CSRF 是什么?
跨站请求伪造(英语:Cross-site request forgery),也被称为 one-click attack 或者 session riding,通常缩写为 CSRF 或者 XSRF, 是一种挟制用户在当前已登录的Web应用程序上执行非本意的操作的攻击方法。
跟跨网站脚本(XSS)相比,XSS 利用的是用户对指定网站的信任,CSRF 利用的是网站对用户网页浏览器的信任。
攻击细节
跨站请求攻击,简单地说,是攻击者通过一些技术手段欺骗用户的浏览器去访问一个自己曾经认证过的网站并运行一些操作(如发邮件,发消息,甚至财产操作如转账和购买商品)。
由于浏览器曾经认证过,所以被访问的网站会认为是真正的用户操作而去运行。这利用了web中用户身份验证的一个漏洞:
简单的身份验证只能保证请求发自某个用户的浏览器,却不能保证请求本身是用户自愿发出的。
典型攻击流程
一个典型的CSRF攻击有着如下的流程:
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受害者登录a.com,并保留了登录凭证(Cookie)。
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攻击者引诱受害者访问了b.com。
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b.com 向 a.com 发送了一个请求:a.com/act=xx。浏览器会…
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a.com接收到请求后,对请求进行验证,并确认是受害者的凭证,误以为是受害者自己发送的请求。a.com以受害者的名义执行了act=xx。
攻击完成,攻击者在受害者不知情的情况下,冒充受害者,让a.com执行了自己定义的操作
例子
假如一家银行用以运行转账操作的URL地址如下: https://bank.example.com/withdraw?account=AccoutName&amount=1000&for=PayeeName
那么,一个恶意攻击者可以在另一个网站上放置如下代码: <img src="https://bank.example.com/withdraw?account=Alice&amount=1000&for=Badman" />
如果有账户名为Alice的用户访问了恶意站点,而她之前刚访问过银行不久,登录信息尚未过期,那么她就会损失1000资金。
这种恶意的网址可以有很多种形式,藏身于网页中的许多地方。此外,攻击者也不需要控制放置恶意网址的网站。例如他可以将这种地址藏在论坛,博客等任何用户生成内容的网站中。这意味着如果服务端没有合适的防御措施的话,用户即使访问熟悉的可信网站也有受攻击的危险。
透过例子能够看出,攻击者并不能通过CSRF攻击来直接获取用户的账户控制权,也不能直接窃取用户的任何信息。他们能做到的,是欺骗用户的浏览器,让其以用户的名义运行操作。
防御措施
令牌同步模式
令牌同步模式(英语:Synchronizer token pattern,简称STP)。
原理是:当用户发送请求时,服务器端应用将令牌(英语:token,一个保密且唯一的值)嵌入HTML表格,并发送给客户端。
客户端提交HTML表格时候,会将令牌发送到服务端,令牌的验证是由服务端实行的。令牌可以通过任何方式生成,只要确保随机性和唯一性(如:使用随机种子【英语:random seed】的哈希链 )。这样确保攻击者发送请求时候,由于没有该令牌而无法通过验证。
ps: 这个原理和防重复提交,如出一辙。
STP能很好在HTML下运行,但导致的是服务端的复杂度升高,复杂度源于令牌的生成和验证。
因为令牌是唯一且随机,如果每个表格都使用一个唯一的令牌,那么当页面过多时,服务器由于生产令牌而导致的负担也会增加。而使用会话(英语:session)等级的令牌代替的话,服务器的负担将没有那么重。
检查 Referer 字段
HTTP头中有一个Referer字段,这个字段用以标明请求来源于哪个地址。
在处理敏感数据请求时,通常来说,Referer字段应和请求的地址位于同一域名下。以上文银行操作为例,Referer字段地址通常应该是转账按钮所在的网页地址,应该也位于bank.example.com之下。
而如果是CSRF攻击传来的请求,Referer字段会是包含恶意网址的地址,不会位于bank.example.com之下,这时候服务器就能识别出恶意的访问。
这种办法简单易行,工作量低,仅需要在关键访问处增加一步校验。
但这种办法也有其局限性,因其完全依赖浏览器发送正确的Referer字段。虽然http协议对此字段的内容有明确的规定,但并无法保证来访的浏览器的具体实现,亦无法保证浏览器没有安全漏洞影响到此字段。
并且也存在攻击者攻击某些浏览器,篡改其Referer字段的可能。
添加校验 token
由于CSRF的本质在于攻击者欺骗用户去访问自己设置的地址,所以如果要求在访问敏感数据请求时,要求用户浏览器提供不保存在cookie中,并且攻击者无法伪造的数据作为校验,那么攻击者就无法再运行CSRF攻击。
这种数据通常是窗体中的一个数据项。服务器将其生成并附加在窗体中,其内容是一个伪随机数。当客户端通过窗体提交请求时,这个伪随机数也一并提交上去以供校验。
