前后端分离架构下CSRF防护机制 - XiongWilee

背景

1、什么是CSRF攻击？

这里不再介绍CSRF，已经了解CSRF原理的同学可以直接跳到：“3、前后端分离下有何不同？”。

不太了解的同学可以看这两篇对CSRF介绍比较详细的参考文章：

如果来不及了解CSRF的原理，可以这么理解：有一个人发给你一个搞(mei)笑(nv)图片链接，你打开这个链接之后，便立刻收到了短信：你的银行里的钱已经转移到这个人的帐户了。

2、有哪些防御方案？

上面这个例子当然有点危言耸听，当然可以确定的是确实会有这样的漏洞：你打开了一个未知域名的链接，然后你就自动发了条广告帖子、你的Gmail的邮件内容就泄露了、你的百度登录状态就没了……

防御方案在上面的两篇文章里也有提到，总结下，无外乎三种：

用户操作限制，比如验证码；
请求来源限制，比如限制HTTP Referer才能完成操作；
token验证机制，比如请求数据字段中添加一个token，响应请求时校验其有效性；

第一种方案明显严重影响了用户体验，而且还有额外的开发成本；第二种方案成本最低，但是并不能保证100%安全，而且很有可能会埋坑；第三种方案，可取！

token验证的CSRF防御机制是公认最合适的方案，也是本文讨论的重点。

3、前后端分离下有何不同？

《CSRF 攻击的应对之道》这篇文章里有提到：

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

我们前端架构早已经告别了服务端语言（PHP/JAVA等）绑定路由、携带数据渲染模板引擎的方式（毕竟是2011年的文章了，我们笑而不语）。

当然，前端不要高兴的太早：前后端分离之后，Nodejs不具备完善的服务端SESSION、数据库等功能。

总结一下，在“更先进”的前端架构下，与以往的架构会有一些区别：

Nodejs层不处理SESSION，无法直接实现会话状态数据保存；
所有的数据通过Ajax异步获取，可以灵活实现token方案；

实现思路

如上文提到，这里仅仅讨论在“更先进”的前端后端架构背景下的token防御方案的实现。

1、可行性方案

token防御的整体思路是：

第一步：后端随机产生一个token，把这个token保存在SESSION状态中；同时，后端把这个token交给前端页面；
第二步：下次前端需要发起请求（比如发帖）的时候把这个token加入到请求数据或者头信息中，一起传给后端；
第三步：后端校验前端请求带过来的token和SESSION里的token是否一致；

上文提到过，前后端分离状态下，Nodejs是不具备SESSION功能的。那这种token防御机制是不是就无法实现了呢？

肯定不是。我们可以借助cookie把这个流程升级下：

第一步：后端随机产生一个token，基于这个token通过SHA-56等散列算法生成一个密文；
第二步：后端将这个token和生成的密文都设置为cookie，返回给前端；
第三步：前端需要发起请求的时候，从cookie中获取token，把这个token加入到请求数据或者头信息中，一起传给后端；
第四步：后端校验cookie中的密文，以及前端请求带过来的token，进行正向散列验证；

当然这样实现也有需要注意的：

散列算法都是需要计算的，这里会有性能风险；
token参数必须由前端处理之后交给后端，而不能直接通过cookie；
cookie更臃肿，会不可避免地让头信息更重；

现在方案确定了，具体该如何实现呢？

2、具体实现

我们的技术栈是 koa(服务端) + Vue.js(前端) 。有兴趣可以看这些资料：

在服务端，实现了一个token生成的中间件，koa-grace-csrf：

  // 注意：代码有做精简
  
  const tokens = require('./lib/tokens');
  return function* csrf(next) {
    let curSecret = this.cookies.get('密文的cookie');
    // 其他如果要获取参数，则为配置参数值
    let curToken = '请求http头信息中的token';
    
    // token不存在
    if (!curToken || !curSecret) {
      return this.throw('CSRF Token Not Found!',403)
    }

    // token校验失败
    if (!tokens.verify(curSecret, curToken)) {
      return this.throw('CSRF token Invalid!',403)
    }

    yield next;

    // 无论何种情况都种两个cookie
    // cookie_key: 当前token的cookie_key,httpOnly
    let secret = tokens.secretSync();
    this.cookies.set(options.cookie_key, secret);
    // cookie_token: 当前token的的content，不需要httpOnly
    let newToken = tokens.create(secret);
    this.cookies.set(options.cookie_token, newToken)
  }

在前端代码中，对发送ajax请求的封装稍作优化：

  this.$http.post(url, data, {
      headers: {
          'http请求头信息字段名': 'cookie中的token'
      }
  }).then((res) => {})

总结一下：

Nodejs生成一个随机数，通过随机数生成散列密文；并将随机数和密文存到cookie；
客户端JS获取cookie中的随机数，通过http头信息交给Nodejs；
Nodejs响应请求，校验cookie中的密文和头信息中的随机数是否匹配；

这里依旧有个细节值得提一下：Nodejs的上层一般是nginx，而nginx默认会过滤头信息中不合法的字段（比如头信息字段名包含“_”的），这里在写头信息的时候需要注意。

"One more thing..."

上文也提到，通过cookie及http头信息传递加密token会有很多弊端；有没有更优雅的实现方案呢？

1、cookie中samesite属性

回溯下CSRF产生的根本原因：cookie会被第三方发起的跨站请求携带，这本质上是HTTP协议设计的漏洞。

那么，我们能不能通过cookie的某个属性禁止cookie的这个特性呢？

好消息是，在最新的RFC规范中已经加入了“samesite”属性。细节这里不再赘述，可以参考：

2、更优雅的架构

当然，目前为止，客户端对samesite属性的支持并不是特别好；回到前后端分离架构下，我们明确下前后端分离框架的基本原则：

后端（Java / PHP ）职责：

服务层颗粒化接口，以便前端Nodejs层异步并发调用；
用户状态保存，实现用户权限等各种功能；

前端（Nodejs + Javascript）职责：

Nodejs层完成路由托管及模板引擎渲染功能
Nodejs层不负责实现任何SESSION和数据库功能

我们提到，前端Nodejs层不负责实现任何SESSION和数据库功能，但有没有可能把后端缓存系统做成公共服务提供给Nodejs层使用呢？想想感觉前端整条路都亮了有木有？！这里先挖一个坑，后续慢慢填。

3、延伸

这里再顺便提一下，新架构下的XSS防御。

犹记得，在狼厂使用PHP的年代，经常被安全部门曝出各类XSS漏洞，然后就在smaty里添加各种escape滤镜，但是添加之后发现竟然把原始数据也给转义了。

当然，现在更多要归功于各种MVVM单页面应用：使得前端完全不需要通过读取URL中的参数来控制VIEW。

不过，还有一点值得一提：前后端分离框架下，路由由Nodejs控制；我自己要获取的后端参数和需要用在业务逻辑的参数，在主观上前端同学更好把握一些。

所以，在koa(服务端) + Vue.js(前端)架构下基本不用顾虑XSS问题（至少不会被全安组追着问XSS漏洞啥时候修复）。

总结

要不学PHP、看Java、玩Python做全栈好了？

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