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[Java教程]JavaScript 常见安全漏洞及自动化检测技术


序言

随着 Web2.0 的发展以及 Ajax 框架的普及,富客户端 Web 应用(Rich Internet Applications,RIA)日益增多,越来越多的逻辑已经开始从服务器端转移至客户端,这些逻辑通常都是使用 JavaScript 语言所编写。但遗憾的是,目前开发人员普遍不太关注 JavaScript 代码的安全性。据 IBM X-Force 2011 年中期趋势报告揭示,世界五百强的网站及常见知名网站中有 40% 存在 JavaScript 安全漏洞。本文将结合代码向读者展示常见 JavaScript 安全漏洞,旨在帮助读者能够在日常编码工作中规避这些安全漏洞。此外,客户端 JavaScript 安全漏洞与服务器端安全漏洞原理略为不同,自动化检测 JavsScript 安全漏洞目前存在较大的技术难题,本文将结合案例跟读者分享如何利用 IBM Rational AppScan Standard Edition V8.0 新特性(JavaScript Security Analyzer,JSA)技术自动化检测 JavaScript 安全漏洞。

JavaScript 常见安全漏洞

2010 年 12 月份,IBM 发布了关于 Web 应用中客户端 JavaScript 安全漏洞的白皮书,其中介绍了 IBM 安全研究机构曾做过的 JavaScript 安全状况调查。样本数据包括了 675 家网站,其中有财富 500 强公司的网站和另外 175 家著名网站,包括 IT 公司、Web 应用安全服务公司、社交网站等。为了不影响这些网站的正常运行,研究人员使用了非侵入式爬虫,仅扫描了无需登录即可访问的部分页面,每个站点不超过 200 个页面。这些页面都被保存下来,研究人员采用 IBM 的 JavaScript 安全分析技术离线分析了这些页面,集中分析了基于 DOM 的跨站点脚本编制及重定向两种漏洞。

测试结果令人惊叹,这些知名网站中有 14% 存在严峻的 JavaScript 安全问题,黑客可以利用这些漏洞进行植入流氓软件,植入钓鱼站点,以及劫持用户会话等。更令人惊叹不已的是,随着 IBM 的 JavaScript 安全分析技术的成熟发展,2011 年中期 X-Force 报告显示,IBM 重新测试了上述这些知名网站并发现了更多的安全漏洞,大约有 40% 的网站存在 JavaScript 安全漏洞。

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下文本文将结合代码向读者展示常见这些 JavaScript 安全漏洞,以便读者在实际编码过程中注意到这些安全问题,及早规避这些风险。

基于 DOM 的跨站点脚本编制

我们都听说过 XSS(Cross Site Script,跨站点脚本编制,也称为跨站脚本攻击),指的是攻击者向合法的 Web 页面中插入恶意脚本代码(通常是 HTML 代码和 JavaScript 代码)然后提交请求给服务器,随即服务器响应页面即被植入了攻击者的恶意脚本代码,攻击者可以利用这些恶意脚本代码进行会话劫持等攻击。跨站点脚本编制通常分为反射型和持久型:当请求数据在服务器响应页面中呈现为未编码和未过滤时,即为反射型跨站点脚本编制;持久型指的是包含恶意代码的请求数据被保存在 Web 应用的服务器上,每次用户访问某个页面的时候,恶意代码都会被自动执行,这种攻击对于 Web2.0 类型的社交网站来说尤为常见,威胁也更大。应对跨站点脚本编制的主要方法有两点:一是不要信任用户的任何输入,尽量采用白名单技术来验证输入参数;二是输出的时候对用户提供的内容进行转义处理。

但鲜为人知的是还有第三种跨站点脚本编制漏洞。2005 年 Amit Klein 发表了白皮书《基于 DOM 的跨站点脚本编制—第三类跨站点脚本编制形式》("DOM Based Cross Site Scripting or XSS of the Third Kind"),它揭示了基于 DOM 的跨站点脚本编制不需要依赖于服务器端响应的内容,如果某些 HTML 页面使用了 document.location、document.URL 或者 document.referer 等 DOM 元素的属性,攻击者可以利用这些属性植入恶意脚本实施基于 DOM 的跨站点脚本编制攻击。

下面我们将通过一个很简单的 HTML 页面来演示基于 DOM 的跨站点脚本编制原理。假设有这么一个静态 HTML 页面(如清单 1 所示),用来展示欢迎用户成功登录的信息。