正常的访问时,客户端浏览器能够正确得到并传回这个伪随机数,而通过CSRF传来的欺骗性攻击中,攻击者无从事先得知这个伪随机数的值,服务端就会因为校验token的值为空或者错误,拒绝这个可疑请求。
当然上面是比较粗略的实现方式,下面让我们一起学习下美团写的比较详细的一篇文章。
防护策略
CSRF通常从第三方网站发起,被攻击的网站无法防止攻击发生,只能通过增强自己网站针对CSRF的防护能力来提升安全性。
上文中讲了CSRF的两个特点:
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CSRF(通常)发生在第三方域名。
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CSRF攻击者不能获取到Cookie等信息,只是使用。
针对这两点,我们可以专门制定防护策略,如下:
(1)阻止不明外域的访问
同源检测
Samesite Cookie
(2)提交时要求附加本域才能获取的信息
CSRF Token
双重Cookie验证
以下我们对各种防护方法做详细说明:
同源检测
既然CSRF大多来自第三方网站,那么我们就直接禁止外域(或者不受信任的域名)对我们发起请求。
那么问题来了,我们如何判断请求是否来自外域呢?
在HTTP协议中,每一个异步请求都会携带两个Header,用于标记来源域名:
Origin Header
Referer Header
这两个Header在浏览器发起请求时,大多数情况会自动带上,并且不能由前端自定义内容。
服务器可以通过解析这两个 Header 中的域名,确定请求的来源域。
使用Origin Header确定来源域名
在部分与CSRF有关的请求中,请求的Header中会携带Origin字段。字段内包含请求的域名(不包含path及query)。
如果Origin存在,那么直接使用Origin中的字段确认来源域名就可以。
但是Origin在以下两种情况下并不存在:
- IE11同源策略
IE 11 不会在跨站CORS请求上添加Origin标头,Referer头将仍然是唯一的标识。最根本原因是因为IE 11对同源的定义和其他浏览器有不同,有两个主要的区别,可以参考 MDN Same-origin_policy#IE_Exceptions
- 302重定向
在302重定向之后Origin不包含在重定向的请求中,因为Origin可能会被认为是其他来源的敏感信息。
对于302重定向的情况来说都是定向到新的服务器上的URL,因此浏览器不想将Origin泄漏到新的服务器上。
使用Referer Header确定来源域名
根据HTTP协议,在HTTP头中有一个字段叫Referer,记录了该HTTP请求的来源地址。
对于Ajax请求,图片和script等资源请求,Referer为发起请求的页面地址。对于页面跳转,Referer为打开页面历史记录的前一个页面地址。因此我们使用Referer中链接的Origin部分可以得知请求的来源域名。
这种方法并非万无一失,Referer的值是由浏览器提供的,虽然HTTP协议上有明确的要求,但是每个浏览器对于Referer的具体实现可能有差别,并不能保证浏览器自身没有安全漏洞。使用验证 Referer 值的方法,就是把安全性都依赖于第三方(即浏览器)来保障,从理论上来讲,这样并不是很安全。在部分情况下,攻击者可以隐藏,甚至修改自己请求的Referer。
2014年,W3C的Web应用安全工作组发布了Referrer Policy草案,对浏览器该如何发送Referer做了详细的规定。截止现在新版浏览器大部分已经支持了这份草案,我们终于可以灵活地控制自己网站的Referer策略了。
新版的Referrer Policy规定了五种Referer策略:No Referrer、No Referrer When Downgrade、Origin Only、Origin When Cross-origin、和 Unsafe URL。
之前就存在的三种策略:never、default和always,在新标准里换了个名称。
他们的对应关系如下:
策略名称 | 属性值(新) | 属性值(旧) |
---|---|---|
No Referrer | no-Referrer | never |
No Referrer When Downgrade | no-Referrer-when-downgrade | default |
Origin Only | (same or strict) origin | origin |
Origin When Cross Origin | (strict) origin-when-crossorigin | - |
Unsafe URL | unsafe-url | always |
根据上面的表格因此需要把Referrer Policy的策略设置成same-origin,对于同源的链接和引用,会发送Referer,referer值为Host不带Path;跨域访问则不携带Referer。
例如:aaa.com引用bbb.com的资源,不会发送Referer。
设置Referrer Policy的方法有三种:
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在CSP设置
