实战：Express 模拟 CSRF 攻击

vlambda
2021-02-19

实战：Express 模拟 CSRF 攻击

// 每日前端夜话 第483篇
// 正文共：2400 字
// 预计阅读时间：10 分钟

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：

发生在第三方域名(hack.com)。
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：

阻止不同域的访问

同源检测。
Samesite Cookie。

提交时要求附加本域才能获取的信息。

添加 CSRF Token。
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.js
const 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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