XSS前端防火墙【1】——内联事件拦截

关于 XSS 怎样形成、如何注入、能做什么、如何防范,前人已有无数的探讨,这里就不再累述了。本文介绍的则是另一种预防思路。

几乎每篇谈论 XSS 的文章,结尾多少都会提到如何防止,然而大多万变不离其宗。要转义什么,要过滤什么,不要忘了什么之类的。尽管都是众所周知的道理,但 XSS 漏洞十几年来几乎从未中断过,不乏一些大网站也时常爆出,小网站更是家常便饭。

预警系统

事实上,至今仍未有一劳永逸的解决方案,要避免它依旧使用最古老的土办法,逐个的过滤。然而人总有疏忽的时候,每当产品迭代更新时,难免会遗漏一些新字段,导致漏洞被引入。

即使圣人千虑也有一失,程序出 BUG 完全可以理解,及时修复就行。但令人费解的是,问题出现到被发现,却要经过相当长的时间。例如不久前贴吧 XSS 蠕虫脚本,直到大规模爆发后经用户举报,最终才得知。其他网站大多也类似,直到白帽子们挖掘出漏洞,提交到安全平台上,最终厂商才被告知。若遇到黑客私下留着这些漏洞慢慢利用,那只能听天由命了。

因此,要是能有一套实时的预警系统,那就更好了。即使无法阻止漏洞的发生,但能在漏洞触发的第一时间里,通知开发人员,即可在最短的时间里修复,将损失降到最低。各式各样的应用层防火墙,也由此产生。

不过,和传统的系统漏洞不同,XSS 最终是在用户页面中触发的。因此,我们不妨尝试使用前端的思路,进行在线防御。

DOM 储存型 XSS

先来假设一个有 BUG 的后台,没有很好处理用户输入的数据,导致 XSS 能被注入到页面:

只转义尖括号,却忘了引号,是 XSS 里最为常见的。攻击者们可以提前关闭属性,并添加一个极易触发的内联事件,跨站脚本就这样被轻易执行了。

那么,我们能否使用前端脚本来捕获,甚至拦截呢?

被动扫描

最简单的办法,就是把页面里所有元素都扫描一遍,检测那些 on 开头的内联属性,看看是不是存在异常:

例如字符数非常多,正常情况下这是很少出现的,但 XSS 为了躲避转义有时会编码的很长;例如出现一些 XSS 经常使用的关键字,但在实际产品里几乎不会用到的。这些都可以作为漏洞出现的征兆,通知给开发人员。

不过,土办法终究存在很大的局限性。在如今清一色的 AJAX 时代,页面元素从来都不是固定的。伴随着用户各种交互,新内容随时都可能动态添加进来。即使换成定期扫描一次,XSS 也可能在定时器的间隔中触发,并销毁自己,那样永远都无法跟踪到了。况且,频繁的扫描对性能影响也是巨大的。

如同早期的安全软件一样,每隔几秒扫描一次注册表启动项,不仅费性能,而且对恶意软件几乎不起作用;但之后的主动防御系统就不同了,只有在真正调用 API 时才进行分析,不通过则直接拦截,完全避免了定时器的间隔遗漏。

因此,我们需要这种类似的延时策略 —— 仅在 XSS 即将触发时对其分析,对不符合策略的元素,进行拦截或者放行,同时发送报警到后台日志。

主动防御

『主动防御』,这概念放在前端脚本里似乎有些玄乎。但不难发现,这仅仅是执行优先级的事而已 —— 只要防御程序能运行在其他程序之前,我们就有了可进可退的主动权。对于无比强大的 HTML5 和灵活多变的 JavaScript,这些概念都可以被玩转出来。

继续回到刚才讨论的内联事件 XSS 上来。浏览器虽然没提供可操控内联事件的接口,但内联事件的本质仍是一个事件,无论怎样变化都离不开 DOM 事件模型。

扯到模型上面,一切即将迎刃而解。模型是解决问题的最靠谱的办法,尤其是像 DOM-3-Event 这种早已制定的模型,其稳定性毋庸置疑。

即便没仔细阅读官方文档,但凡做过网页的都知道,有个 addEventListener 的接口,并取代了曾经一个古老的叫 attachEvent 的东西。尽管只是新增了一个参数而已,但正是这个差别成了人们津津乐道的话题。每当面试谈到事件时,总少不了考察下这个新参数的用途。尽管在日常开发中很少用到它。

