实战：Express 模拟 CSRF 攻击

CSRF攻击 是前端领域常见的安全问题，概念方面不再赘述，可以参考维基百科。对于这些概念，包括名词定义、攻击方式、解决方案等估计大家都看过不少，但留下印象总是很模糊，要动手操作一番才能加深印象并能真正理解，所以我决定动手实现一个 CSRF 的攻击场景，并通过演示的方式讲解 CSRF 的防范手段。

  • CSRF 攻击流程
  • CSRF 模拟攻击
  • CSRF 防范方法

CSRF 攻击流程

假设用户先通过 bank.com/auth 访问银行网站A的授权接口，通过认证后拿到A返回的 cookie: userId=ce032b305a9bc1ce0b0dd2a，接着携带 cookie 访问 bank.com/transfer?number=15000&to=Bob 银行A的转账接口转给Bob 15000元，然后A返回 success 表示转账成功。

钓鱼网站B(hack.com)通过邮件或者广告等方式引诱小明访问，并返回给小明恶意的 HTML 攻击代码，HTML 中会包含发往银行A的敏感操作：bank.com/transfer?number=150000&to=Jack ，此时浏览器会携带A的 cookie 发送请求，A拿到请求后，只通过 cookie 判断是个合法操作，于是在小明不知情的情况下，账户里150000元被转给了Jack，即恶意攻击者。

这样就完成了一次基本的 CSRF 攻击。

CSRF 攻击流程图如下：

如果现在看不懂没关系，可以看完演示再回头看此图就会恍然大悟了。

CSRF 模拟攻击

首先通过 express 搭建后端，以模拟 CSRF 攻击。

启动银行 A 的服务器，端口 3001，包含 3 个接口：

app.use('/', indexRouter);
app.use('/auth', authRouter);
app.use('/transfer', transferRouter);

authRouter:

router.get('/', function(req, res, next) {  res.cookie('userId', 'ce032b305a9bc1ce0b0dd2a', { expires: new Date(Date.now() + 900000) })  res.end('ok')});

transferRouter：

router.get('/', function(req, res, next) {
  const { query } = req;
  const { userId } = req.cookies;
  if(userId){
    res.send({
      status: 'transfer success',
      transfer: query.number
    })
  }else{
    res.send({
      status: 'error',
      transfer: ''
    })
  }
});

使用 ejs 提供银行转账页面：

<!DOCTYPE html><html lang='en'>

<head>  <meta charset='UTF-8'>  <meta name='viewport' content='width=device-width, initial-scale=1.0'>  <title>    <%= title %>  </title></head>

<body>  <h2>    转账  </h2>  <script>    const h2 = document.querySelector('h2');    h2.addEventListener('click', () => {      fetch('/transfer?number=15000&to=Bob').then(res => {        console.log(res.json());      })    })  </script></body>

</html>

假设钓鱼网站 B 提供的恶意代码为：

<!DOCTYPE html>
<html lang='en'>

<head>
  <meta charset='UTF-8'>
  <meta name='viewport' content='width=device-width, initial-scale=1.0'>
  <title>Document</title>
</head>

<body>

<div class='wrapper'>
  <iframe src='http://bank.com/transfer?number=150000&to=Jack' frameborder='0'></iframe>
</div>
  <script>

</script>
</body>
</html>

并将其启动在3002端口，再通过 Whistle 进行域名映射，因为两者都是 Localhost 域名，而 Cookie 不区分端口，所以需要区分域名。

首先打开 Firefox 浏览器(暂时不用 Chrome )，访问银行 A 的 /auth获得授权：

然后通过点击转账按钮发送请求 http://bank.com/transfer?number=15000&to=Bob 进行转账操作：

用户收到诱惑进入了 hack 网站，hack 网站首页有一个发往银行A的请求 http://bank.com/transfer?number=150000&to=Jack ,这个请求可以放在 iframe、img、script 等的 src 里面。

可以看到请求携带 cookie，并成功转账，这样一次 CSRF 攻击就完成了。当然这是一次简单的 GET 请求的攻击，POST 请求攻击可以通过自动提交表单实现，比如：

<form action='bank.com/transfer' method=POST>    <input type='hidden' name='number' value='150000' />    <input type='hidden' name='to' value='Jack' /></form><script> document.forms[0].submit(); </script>

从上面可以看出，CSRF 攻击主要特点是：

  1. 发生在第三方域名(hack.com)。
  2. 攻击者只能使用 cookie 而拿不到具体的 cookie。

针对以上特点，我们就能进行对应的防范了。

CSRF 防范方法

CSRF 防范方法通常有以下几种：

  1. 阻止不同域的访问
    1. 同源检测。
    2. Samesite Cookie。
  2. 提交时要求附加本域才能获取的信息。
    1. 添加 CSRF Token。
    2. 双重 Cookie验证。