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页面头部增加meta标签
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a标签增加referrerpolicy属性
上面说的这些比较多,但我们可以知道一个问题:攻击者可以在自己的请求中隐藏Referer。
如果攻击者将自己的请求这样填写:
<img src="http://bank.example/withdraw?amount=10000&for=hacker" referrerpolicy="no-referrer">
那么这个请求发起的攻击将不携带Referer。
另外在以下情况下Referer没有或者不可信:
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IE6、7下使用window.location.href=url进行界面的跳转,会丢失Referer。
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IE6、7下使用window.open,也会缺失Referer。
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HTTPS页面跳转到HTTP页面,所有浏览器Referer都丢失。
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点击Flash上到达另外一个网站的时候,Referer的情况就比较杂乱,不太可信。
无法确认来源域名情况
当Origin和Referer头文件不存在时该怎么办?
如果Origin和Referer都不存在,建议直接进行阻止,特别是如果您没有使用随机CSRF Token(参考下方)作为第二次检查。
如何阻止外域请求
通过Header的验证,我们可以知道发起请求的来源域名,这些来源域名可能是网站本域,或者子域名,或者有授权的第三方域名,又或者来自不可信的未知域名。
我们已经知道了请求域名是否是来自不可信的域名,我们直接阻止掉这些的请求,就能防御CSRF攻击了吗?
且慢!当一个请求是页面请求(比如网站的主页),而来源是搜索引擎的链接(例如百度的搜索结果),也会被当成疑似CSRF攻击。
所以在判断的时候需要过滤掉页面请求情况,通常Header符合以下情况:
Accept: text/html
Method: GET
但相应的,页面请求就暴露在了CSRF的攻击范围之中。如果你的网站中,在页面的GET请求中对当前用户做了什么操作的话,防范就失效了。
例如,下面的页面请求:
GET https://example.com/addComment?comment=XXX&dest=orderId
注:这种严格来说并不一定存在CSRF攻击的风险,但仍然有很多网站经常把主文档GET请求挂上参数来实现产品功能,但是这样做对于自身来说是存在安全风险的。
另外,前面说过,CSRF大多数情况下来自第三方域名,但并不能排除本域发起。
如果攻击者有权限在本域发布评论(含链接、图片等,统称UGC),那么它可以直接在本域发起攻击,这种情况下同源策略无法达到防护的作用。
综上所述:同源验证是一个相对简单的防范方法,能够防范绝大多数的CSRF攻击。但这并不是万无一失的,对于安全性要求较高,或者有较多用户输入内容的网站,我们就要对关键的接口做额外的防护措施。
CSRF Token
前面讲到CSRF的另一个特征是,攻击者无法直接窃取到用户的信息(Cookie,Header,网站内容等),仅仅是冒用Cookie中的信息。
而CSRF攻击之所以能够成功,是因为服务器误把攻击者发送的请求当成了用户自己的请求。
那么我们可以要求所有的用户请求都携带一个CSRF攻击者无法获取到的Token。服务器通过校验请求是否携带正确的Token,来把正常的请求和攻击的请求区分开,也可以防范CSRF的攻击。
原理
CSRF Token的防护策略分为三个步骤:
(1)将CSRF Token输出到页面中
首先,用户打开页面的时候,服务器需要给这个用户生成一个Token,该Token通过加密算法对数据进行加密,一般Token都包括随机字符串和时间戳的组合,显然在提交时Token不能再放在Cookie中了,否则又会被攻击者冒用。
因此,为了安全起见Token最好还是存在服务器的Session中,之后在每次页面加载时,使用JS遍历整个DOM树,对于DOM中所有的a和form标签后加入Token。
这样可以解决大部分的请求,但是对于在页面加载之后动态生成的HTML代码,这种方法就没有作用,还需要程序员在编码时手动添加Token。
(2)页面提交的请求携带这个Token
对于GET请求,Token将附在请求地址之后,这样URL 就变成 http://url?csrftoken=tokenvalue。
而对于 POST 请求来说,要在 form 的最后加上:
<input type=”hidden” name=”csrftoken” value=”tokenvalue”/>
这样,就把Token以参数的形式加入请求了。
(3)服务器验证Token是否正确
当用户从客户端得到了Token,再次提交给服务器的时候,服务器需要判断Token的有效性,验证过程是先解密Token,对比加密字符串以及时间戳,如果加密字符串一致且时间未过期,那么这个Token就是有效的。