01

关于事件捕获和冒泡的细节,就不多讨论了。下面的这段代码,或许能激发你对『主动防御』的遐想。

尽管按钮上直接绑了一个内联的事件,但事件模型并不买账,仍然得按标准的流程走一遍。capture,target,bubble,模型就是那样固执。

不过,把那行注释的代码恢复,结果就只剩 capture 了。这个简单的道理大家都明白,也没什么好解释的。

但仔细揣摩下,这不就是『主动防御』的概念吗?捕获程序运行在内联事件触发之前,并且完全有能力拦截之后的调用。

上面的 Demo 只是不假思索拦截了所有的事件。如果我们再加一些策略判断,或许就更明朗了:

我们先在捕获阶段扫描内联事件字符,若是出现了『xss』这个关键字,后续的事件就被拦截了;换成其他字符,仍然继续执行。同理,我们还可以判断字符长度是否过多,以及更详细的黑白名单正则。

怎么样,一个主动防御的原型诞生了吧。

不过,上面的片段还有个小问题,就是把事件的冒泡过程也给屏蔽了,而我们仅仅想拦截内联事件而已。解决办法也很简单,把 e.stopImmediatePropagation() 换成 element.onclick = null 就可以了。

当然,目前这只能防护 onclick,而现实中有太多的内联事件。鼠标、键盘、触屏、网络状态等等,不同浏览器支持的事件也不一样,甚至还有私有事件,难道都要事先逐一列出并且都捕获吗?是的,可以都捕获,但不必事先都列出来。

因为我们监听的是 document 对象,浏览器所有内联事件都对应着 document.onxxx 的属性,因此只需运行时遍历一下 document 对象,即可获得所有的事件名。

现在,无论页面中哪个元素触发哪个内联事件,都能预先被我们捕获,并根据策略可进可退了。

性能优化

或许有些事件没有必要捕获,例如视频播放、音量调节等,但就算全都捕捉也耗不了多少时间,基本都在 1ms 左右。

当然,注册事件本来就花不了多少时间,真正的耗费都算在回调上了。尽管大多数事件触发都不频繁,额外的扫描可以忽律不计。但和鼠标移动相关的事件那就不容忽视了,因此得考虑性能优化。

显然,内联事件代码在运行过程中几乎不可能发生变化。使用内联事件大多为了简单,如果还要在运行时 setAttribute 去改变内联代码,完全就是不可理喻的。因此,我们只需对某个元素的特定事件,扫描一次就可以了。之后根据标志,即可直接跳过。

这样,之后的扫描仅仅是判断一下目标对象中的标记而已。即使疯狂晃动鼠标,CPU 使用率也都忽略不计了。

到此,在 XSS 内联事件这块,我们已实现主动防御。

对于有着大量字符,或者出现类似 String.fromCharCode,$.getScript 这类典型 XSS 代码的,完全可以将其拦截;发现有 alert(/xss/),alert(123) 这些测试代码,可以暂时放行,并将日志发送到后台,确定是否能够复现。

如果复现,说明已有人发现 XSS 并成功注入了,但还没大规模开始利用。程序猿们赶紧第一时间修 BUG 吧,让黑客忙活一阵子后发现漏洞已经修复了:)

字符策略的缺陷

但是,光靠代码字符串来判断,还是会有疏漏的。尤其是黑客们知道有这么个玩意存在,会更加小心了。把代码转义用以躲避关键字,并将字符存储在其他地方,以躲过长度检测,即可完全绕过我们的监控了:

因此,我们不仅需要分析关键字。在回调执行时,还需监控 eval、setTimeout(‘…’) 等这类能解析代码的函数被调用。

不过,通常不会注入太多的代码,而是直接引入一个外部脚本,既简单又靠谱,并且能实时修改攻击内容:

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