清单 1. 存在 DOM based XSS 的 HTML 代码
<HTML><TITLE>Welcome!</TITLE>Hi<SCRIPT> var pos=document.URL.indexOf("name=")+5; document.write(document.URL.substring(pos,document.URL.length));</SCRIPT><BR>Welcome to our system…</HTML>

按照该页面 JavaScript 代码逻辑,它会接受 URL 中传入的 name 参数并展示欢迎信息,如清单 2 所示:

清单 2. 正常情况下的访问 URL
http://www.vulnerable.site/welcome.html?name=Jeremy

但如果恶意攻击者输入类似如下的脚本,见清单 3,该页面则会执行被注入的 JavaScript 脚本。

清单 3. 访问 URL 中注入脚本
http://www.vulnerable.site/welcome.html?name=<script>alert(document.cookie)</script>

很明显,受害者的浏览器访问以上 URL 的时候,服务器端会跟正常情况下一样返回清单 1 中所示 HTML 页面,然后浏览器会继续将这个 HTML 解析成 DOM,DOM 中包含的 document 对象的 URL 属性将包含清单 3 中注入的脚本内容,当浏览器解析到 JavaScript 的时候会执行这段被注入的脚本,跨站点脚本编制攻击即成功实现。

值得关注的是,通过以上示例可以看出,恶意代码不需要嵌入服务器的响应中,基于 DOM 的跨站点脚本编制攻击也能成功。可能某些读者会认为:目前主流浏览器会自动转义 URL 中的 '<' 和 '>' 符号,转义后的注入脚本就不会被执行了,基于 DOM 的跨站点脚本编制也就不再有什么威胁了。这句话前半段是对的,但后半段就不准确了。我们要意识到攻击者可以很轻松地绕过浏览器对 URL 的转义,譬如攻击者可以利用锚点 '#' 来欺骗浏览器,如清单 4 所示。浏览器会认为 '#' 后面的都是片段信息,将不会做任何处理。

清单 4. 访问 URL 中结合锚点注入脚本
http://www.vulnerable.site/welcome.html#?name=<script>alert(document.cookie)</script>

通过 URL 重定向钓鱼

网络钓鱼是一个通称,代表试图欺骗用户交出私人信息,以便电子欺骗身份。通过 URL 重定向钓鱼指的是 Web 页面会采用 HTTP 参数来保存 URL 值,且 Web 页面的脚本会将请求重定向到该保存的 URL 上,攻击者可以将 HTTP 参数里的 URL 值改为指向恶意站点,从而顺利启用网络钓鱼欺骗当前用户并窃取用户凭证。清单 5 给出了较为常见的含有通过 URL 重定向钓鱼漏洞的代码片段。

清单 5. 执行重定向的 JavaScript 代码片段
<SCRIPT>… var sData = document.location.search.substring(1); var sPos = sData.indexOf("url=") + 4; var ePos = sData.indexOf("&", sPos); var newURL; if (ePos< 0) { newURL = sData.substring(sPos); } else { newURL = sData.substring(sPos, ePos); } window.location.href = newURL;…</SCRIPT>

可以看出,这些 JavaScript 脚本负责执行重定向,新地址是从 document.location、document.URL 或者 document.referer 等 DOM 元素的属性值中截取出来的,譬如用户输入清单 6 所示。

清单 6. 执行重定向的 URL
http://www.vulnerable.site/redirect.html?url=http://www.phishing.site

显然用户一旦执行了清单 6 所示 URL,将被重定向到钓鱼网站。这个漏洞的原理很简单,比服务器端的重定向漏洞更好理解。但通过 URL 重定向钓鱼的情况下,钓鱼站点的网址并不会被服务端拦截和过滤,因此,这个漏洞往往比服务器端重定向漏洞更具有隐蔽性。

客户端 JavaScript Cookie 引用

Cookie 通常由 Web 服务器创建并存储在客户端浏览器中,用来在客户端保存用户的身份标识、Session 信息,甚至授权信息等。客户端 JavaScript 代码可以操作 Cookie 数据。如果在客户端使用 JavaScript 创建或修改站点的 cookie,那么攻击者就可以查看到这些代码,通过阅读代码了解其逻辑,甚至根据自己所了解的知识将其用来修改 cookie。一旦 cookie 包含了很重要的信息,譬如包含了权限信息等,攻击者很容易利用这些漏洞进行特权升级等攻击。