这种方法要比之前检查Referer或者Origin要安全一些,Token可以在产生并放于Session之中,然后在每次请求时把Token从Session中拿出,与请求中的Token进行比对,但这种方法的比较麻烦的在于如何把Token以参数的形式加入请求。
java 实现 CSRF token 校验
下面将以Java为例,介绍一些CSRF Token的服务端校验逻辑,代码如下:
HttpServletRequest req = (HttpServletRequest)request;
HttpSession s = req.getSession();
// 从 session 中得到 csrftoken 属性
String sToken = (String)s.getAttribute("csrftoken");
if(sToken == null){
// 产生新的 token 放入 session 中
sToken = generateToken();
s.setAttribute("csrftoken",sToken);
chain.doFilter(request, response);
} else{
// 从 HTTP 头中取得 csrftoken
String xhrToken = req.getHeader("csrftoken");
// 从请求参数中取得 csrftoken
String pToken = req.getParameter("csrftoken");
if(sToken != null && xhrToken != null && sToken.equals(xhrToken)){
chain.doFilter(request, response);
}else if(sToken != null && pToken != null && sToken.equals(pToken)){
chain.doFilter(request, response);
}else{
request.getRequestDispatcher("error.jsp").forward(request,response);
}
}
这个Token的值必须是随机生成的,这样它就不会被攻击者猜到,考虑利用Java应用程序的java.security.SecureRandom类来生成足够长的随机标记,替代生成算法包括使用256位BASE64编码哈希,选择这种生成算法的开发人员必须确保在散列数据中使用随机性和唯一性来生成随机标识。
通常,开发人员只需为当前会话生成一次Token。
在初始生成此Token之后,该值将存储在会话中,并用于每个后续请求,直到会话过期。
当最终用户发出请求时,服务器端必须验证请求中Token的存在性和有效性,与会话中找到的Token相比较。
如果在请求中找不到Token,或者提供的值与会话中的值不匹配,则应中止请求,应重置Token并将事件记录为正在进行的潜在CSRF攻击。
分布式校验
在大型网站中,使用Session存储CSRF Token会带来很大的压力。访问单台服务器session是同一个。
但是现在的大型网站中,我们的服务器通常不止一台,可能是几十台甚至几百台之多,甚至多个机房都可能在不同的省份,用户发起的HTTP请求通常要经过像Ngnix之类的负载均衡器之后,再路由到具体的服务器上,由于Session默认存储在单机服务器内存中,因此在分布式环境下同一个用户发送的多次HTTP请求可能会先后落到不同的服务器上,导致后面发起的HTTP请求无法拿到之前的HTTP请求存储在服务器中的Session数据,从而使得Session机制在分布式环境下失效,因此在分布式集群中CSRF Token需要存储在Redis之类的公共存储空间。
由于使用Session存储,读取和验证CSRF Token会引起比较大的复杂度和性能问题,目前很多网站采用 Encrypted Token Pattern 方式。
这种方法的Token是一个计算出来的结果,而非随机生成的字符串。这样在校验时无需再去读取存储的Token,只用再次计算一次即可。
这种Token的值通常是使用UserID、时间戳和随机数,通过加密的方法生成。
这样既可以保证分布式服务的Token一致,又能保证Token不容易被破解。
在token解密成功之后,服务器可以访问解析值,Token中包含的UserID和时间戳将会被拿来被验证有效性,将UserID与当前登录的UserID进行比较,并将时间戳与当前时间进行比较。
ps: 这种方法还是比较巧妙的,兼顾了唯一性,随机性,以及性能。
总结
Token是一个比较有效的CSRF防护方法,只要页面没有XSS漏洞泄露Token,那么接口的CSRF攻击就无法成功。
但是此方法的实现比较复杂,需要给每一个页面都写入Token(前端无法使用纯静态页面),每一个Form及Ajax请求都携带这个Token,后端对每一个接口都进行校验,并保证页面Token及请求Token一致。
这就使得这个防护策略不能在通用的拦截上统一拦截处理,而需要每一个页面和接口都添加对应的输出和校验。
这种方法工作量巨大,且有可能遗漏。
验证码&密码
验证码和密码其实也可以起到CSRF Token的作用哦,而且更安全。
为什么很多银行等网站会要求已经登录的用户在转账时再次输入密码,现在是不是有一定道理了?
