使用 SRI 增强 localStorage 代码安全

在上篇 介绍 Subresource Integrity（SRI）的文章最后，我提出一个问题：现在广泛被大家使用的「将 JS 代码缓存在本地 localStorage」方案有很大的安全隐患。网站出现任何 XSS，都有可能被用来篡改缓存在 localStorage 中的代码。之后即使 XSS 被修复，localStorage 中的代码依然是被篡改过的，持续发挥作用。本文接着讨论这个话题。

将 JS/CSS 代码缓存在本地的用途，本博客反复讲过，这里不再啰嗦。这个安全隐患的根源在于：大部分 Web 应用从 localStorage 中获取缓存代码后，没有任何检测机制，直接执行。而 localStorage 是跨页面的，同域下任何页面有 XSS 漏洞，就可以被攻击者用来往 localStorage 写入恶意代码。

以下几段示意代码，可以帮大家更清楚地看出问题所在：

  <!-- 首次访问 -->
<script id="code">/*一大段正常代码*/</script>

<script>html2ls('my_code', document.getElementById('code').innerHTML)</script>

<script>
function html2ls(ls_name, code) {
    localStorage[ls_name] = code;
}
</script>

  <!-- 第二次访问 -->
<script>ls2html('my_code')</script>

<script>
function ls2html(ls_name) {
    var script = document.createElement('script');
    script.innerHTML = localStorage[ls_name]; // 取到：/*一大段正常代码*/
    document.head.appendChild(script);
}
</script>

  <!-- 访问有 XSS 的页面 -->
<img src="" onerror="localStorage['my_code']+=';alert(0);'" />

  <!-- 第 N 次访问 -->
<script>ls2html('my_code')</script>

<script>
function ls2html(ls_name) {
    var script = document.createElement('script');
    script.innerHTML = localStorage[ls_name]; // 取到：/*一大段正常代码*/;alert(0)
    document.head.appendChild(script);
}
</script>

很多 Web 应用会使用 loader 来加载资源，如果 loader 里有从 localStorage 读取并执行代码的逻辑，也有相同的安全隐患，原理都一样。

要解决这个问题，很容易想到的方案是：在页面中输出缓存资源的摘要签名，并在 ls2html 函数中校验。但在浏览器中计算签名，需要额外引入一大段 JS。而为了让 ls2html 尽快可用（因为从 localStorage 中读取 CSS 也依赖于它），这段 JS 必须在页面最开头引入，这对页面性能影响很大。另外，自己实现的摘要算法，在处理大段文本时效率也不会太高。

在上篇文章中，我们知道了利用 SRI 策略，可以让浏览器自动计算外链资源的签名与内容是否匹配。不需要额外引入新的代码，浏览器内置的算法也会有更高的效率。

由于 SRI 只能作用于外链资源，还需要将从 localStorage 获取到的代码转为外链形式。有两个方案可以实现这一需求： data URIs 和 Blob URL。

将代码转为 data URIs 形式的外链并启用 SRI：

  var code = 'alert("hello world!");';

var script = document.createElement('script');
script.crossOrigin = 'anonymous';
script.integrity = 'sha256-0URT8NZXh/hI7oaypQXNjC07bwnLB52GAjvNiCaN7Gc=';
script.src = 'data:application/x-javascript,' + encodeURIComponent(code);

document.head.appendChild(script);

将代码转为 Blob URL 形式的外链并启用 SRI：

  var code = 'alert("hello world!");';

var blob = new Blob([code], {type: "application/x-javascript"});
var blobUrl = URL.createObjectURL(blob);

var script = document.createElement('script');
script.crossOrigin = 'anonymous';
script.integrity = 'sha256-0URT8NZXh/hI7oaypQXNjC07bwnLB52GAjvNiCaN7Gc=';
script.src = blobUrl;

document.head.appendChild(script);

分别在支持 SRI 的 Chrome 和 Firefox 中测试，结果如下：

测试用例	Chrome 46.0.2490.33 beta	Firefox 44.0a1 (2015-09-23)
data URIs（无 SRI）	正常执行	正常执行
Blob URL（无 SRI）	正常执行	正常执行
data URIs（SRI + 正确摘要）	CORS 报错	不执行、不报错
Blob URL（SRI + 正确摘要）	正常执行	不执行、不报错
data URIs（SRI + 错误摘要）	CORS 报错	不执行、不报错
Blob URL（SRI + 错误摘要）	Integrity 不匹配报错	不执行、不报错

上面的测试结果表明：

1. 没有 SRI 策略时，这两种方式都可以把字符串转为外链形式加载并执行；
2. Firefox 中，启用 SRI 后，data URIs 和 Blob URL 两种形式的外链都不执行；
3. Chrome 中，启用 SRI 后，data URIs 形式的外链始终会报 CORS 跨域错误；
4. Chrome 中，启用 SRI 后，Blob URL 形式的外链会校验 integrity 属性；

可以看到，最后一种情况是我想要的。改造前面的代码，在第二次访问时输出签名，并增加校验机制：

  <!-- 第二次访问 -->
<script>ls2html('my_code', 'sha256-xxxx')</script>

<script>
function ls2html(ls_name, integrity) {
    var script = document.createElement('script');
    var code = localStorage[ls_name];

    if (-1 == (navigator.userAgent || '').toLowerCase().indexOf('firefox') && window.URL && window.Blob) {
        var blob = new Blob([code], {type: "application/x-javascript"});
        var blobUrl = URL.createObjectURL(blob);

        script.crossOrigin = 'anonymous';
        script.integrity = integrity;
        script.src = blogUrl;

        script.onerror = function() { alert('localStorage 代码被修改！') };
    } else {
        script.innerHTML = code;
    }

    document.head.appendChild(script);
}
</script>

核心逻辑就是这样，细节上还有一些地方要考虑。例如如果启用了 CSP 策略，需要在 script-src 配置中加上 blob:。我的博客已经用上了本文这个 localStorage 代码安全增强方案。打开浏览器控制台，执行以下代码并刷新页面：

  localStorage.all_js += ';alert(0);'

如果你的浏览器是 Chrome 45+，会发现 alert(0) 并不会执行。我会检测出 localStorage 代码被修改，从而自动修复。

关于 Chrome 和 Firefox 实现上的差异，我咨询了 [email protected] 邮件组。得到的答复是 Chrome 符合预期。

在 NodeJS 中，计算符合 SRI 要求的 integrity 值很简单，使用 crypto 模块就可以：

  var crypto = require('crypto');

function getIntegrity(content, algorithm) {
    algorithm = algorithm || 'sha256';

    var result = algorithm + '-' + crypto
            .createHash(algorithm)
            .update(content)
            .digest("base64");

    return result;
}

最后，使用 Content Security Policy Level 2（CSP2）策略，也可以校验内联代码是否被修改过，支持度更好一些，但使用起来也更麻烦。这部分内容留给以后有时间再写。

本文链接： https://imququ.com/post/enhance-security-for-ls-code.html， 参与讨论

推荐： 领略前端技术 阅读奇舞周刊