同源检测 - 通过 Origin 和 Referer 确定来源域名

针对第一个特点进行域名检查，HTTP 请求时会携带这两个 Header，用于标记来源域名，如果请求来源不是本域，直接进行拦截。

但是这两个 Header 也是可以不携带的，所以我们的策略是校验如果两个 Header 不存在或者存在但不是本域则阻拦。

修改 transferRouter 代码如下：

const csrfGuard = require('../middleware/csrfGuard')
/* GET users listing. */
router.get('/', csrfGuard, function(req, res, next) {
  const { query } = req;
  const { userId } = req.cookies;
  if(userId){
    res.send({
      status: 'transfer success',
      transfer: query.number
    })
  }else{
    next()
  }
});
router.get('/', function(req, res, next) {
  res.send({
    status: 'error',
    transfer: ''
  })
});

csrfGuard.js:

module.exports = function(req, res, next){  const [Referer, Origin] = [req.get('Referer'), req.get('Origin')]  if(Referer && Referer.indexOf('bank.com') > 0){    next();  }  else if(Origin && Origin.indexOf('bank.com') > 0){    next();  }else{    next('route')  }}

验证：

Samesite Cookie

在敏感 cookie 上携带属性 Samesite：Strict 或 Lax，可以避免在第三方不同域网站上携带 cookie，具体原因可以参考阮一峰老师的Cookie 的 SameSite 属性。

// authRouter.js
router.get('/', function(req, res, next) {
  res
  .cookie('userId', 'ce032b305a9bc1ce0b0dd2a', { expires: new Date(Date.now() + 900000), sameSite: 'lax' })
  res.end('ok')
});

查看 bank.com cookie:

再次访问 hack.com，发现转账链接并未携带 cookie：

这样就达到了防范的目的，兼容性 目前来看还可以，虽然没有达到完美覆盖，但大部分浏览器也都支持了

PS: 前面之所以没有使用 Chrome 浏览器做实验，是因为从 Chrome 80 版本起，Samesite 被默认设置为了 Lax，而 Firefox 仍然为 None。

添加 CSRF Token

首先服务器生成一个动态的 token，传给用户，用户再次提交或者请求敏感操作时，携带此 token，服务端校验通过才返回正确结果。

改写 indexRouter，使其返回 token 给页面：

var express = require('express');var router = express.Router();const jwt = require('jsonwebtoken');

router.get('/', function (req, res, next) {    res.render('index', { title: 'Express', token: jwt.sign({      username: 'ming'    }, 'key', {      expiresIn: '1d'    }) });});

module.exports = router;

前端页面：

// index.ejs
<body>
  <h2>
    转账
  </h2>
  <span id='token' data-token=<%= token %>></span>
  <script>
    const h2 = document.querySelector('h2');
    const tokenElem = document.querySelector('#token');
    const token = tokenElem.dataset.token;
    h2.addEventListener('click', () => {
      fetch('/transfer?number=15000&to=Bob&token=' + token).then(res=>{
        console.log(res.json());
      })
    })
  </script>
</body>

将 transferRouter 的验证中间件改成 token 验证：

const tokenVerify = require('../middleware/tokenVerify')

router.get('/', tokenVerify, function(req, res, next) {  const { query } = req;  const { userId } = req.cookies;  if(userId){    res.send({      status: 'transfer success',      transfer: query.number    })  }else{    next()  }});

JWT 验证：

const jwt = require('jsonwebtoken');

module.exports = function(req, res, next){
  const { token } = req.query;
  jwt.verify(token,'key', (err, decode)=> {
    if(err){
      next('route')
    }else{
      console.log(decode);
      next()
    }
  })
}

携带 token 正常访问成功：

钓鱼网站拿不到 token 所以攻击失败：

以上为加深理解而写的代码，而在生产环境中，node 可以使用 csurf中间件来防御 csrf 攻击

双重Cookie验证

设置一个专用 cookie，因为攻击者拿不到 cookie，所以将 cookie 种到域名的同时，访问敏感操作也需要携带，攻击者带不上 cookie，就达到了防范的目的。

// authRouter.jsconst randomString = require('random-string');/* GET users listing. */router.get('/', function(req, res, next) {  res  .cookie('userId', 'ce032b305a9bc1ce0b0dd2a', { expires: new Date(Date.now() + 900000) })  .cookie('csrfcookie', randomString(), { expires: new Date(Date.now() + 900000) })  res.end('ok')});

bank.com 银行转账页面：

  <script>
    const h2 = document.querySelector('h2');
    const csrfcookie = getCookie('csrfcookie')
    h2.addEventListener('click', () => {
      fetch('/transfer?number=15000&to=Bob&csrfcookie=' + csrfcookie).then(res => {
        console.log(res.json());
      })
    })
  </script>

验证中间件：

// doubleCookie.js module.exports = function(req, res, next){  const queryCsrfCookie = req.query.csrfcookie  const realCsrfCookie = req.cookies.csrfcookie;  console.log(queryCsrfCookie, realCsrfCookie);  if(queryCsrfCookie === realCsrfCookie){    next()  }else{    next('route')  }}

银行 bank.com:

而 hack.com 拿不到 csrfcookie 所以验证不通过。

这个方法也是很有效的，比如请求库 axios 就是用的这种方式。

总结

到这里大家是不是已经明白了 CSRF 攻击的原因所在，并可以提出针对性的解决方案了呢，防范关键其实就是防止其他人冒充你去做只有你能做的敏感操作，与此同时希望大家对于这类抽象性的问题可以自己动手敲一下，模拟一遍，用造重复轮子的方法去理解，动手比动眼管用的多。

以上过程和代码仅仅为帮助学习并做演示使用，如果用于生产力还是需要更成熟的解决方案。

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