不过这种也只能针对现金流等比较重要的操作,如果什么操作都要用户这么操作,用户体验极差。
双重 Cookie 验证
在会话中存储CSRF Token比较繁琐,而且不能在通用的拦截上统一处理所有的接口。
那么另一种防御措施是使用双重提交Cookie。
利用CSRF攻击不能获取到用户Cookie的特点,我们可以要求Ajax和表单请求携带一个Cookie中的值。
流程
双重Cookie采用以下流程:
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在用户访问网站页面时,向请求域名注入一个Cookie,内容为随机字符串(例如csrfcookie=v8g9e4ksfhw)。
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在前端向后端发起请求时,取出Cookie,并添加到URL的参数中(接上例POST https://www.a.com/comment?csrfcookie=v8g9e4ksfhw)。
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后端接口验证Cookie中的字段与URL参数中的字段是否一致,不一致则拒绝。
此方法相对于CSRF Token就简单了许多。
可以直接通过前后端拦截的的方法自动化实现。
后端校验也更加方便,只需进行请求中字段的对比,而不需要再进行查询和存储Token。
当然,此方法并没有大规模应用,其在大型网站上的安全性还是没有CSRF Token高,原因我们举例进行说明。
由于任何跨域都会导致前端无法获取Cookie中的字段(包括子域名之间),于是发生了如下情况:
如果用户访问的网站为www.a.com,而后端的api域名为api.a.com。那么在www.a.com下,前端拿不到api.a.com的Cookie,也就无法完成双重Cookie认证。
于是这个认证Cookie必须被种在a.com下,这样每个子域都可以访问。
任何一个子域都可以修改a.com下的Cookie。
某个子域名存在漏洞被XSS攻击(例如upload.a.com)。虽然这个子域下并没有什么值得窃取的信息。但攻击者修改了a.com下的Cookie。
攻击者可以直接使用自己配置的Cookie,对XSS中招的用户再向www.a.com下,发起CSRF攻击。
总结
- 优点
无需使用Session,适用面更广,易于实施。
Token储存于客户端中,不会给服务器带来压力。
相对于Token,实施成本更低,可以在前后端统一拦截校验,而不需要一个个接口和页面添加。
- 缺点:
Cookie中增加了额外的字段。
如果有其他漏洞(例如XSS),攻击者可以注入Cookie,那么该防御方式失效。
难以做到子域名的隔离。
为了确保Cookie传输安全,采用这种防御方式的最好确保用整站HTTPS的方式,如果还没切HTTPS的使用这种方式也会有风险。
Samesite Cookie属性
防止CSRF攻击的办法已经有上面的预防措施。
为了从源头上解决这个问题,Google起草了一份草案来改进HTTP协议,那就是为Set-Cookie响应头新增Samesite属性,它用来标明这个 Cookie是个“同站 Cookie”,同站Cookie只能作为第一方Cookie,不能作为第三方Cookie,Samesite 有两个属性值,分别是 Strict 和 Lax,下面分别讲解:
Samesite=Strict
这种称为严格模式,表明这个 Cookie 在任何情况下都不可能作为第三方 Cookie,绝无例外。
比如说 b.com 设置了如下 Cookie:
Set-Cookie: foo=1; Samesite=Strict
Set-Cookie: bar=2; Samesite=Lax
Set-Cookie: baz=3
我们在 a.com 下发起对 b.com 的任意请求,foo 这个 Cookie 都不会被包含在 Cookie 请求头中,但 bar 会。
举个实际的例子就是,假如淘宝网站用来识别用户登录与否的 Cookie 被设置成了 Samesite=Strict,那么用户从百度搜索页面甚至天猫页面的链接点击进入淘宝后,淘宝都不会是登录状态,因为淘宝的服务器不会接受到那个 Cookie,其它网站发起的对淘宝的任意请求都不会带上那个 Cookie。
Samesite=Lax
这种称为宽松模式,比 Strict 放宽了点限制:假如这个请求是这种请求(改变了当前页面或者打开了新页面)且同时是个GET请求,则这个Cookie可以作为第三方Cookie。
