通过 Node.js 代码示例学习 CSRF 攻击产生原因及解决方案

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跨站请求伪造（Cross-Site Request Forgery，简称 CSRF）是一种冒充受信任用户在当前已登陆 Web 应用程序上执行非本意操作的攻击方式。

CSRF 攻击细节

CSRF 攻击简单来说，是黑客通过一种技术手段诱骗用户浏览器访问一个曾经受信任的网站去执行一些非法操作。这利用了 Web 中用户身份验证的一个漏洞：“简单的身份验证只保证了请求是发自用户的浏览器，却不能验证请求本身是否为用户自愿发出的”。

CSRF 攻击模拟

假设 “五月君” 是某内容管理系统网站 www.codingmay.com 的管理员，拥有删除文章的操作权限。

模拟两个站点

修改本地 /etc/hosts 文件，模拟两个站点：www.codingmay.com 表示 “五月君” 要登陆的内容管理系统。www.hacker.com 这是 “黑客君” 模拟 CSRF 的网站。

另外一个知识点：由于在本地模拟，两个站点主机都使用的 localhost 通过 port 区分，而 cookie 的存储需要根据域名做区分，本示例中 cookie 存放在 www.codingmay.com 中。

127.0.0.1       www.codingmay.com
127.0.0.1       www.hacker.com

初始化项目

使用 Node.js Express 框架和 pug 模版引擎模拟 CSRF 攻击，创建项目和安装依赖。

$ mkdir csrf-demo
$ cd mkdir csrf-demo
$ npm init
$ npm i express pug cookie-parser -S
$ mkdir codingmay hacker

# 最终的项目结构

模拟内容管理系统

创建 codingmay/app.js 文件，设置服务端口为 3000，提供如下接口：

// codingmay/app.js
const express = require('express')
const path = require('path')
const cookieParser = require('cookie-parser')
const app = express()
const PORT = 3000

const list = [{ title: 'JavaScript 异步编程指南', id: 1 }, { title: 'HTTPS 工作原理', id: 2 }];
app.use(cookieParser())
app.set('views', path.join(__dirname, 'views'));
app.set('view engine', 'pug')

app.get('/user/auth', (req, res) => {
  res.cookie('userId', 'user_001', { expires: new Date(Date.now() + 1000 * 60 * 10) }) // 过期时间 10 分钟
  res.redirect(301, '/article/list')
});

app.get('/article/list', (req, res) => {
  res.render('index', { title: 'xxx 内容管理系统', list})
});

app.post('/delete/article/:id', (req, res) => {
  if (!req.cookies.userId) {
    return res.status(401).send('Unauthorized')
  }
  list.splice(list.findIndex(item => item.id === Number(req.params.id)), 1)
  res.json({ code: 'SUCCESS' })
});

app.listen(PORT, () => console.log(`Example app listening at http://localhost:${PORT}`))

基于 pug 模版引擎，模拟简单的内容管理页面，在这个页面可查看和删除文章。

// codingmay/views/index.pug
html
  head
    title= title
  body
    ul
      each data in list
        //- [call onclick js function and pass param from pug](https://github.com/pugjs/pug/issues/2933)
        li= data.title
          button(onclick=`deleteArticle(${data.id})`)= "删除"
      else
        li= "没有文章了"

script.
  async function deleteArticle(id) {
    const response = await fetch(`/api/delete/article/${id}`, { method: 'POST' })
    if (response.status === 401) {
      return alert(`Delete article failed with message: ${response.statusText}`);
    }
    if (response.status === 200) {
      alert(`Delete article success`);
      location.reload();
      return;
    }
  }

模拟 “黑客君” 伪造请求

创建 hacker/app.js 文件，设置服务端口为 4000，渲染页面。

// hacker/app.js
const express = require('express')
const path = require('path')
const app = express()
const PORT = 4000

app.set('views', path.join(__dirname, 'views'));
app.set('view engine', 'pug')

app.get('/', (req, res) => {
  res.render('index', { title: '黑客网站'})
});

app.listen(PORT, () => console.log(`Example app listening at http://localhost:${PORT}`))

