安全認證，因此該請求不會起作用。

　　這時，Mallory 想到使用 CSRF 的攻擊方式，他先自己做一個網站，在網站中放入如下代碼： src=”http://bank.example/withdraw?account=bob&amount=1000000&for=Mallory ”，並且通過廣告等誘使 Bob 來訪問他的網站。當 Bob 訪問該網站時，上述 url 就會從 Bob 的瀏覽器發向銀行，而這個請求會附帶 Bob 瀏覽器中的 cookie 一起發向銀行伺服器。大多數情況下，該請求會失敗，因為他要求 Bob 的認證信息。但是，如果 Bob 當時恰巧剛訪問他的銀行後不久，他的瀏覽器與銀行網站之間的 session 尚未過期，瀏覽器的 cookie 之中含有 Bob 的認證信息。

　　這時，悲劇發生了，這個 url 請求就會得到響應，錢將從 Bob 的賬號轉移到 Mallory 的賬號，而 Bob 當時毫不知情。等以後 Bob 發現賬戶錢少了，即使他去銀行查詢日誌，他也只能發現確實有一個來自於他本人的合法請求轉移了資金，沒有任何被攻擊的痕跡。而 Mallory 則可以拿到錢後逍遙法外。

CSRF 攻擊的對象

　　在討論如何抵禦 CSRF 之前，先要明確 CSRF 攻擊的對象，也就是要保護的對象。從以上的例子可知，CSRF 攻擊是黑客藉助受害者的 cookie 騙取伺服器的信任，但是黑客並不能拿到 cookie，也看不到 cookie 的內容。另外，對於伺服器返回的結果，由於瀏覽器同源策略的限制，黑客也無法進行解析。因此，黑客無法從返回的結果中得到任何東西，他所能做的就是給伺服器發送請求，以執行請求中所描述的命令，在伺服器端直接改變數據的值，而非竊取伺服器中的數據。所以，我們要保護的對象是那些可以直接產生數據改變的服務，而對於讀取數據的服務，則不需要進行 CSRF 的保護。比如銀行系統中轉賬的請求會直接改變賬戶的金額，會遭到 CSRF 攻擊，需要保護。而查詢餘額是對金額的讀取操作，不會改變數據，CSRF 攻擊無法解析伺服器返回的結果，無需保護。

當前防禦 CSRF 的幾種策略

在業界目前防禦 CSRF 攻擊主要有三種策略：驗證 HTTP Referer 欄位；在請求地址中添加 token 並驗證；在 HTTP 頭中自定義屬性並驗證。下麵就分別對這三種策略進行詳細介紹。

一、驗證 HTTP Referer 欄位

根據 HTTP 協議，在 HTTP 頭中有一個欄位叫 Referer，它記錄了該 HTTP 請求的來源地址。在通常情況下，訪問一個安全受限頁面的請求來自於同一個網站，比如需要訪問 http://bank.example/withdraw?account=bob&amount=1000000&for=Mallory，用戶必須先登陸 bank.example，然後通過點擊頁面上的按鈕來觸發轉賬事件。這時，該轉帳請求的 Referer 值就會是轉賬按鈕所在的頁面的 URL，通常是以 bank.example 功能變數名稱開頭的地址。而如果黑客要對銀行網站實施 CSRF 攻擊，他只能在他自己的網站構造請求，當用戶通過黑客的網站發送請求到銀行時，該請求的 Referer 是指向黑客自己的網站。因此，要防禦 CSRF 攻擊，銀行網站只需要對於每一個轉賬請求驗證其 Referer 值，如果是以 bank.example 開頭的功能變數名稱，則說明該請求是來自銀行網站自己的請求，是合法的。如果 Referer 是其他網站的話，則有可能是黑客的 CSRF 攻擊，拒絕該請求。

這種方法的顯而易見的好處就是簡單易行，網站的普通開發人員不需要操心 CSRF 的漏洞，只需要在最後給所有安全敏感的請求統一增加一個攔截器來檢查 Referer 的值就可以。特別是對於當前現有的系統，不需要改變當前系統的任何已有代碼和邏輯，沒有風險，非常便捷。