比如说 b.com设置了如下Cookie:
Set-Cookie: foo=1; Samesite=Strict
Set-Cookie: bar=2; Samesite=Lax
Set-Cookie: baz=3
当用户从 a.com 点击链接进入 b.com 时,foo 这个 Cookie 不会被包含在 Cookie 请求头中,但 bar 和 baz 会,也就是说用户在不同网站之间通过链接跳转是不受影响了。
但假如这个请求是从 a.com 发起的对 b.com 的异步请求,或者页面跳转是通过表单的 post 提交触发的,则bar也不会发送。
生成Token放到Cookie中并且设置Cookie的Samesite,Java代码如下:
private void addTokenCookieAndHeader(HttpServletRequest httpRequest, HttpServletResponse httpResponse) {
//生成token
String sToken = this.generateToken();
//手动添加Cookie实现支持“Samesite=strict”
//Cookie添加双重验证
String CookieSpec = String.format("%s=%s; Path=%s; HttpOnly; Samesite=Strict", this.determineCookieName(httpRequest), sToken, httpRequest.getRequestURI());
httpResponse.addHeader("Set-Cookie", CookieSpec);
httpResponse.setHeader(CSRF_TOKEN_NAME, token);
}
我们应该如何使用 SamesiteCookie
如果SamesiteCookie被设置为Strict,浏览器在任何跨域请求中都不会携带Cookie,新标签重新打开也不携带,所以说CSRF攻击基本没有机会。
但是跳转子域名或者是新标签重新打开刚登陆的网站,之前的Cookie都不会存在。尤其是有登录的网站,那么我们新打开一个标签进入,或者跳转到子域名的网站,都需要重新登录。
对于用户来讲,可能体验不会很好。
如果SamesiteCookie被设置为Lax,那么其他网站通过页面跳转过来的时候可以使用Cookie,可以保障外域连接打开页面时用户的登录状态。但相应的,其安全性也比较低。
另外一个问题是Samesite的兼容性不是很好,现阶段除了从新版Chrome和Firefox支持以外,Safari以及iOS Safari都还不支持,现阶段看来暂时还不能普及。
而且,SamesiteCookie目前有一个致命的缺陷:不支持子域。例如,种在topic.a.com下的Cookie,并不能使用a.com下种植的SamesiteCookie。这就导致了当我们网站有多个子域名时,不能使用SamesiteCookie在主域名存储用户登录信息。每个子域名都需要用户重新登录一次。
总之,SamesiteCookie是一个可能替代同源验证的方案,但目前还并不成熟,其应用场景有待观望。
CSRF 其他防范措施
CSRF测试
CSRFTester是一款CSRF漏洞的测试工具,CSRFTester工具的测试原理大概是这样的,使用代理抓取我们在浏览器中访问过的所有的连接以及所有的表单等信息,通过在CSRFTester中修改相应的表单等信息,重新提交,相当于一次伪造客户端请求,如果修改后的测试请求成功被网站服务器接受,则说明存在CSRF漏洞,当然此款工具也可以被用来进行CSRF攻击。
CSRF监控
对于一个比较复杂的网站系统,某些项目、页面、接口漏掉了CSRF防护措施是很可能的。
一旦发生了CSRF攻击,我们如何及时的发现这些攻击呢?
CSRF攻击有着比较明显的特征:
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跨域请求。
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GET类型请求Header的MIME类型大概率为图片,而实际返回Header的MIME类型为Text、JSON、HTML。
我们可以在网站的代理层监控所有的接口请求,如果请求符合上面的特征,就可以认为请求有CSRF攻击嫌疑。我们可以提醒对应的页面和项目负责人,检查或者 Review其CSRF防护策略。
拓展阅读
参考资料
Cross site request forgery (CSRF) attack