XSS 前端防火墙-天衣无缝的防护

上一篇讲解了钩子程序的攻防实战,并实现了一套对框架页的监控方案,将防护作用到所有子页面。

到目前为止,我们防护的深度已经差不多,但广度还有所欠缺。

例如,我们的属性钩子只考虑了 setAttribute,却忽视还有类似的 setAttributeNode。尽管从来不用这方法,但并不意味人家不能使用。

例如,创建元素通常都是 createElement,事实上 createElementNS 同样也可以。甚至还可以利用现成的元素 cloneNode,也能达到目的。因此,这些都是边缘方法都是值得考虑的。

下面我们对之前讨论过的监控点,进行逐一审核。

内联事件执行 eval

在第一篇文章结尾谈到,在执行回调的时候,最好能监控 eval,setTimeout(‘…’) 这些能够解析代码的函数,以防止执行储存在其他地方的 XSS 代码。

先来列举下这类函数:

  • eval
  • setTimeout(String) / setInterval(String)
  • Function
  • execScript / setImmediate(String)

事实上,利用上一篇的钩子技术,完全可以把它们都监控起来。但现实并没有我们想象的那样简单。

eval 重写有问题吗

eval 不就是个函数,为什么不可以重写?

var raw_fn = window.eval;

window.eval = function(exp) {
    alert('执行eval: ' + exp);
    return raw_fn.apply(this, arguments);
};

console.log(eval('1+1'));

完全没问题啊。那是因为代码太简单了,下面这个 Demo 就可以看出山寨版 eval 的缺陷:

(function() {
    eval('var a=1');
})();

alert(typeof a);

按理说应该 undefined 才对,结果却是 number。局部变量都跑到全局上来了。这是什么情况?事实上,eval 并不是真正意义的函数,而是一个关键字!想了解详情请戳这里

Function 重写有意义吗

Function 是一个全局变量,重写 window.Function 理论上完全可行吧。

var raw_fn = window.Function;

window.Function = function() {
    alert('调用Function');
    return raw_fn.apply(this, arguments);
};

var add = Function('a', 'b', 'return a+b');
console.log( add(1, 2) );

重写确实可行。但现实却是不堪一击的:因为所有函数都是 Function 类的实例,所以访问任何一个函数的 constructor 即可得到原始的 Function。

例如 alert.constructor,就可以绕过我们的钩子。甚至可以用匿名函数:

(function(){}).constructor

所以,Function 是永远钩不住的。

额外的执行方法

就算不用这类函数,仍有相当多的办法执行字符串,例如:

  • 创建脚本,innerHTML = 代码
  • 创建脚本,路径 = data:代码
  • 创建框架,路径 = javascript:代码
  • ……

看来,想完全把类似 eval 的行为监控起来,是不现实的。不过作为预警,我们只监控 eval,setTimeout/Interval 也就足够了。

可疑模块拦截

第二篇谈了站外模块的拦截。之所以称之『模块』而不是『脚本』,并非只有脚本元素才具备执行能力。框架页、插件都是可以运行代码的。

可执行元素

我们列举下,能执行远程模块的元素:

  • 脚本
<script src="..." />
  • 框架
<iframe src="...">
<frame src="...">
  • 插件(Flash)
<embed src="...">
<object data="...">
<object><param name="moive|src" value="..."></object>
  • 插件(其他)
<applet codebase="...">

这些元素的路径属性,都应该作为排查的对象。

不过,有这么个元素的存在,可能导致我们的路径检测失效,它就是:

<base href="...">

它能重定义页面的相对路径,显然是不容忽视的。

事实上,除了使用元素来执行站外模块,还可以使用网络通信,获得站外的脚本代码,然后再调用 eval 执行:

AJAX

目前主流浏览器都支持跨域请求,只要服务端允许就可以。因此,我们需监控 XMLHttpRequest::open 方法。如果请求的是站外地址,就得做策略匹配。不通过则放弃向上调用,或者抛出一个异常,或者给 XHR 产生一个 400 状态。

WebSocket

WebSocket 和 XHR 类似,也能通过钩子的方法进行监控。

不过,值得注意的是,WebSocket 并非是个函数,而是一个类。因此,在返回实例的时候,别忘了将 constructor 改成自己的钩子,否则就会泄露原始接口

var raw_class = window.WebSocket;

window.WebSocket = function WebSocket(url, arg) {
    alert('WebSocket 请求:' + url);

    var ins = new raw_class(url, arg);
    // 切记
    ins.constructor = WebSocket;
    return ins;
};

var ws = new WebSocket('ws://127.0.0.1:1000');

另外,因为它是一个类,所以不要忽略了静态方法或属性:

  • WebSocket.CONNECTING
  • WebSocket.OPEN

因此,还需将它们拷贝到钩子上。

框架页消息

HTML5 赋予了框架页跨域通信的能力。如果没有为框架元素建立白名单的话,攻击者可以嵌入自己的框架页面,然后将 XSS 代码 postMessage 给主页面,通过 eval 执行。