在黑客自己伪造的页面，自动触发请求，如何是 GET 请求就更好模拟了，<script src="">、<img src=""、<a href=""/> 这些标签本身不受同源策略限制，可直接发起请求。

有些网站服务端提供的接口为 POST，我们可构建一个隐藏的表单伪造 POST 请求，当用户 “五月君” 打开 “黑客君” 伪造的页面后，表单会自动提交，服务器在收到请求后执行删除文章操作。

// hacker/views/index.pug
html
  head
    title= title
  body
  form(action="http://www.codingmay.com:3000/api/delete/article/2", method="post")
    input(type="hidden", name="id" value="2")

script.
  document.forms[0].submit()

操作演示

通过一个 Gif 动图演示，如果不理解的，最好是能够跟着上面的 Demo 在本地实践下。

在看一张图，如下所示，这是在黑客伪造的网站上发起的请求信息，且 Cookie 是浏览器自动为我们获取带上的。

image.png

CSRF 攻击预防

CSRF 攻击的特点是利用受害者已登陆网站的凭证，冒充受害者在第三方网站发起操作，这里攻击者只能使用 cookie，而不能获取。针对性的提出防范策略：

检查 Referer/Origin 字段

HTTP 请求头包含一个 Referer 字段标明了请求来源于哪个地址，在处理敏感数据请求时应位于同一域名下，该包含了 URL 路径，除此之外还有一个 Origin 字段包含了域名信息。

我们可以优先判断 Origin 字段，再根据具体情况选择性的判断 Referer 字段。

// codingmay/app.js
app.post('/api/delete/article/:id', (req, res) => {
  if (req.get('Origin').indexOf('www.codingmay.com') < 0) {
    return res.json({ code: 'ERROR', message: 'origin error' })
  }
});

Cookie SameSite 属性

上面示例中我们在黑客伪造的网站 www.hacker.com 上引导发出的 Cookie 称为第三方 Cookie。为了减少安全风险，可设置 Cookie 的 SameSite 属性用来限制发送第三方 Cookie。

Cookie 的 SameSite 属性有三个值：

// codingmay/app.js
app.get('/user/auth', (req, res) => {
  res.cookie('userId', 'user_001', {
    expires: new Date(Date.now() + 1000 * 60 * 10),
    sameSite: 'strict' // 设置为严格模式，完全禁止第三方 Cookie
  })
});

CSRF Token

解决 CSRF 攻击另一个常用的解决方案是 CSRF Token 验证，第一步是浏览器向服务器请求时，服务器返回一个随机 Token。

// codingmay/app.js
const jwt = require('jsonwebtoken')
const secretKey = 'secret_123456'
app.get('/article/list', (req, res) => {
  const token = jwt.sign({
    userId: 'user_001',
    now: Date.now()
  }, secretKey, {
    expiresIn: '1h'
  });
  res.render('index', { title: 'xxx 内容管理系统', token, list})
});

浏览器将该 Token 以隐藏形式植入页面中，当需要请求数据时，携带上 Token 信息，最好的方式是放在 Headers 请求头中，让请求发生跨域。此处为了简单测试，放在 query 传递。

html
  head
    title= title
  body
    span(id='token' data-token= token)

script.
  async function deleteArticle(id) {
    const tokenElement = document.getElementById('token')
    const token = tokenElement.dataset.token;
    const response = await fetch(`/api/delete/article/${id}?token=${token}`, { method: 'POST' })
    ...
  }

服务器对传递的 Token 信息增加验证，现在从第三方网站发起的请求，即便取到 Cookie，也很难取到 CSRF Token 值，进一步增强安全性。

// codingmay/app.js
app.post('/api/delete/article/:id', async (req, res) => {
  try {
    const decode = await jwt.verify(req.query.token, secretKey);
    console.log(decode);
  } catch (err) {
    console.error(err);
    return res.json({ code: 'ERROR' })
  }
  ...
});

Node.js 中有一个中间件 expressjs/csurf 也可用来预防 CSRF 攻击。

Reference

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