然而，這種方法並非萬無一失。Referer 的值是由瀏覽器提供的，雖然 HTTP 協議上有明確的要求，但是每個瀏覽器對於 Referer 的具體實現可能有差別，並不能保證瀏覽器自身沒有安全漏洞。使用驗證 Referer 值的方法，就是把安全性都依賴於第三方（即瀏覽器）來保障，從理論上來講，這樣並不安全。事實上，對於某些瀏覽器，比如 IE6 或 FF2，目前已經有一些方法可以篡改 Referer 值。如果 bank.example 網站支持 IE6 瀏覽器，黑客完全可以把用戶瀏覽器的 Referer 值設為以 bank.example 功能變數名稱開頭的地址，這樣就可以通過驗證，從而進行 CSRF 攻擊。

即便是使用最新的瀏覽器，黑客無法篡改 Referer 值，這種方法仍然有問題。因為 Referer 值會記錄下用戶的訪問來源，有些用戶認為這樣會侵犯到他們自己的隱私權，特別是有些組織擔心 Referer 值會把組織內網中的某些信息泄露到外網中。因此，用戶自己可以設置瀏覽器使其在發送請求時不再提供 Referer。當他們正常訪問銀行網站時，網站會因為請求沒有 Referer 值而認為是 CSRF 攻擊，拒絕合法用戶的訪問。

二、在請求地址中添加 token 並驗證

CSRF 攻擊之所以能夠成功，是因為黑客可以完全偽造用戶的請求，該請求中所有的用戶驗證信息都是存在於 cookie 中，因此黑客可以在不知道這些驗證信息的情況下直接利用用戶自己的 cookie 來通過安全驗證。要抵禦 CSRF，關鍵在於在請求中放入黑客所不能偽造的信息，並且該信息不存在於 cookie 之中。可以在 HTTP 請求中以參數的形式加入一個隨機產生的 token，併在伺服器端建立一個攔截器來驗證這個 token，如果請求中沒有 token 或者 token 內容不正確，則認為可能是 CSRF 攻擊而拒絕該請求。

這種方法要比檢查 Referer 要安全一些，token 可以在用戶登陸後產生並放於 session 之中，然後在每次請求時把 token 從 session 中拿出，與請求中的 token 進行比對，但這種方法的難點在於如何把 token 以參數的形式加入請求。對於 GET 請求，token 將附在請求地址之後，這樣 URL 就變成 http://url?csrftoken=tokenvalue。 而對於 POST 請求來說，要在 form 的最後加上 <input type=”hidden” name=”csrftoken” value=”tokenvalue”/>，這樣就把 token 以參數的形式加入請求了。但是，在一個網站中，可以接受請求的地方非常多，要對於每一個請求都加上 token 是很麻煩的，並且很容易漏掉，通常使用的方法就是在每次頁面載入時，使用 javascript 遍歷整個 dom 樹，對於 dom 中所有的 a 和 form 標簽後加入 token。這樣可以解決大部分的請求，但是對於在頁面載入之後動態生成的 html 代碼，這種方法就沒有作用，還需要程式員在編碼時手動添加 token。

該方法還有一個缺點是難以保證 token 本身的安全。特別是在一些論壇之類支持用戶自己發表內容的網站，黑客可以在上面發佈自己個人網站的地址。由於系統也會在這個地址後面加上 token，黑客可以在自己的網站上得到這個 token，並馬上就可以發動 CSRF 攻擊。為了避免這一點，系統可以在添加 token 的時候增加一個判斷，如果這個鏈接是鏈到自己本站的，就在後面添加 token，如果是通向外網則不加。不過，即使這個 csrftoken 不以參數的形式附加在請求之中，黑客的網站也同樣可以通過 Referer 來得到這個 token 值以發動 CSRF 攻擊。這也是一些用戶喜歡手動關閉瀏覽器 Referer 功能的原因。