不过为了安全考虑,HTML5 在消息事件里保存了来源地址,以识别消息是哪个页面发出的。

因为是个事件,我们可以使用第一篇文章里提到的方法,对其进行捕获。每当有消息收到时,可以根据策略,决定是否阻止该事件的传递。

// 我们的防御系统
(function() {
    window.addEventListener('message', function(e) {
        if (confirm('发现来自[' + e.origin + ']的消息:\n\n' + e.data + '\n\n是否拦截?')) {
            e.stopImmediatePropagation();
        }
    }, true);
})();


window.addEventListener('message', function(e) {
    alert('收到:' + e.data)
})
postMessage('hello', '*');
msg_hook

当然,如果配置了框架页的白名单,就能完全避免这回事了。所以这项防御可以选择性的开启。

事件源

HTML5 新增了一个叫 EventSource 的接口。不过其用法与 WebSocket 非常相似,因此可以使用类似的钩子进行防御。

到此,我们列举了各种能执行远程模块的方式。事实上,对其防御并不难,难的是收集这些监控点,做到滴水不漏。

API 钩子

对于动态创建的可执行模块,我们通过属性钩子,来监控其远程路径。

创建元素的方法

这一节是针对 Chrome 的,因为它不支持原生访问器。

  • createElement / createElementNS 无中生有
  • cloneNode 克隆现有
  • innerHTML / outerHTML 工厂创建

前两种,通过钩子程序很容易实现。

第三种,因为 inner/outerHTML 是元素的 property,而非 attribute。由于 Chrome 是无法获取原生访问器的,所以使用钩子会导致无法调用上级接口。

再者,inner/outerHTML 传进来的是字符串。标签和属性鱼龙混杂,解析字符串肯定是不靠谱的。所以还得先调用原生 innerHTML 批量构建出节点,然后再扫描其中的元素。而这个过程中,节点挂载事件已经触发了。

所以,无需考虑第三种情况。

你可能会有疑问,既然用节点挂载事件都能搞定,为什么还要前面的钩子?其实,在第二篇文章 里已经详细讨论了,动态创建的脚本没法被事件拦截,所以才用钩子。

而通过 innerHTML 产生的脚本,是不会执行的!这个大家都听说过吧。

修改属性的访问器

通过原型链的访问器钩子,可以直接监控特定元素的特定 property,完全不影响他人,所以效率非常高。刚才列举了可以执行远程模块的元素,这些元素的路径属性,都得进行重写访问器。

当然 Chrome 可以忽略这节。

修改属性的方法

开头也提到了,除了 setAttribute 外,使用 setAttributeNode 也能设置属性,甚至还有 setAttributeNS 版本的。

由于 setAttribute 是个经常调用的方法,因此钩子程序必须做足够的优化,将额外的检测消耗降到最低。

新页面环境

除了使用最简单的框架,其实还有其他可以获得新页面的途径。

弹窗

通过弹窗也能获得新页面环境,大家都知道。但是窗口关闭,也随之销毁了,难道还能使用吗?不妨测试一下:

<style> .aa { color: red }</style>
<button id="btn">POPUP</button>
<script>
    btn.onclick = function() {
        var win = window.open();
        var raw_fn = win.Element.prototype.setAttribute;

        win.close();

        setTimeout(function() {
            console.log(raw_fn);
            raw_fn.call(btn, 'class', 'aa');
        }, 1000);
    };
</script>

尽管会有瞬间的闪动,但从新窗口里获取的变量确实被保留下来了,并且依然起作用。因为我们引用着它,所以即使窗口关闭,仍然不会对其内存回收的。

现实中,可以把点击事件绑在 document 上,这样用户随便点哪里都能触发,以此获得纯净的环境。

因此,我们还得把弹窗函数,也通过钩子保护起来。

除了最常用的 window.open,其实还有:

  • showModalDialog
  • showModelessDialog

opener

如果当前网页是从其他页面点击打开的,无论是弹窗还是超链接,window.opener 都记录着来源页的环境。

如果是来源页和自己又是同源站点,甚至还能访问到来源页里面的变量。

这种情况相当常见。例如从帖子列表页,点开一个帖子详情页,那么详情页是完全可以操控列表页的。

要解决这个问题也不难,直接给 window.opener 注入防护程序不就可以了,就像对待新出现的框架页那样。

但是,window.opener 可能也有自己的 opener,一层层递归上去或许有很多。每个页面也许又有自己的框架页,因此防护 window.opener 可能会执行非常多的代码。如果在初始化时就进行,或许会有性能问题。

事实上,这个冷门的属性几乎不怎么用到。所以不如做个延时策略:只有第一次访问 opener 的时候,才对其进行防护。

我们将 window.opener 进行重写,把它变成一个 getter 访问器:

var raw_opener = window.opener;
var scanned;

window.__defineGetter__('opener', function() {
    if (!scanned) {
        installHook(raw_opener);
        scanned = true;
    }
    return raw_opener;
});

这样,只要不访问 opener,就不会触发对它的防护,做到真正按需执行。

后记

关于防护监控点,也没有一个完整的答案,能想到多少算多少,以后可以慢慢补充。

但是,装了那么多的钩子及事件,对页面的性能影响有多大呢?

所以,我们还得开发一个测试控制台,来跟踪这套系统。看看监控全开时,会对页面产生多大影响。

来源自:http://fex.baidu.com/blog/2014/06/xss-frontend-firewall-4/

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