三、在 HTTP 頭中自定義屬性並驗證

這種方法也是使用 token 併進行驗證，和上一種方法不同的是，這裡並不是把 token 以參數的形式置於 HTTP 請求之中，而是把它放到 HTTP 頭中自定義的屬性里。通過 XMLHttpRequest 這個類，可以一次性給所有該類請求加上 csrftoken 這個 HTTP 頭屬性，並把 token 值放入其中。這樣解決了上種方法在請求中加入 token 的不便，同時，通過 XMLHttpRequest 請求的地址不會被記錄到瀏覽器的地址欄，也不用擔心 token 會透過 Referer 泄露到其他網站中去。

然而這種方法的局限性非常大。XMLHttpRequest 請求通常用於 Ajax 方法中對於頁面局部的非同步刷新，並非所有的請求都適合用這個類來發起，而且通過該類請求得到的頁面不能被瀏覽器所記錄下，從而進行前進，後退，刷新，收藏等操作，給用戶帶來不便。另外，對於沒有進行 CSRF 防護的遺留系統來說，要採用這種方法來進行防護，要把所有請求都改為 XMLHttpRequest 請求，這樣幾乎是要重寫整個網站，這代價無疑是不能接受的。

CSRF 防禦方法選擇之道

通過上文討論可知，目前業界應對 CSRF 攻擊有一些剋制方法，但是每種方法都有利弊，沒有一種方法是完美的。如何選擇合適的方法非常重要。如果網站是一個現有系統，想要在最短時間內獲得一定程度的 CSRF 的保護，那麼驗證 Referer 的方法是最方便的，要想增加安全性的話，可以選擇不支持低版本瀏覽器，畢竟就目前來說，IE7+, FF3+ 這類高版本瀏覽器的 Referer 值還無法被篡改。

如果系統必須支持 IE6，並且仍然需要高安全性。那麼就要使用 token 來進行驗證，在大部分情況下，使用 XmlHttpRequest 並不合適，token 只能以參數的形式放於請求之中，若你的系統不支持用戶自己發佈信息，那這種程度的防護已經足夠，否則的話，你仍然難以防範 token 被黑客竊取併發動攻擊。在這種情況下，你需要小心規劃你網站提供的各種服務，從中間找出那些允許用戶自己發佈信息的部分，把它們與其他服務分開，使用不同的 token 進行保護，這樣可以有效抵禦黑客對於你關鍵服務的攻擊，把危害降到最低。畢竟，刪除別人一個帖子比直接從別人賬號中轉走大筆存款嚴重程度要輕的多。

如果是開發一個全新的系統，則抵禦 CSRF 的選擇要大得多。筆者建議對於重要的服務，可以儘量使用 XMLHttpRequest 來訪問，這樣增加 token 要容易很多。另外儘量避免在 js 代碼中使用複雜邏輯來構造常規的同步請求來訪問需要 CSRF 保護的資源，比如 window.location 和 document.createElement(“a”) 之類，這樣也可以減少在附加 token 時產生的不必要的麻煩。

最後，要記住 CSRF 不是黑客唯一的攻擊手段，無論你 CSRF 防範有多麼嚴密，如果你系統有其他安全漏洞，比如跨站域腳本攻擊 XSS，那麼黑客就可以繞過你的安全防護，展開包括 CSRF 在內的各種攻擊，你的防線將如同虛設。

總結與展望

可見，CSRF 是一種危害非常大的攻擊，又很難以防範。目前幾種防禦策略雖然可以很大程度上抵禦 CSRF 的攻擊，但並沒有一種完美的解決方案。一些新的方案正在研究之中，比如對於每次請求都使用不同的動態口令，把 Referer 和 token 方案結合起來，甚至嘗試修改 HTTP 規範，但是這些新的方案尚不成熟，要正式投入使用並被業界廣為接受還需時日。在這之前，我們只有充分重視 CSRF，根據系統的實際情況選擇最合適的策略，這樣才能把 CSRF 的危害降到最低。

轉載地址：https://www.ibm.com/developerworks/cn/web/1102_niugang_csrf/