JavaScript 劫持

许多 Web 应用程序都利用 JSON 作为 Ajax 的数据传输机制,这通常都容易受到 JavaScript 劫持攻击,传统的 Web 应用程序反而不易受攻击。JSON 实际上就是一段 JavaScript,通常是数组格式。攻击者在其恶意站点的页面中通过 <SCRIPT> 标签调用被攻击站点的一个 JSON 动态数据接口,并通过 JavaScript Function Hook 等技术取得这些 JSON 数据。如果用户登录被攻击网站后(假定其身份认证信息是基于 Session Cookie 来保存的),又被攻击者诱引访问了恶意站点页面,那么,由于 <SCRIPT src="> 这种标签的请求会带上 Cookie 信息,恶意站点会发送 JSON 数据获取请求至被攻击站点,被攻击站点服务器会认为当前请求是合法的,并返回给恶意站点当前用户的相关 JSON 数据,从而导致用户数据泄密。整个过程相当于一个站外类型的跨站点请求伪造 CSRF 攻击。

随着 Ajax 的进一步推广,以及 HTML5 的逐步应用,还有更多的客户端安全漏洞出现。目前对于 JavaScript 的安全研究尚不多,新推出的 HTML5 客户端存储、跨域通信等新特型也都跟安全紧密相关,有兴趣的读者可以作进一步阅读。鉴于笔者知识有限,JavaScript 相关安全漏洞暂且分享这么多,下面将谈谈 JavaScript 安全漏洞的检测技术。

自动化检测 JavaScript 安全漏洞

正如我们所熟知,检测代码安全漏洞一般有白盒检查和黑盒检查。白盒检查侧重于对代码的分析,可以通过手工代码审查,或者自动代码分析工具。黑盒检查主要是模拟黑客攻击的方式进行渗透测试。通常而言,黑盒检查的准确度高一些,但代码覆盖面比较小,而白盒检查的代码覆盖率较高,但误报率比较高。两种方式相结合能够互相弥补不足,混合检查方式将会是未来的趋势。

结合 JavaScript 代码而言,出于跨浏览器兼容、更好的 Ajax 特性需求等原因,越来越多的 Web 应用依赖于第三方的 JavaScript 代码库,譬如 Dojo、JQuery 等。这些代码库为了降低文件大小,往往都进行了代码压缩,导致其可读性极差,因此手工代码审查几乎不具备可行性。此外,页面 JavaScript 调用入口很多,手工对其进行渗透测试的工作量和难度都非常大。因此,我们需要推荐使用自动化测试工具来检测 JavaScript 安全漏洞。

Rational AppScan JSA 原理简述

JSA 是 Rational AppScan Standard V8.0 新推出的一项 AppScan 扩展,用来进行执行静态 JavaScript 分析,以检测常见客户端安全漏洞。JSA 融合了 JavaScript 静态污点分析技术和网站动态爬虫技术。简而言之,AppScan 会保存爬虫所探索到的所有 URL 的完整的 HTTP 响应,然后 JSA 对这些响应页面逐个进行 JavaScript 代码分析。JSA 在分析每个页面时应用两个阶段:数据流分析和字符串分析。首先,JSA 查找从源(Source)到接收器(Sink)中未经过清除工具(Sanitizer)的轨迹。如果可找到此轨迹(Trace),那么 JSA 将在第二步中使用字符串分析的变体——字符串前缀分析(SPA)进行验证。相比于单纯的 JavaScript 代码静态分析技术而言,JSA 技术更为先进和准确,因为它是在完全解析好的 HTML 页面及 DOM 环境中进行安全漏洞分析。

如今 Web2.0 网站及 Ajax 应用中,HTML 页面往往都需要浏览器基于服务器响应里的 HTML 和 JavaScript 代码进行动态解析后才形成完整的 HTML 和 DOM,单纯基于服务器响应中的 JavaScript 代码进行静态污点分析存在一个明显缺陷 -- 其所测 JavaScript 代码及执行环境不一定完整,因此它无法保证测试的准确度和全面性。JSA 正是克服了以上缺点,融合了白盒检测和黑盒检测两种测试方法的优点,并引入 IBM 的字符串分析技术,所以 JSA 有着更好的准确性和全面性。

利用 AppScan 检测 JavaScript 安全漏洞

Altoro Mutual 是 IBM 所提供的 Web 安全漏洞演示网站,下文笔者将向读者展示如何利用 AppScan JSA 来检测该网站所存在的 JavaScript 安全漏洞。

  1. 启动 AppScan,点击菜单"扫描– 扫描配置"打开扫描配置对话框,设置起始 URL 为"http://demo.testfire.net"。

图 1. 设置起始 URL

图 1. 设置起始 URL

  1. 在扫描配置对话框左侧,点击"登录管理",然后点击右侧的"记录 ..."按钮录制登录过程,确保会话中检测处于活动状态。

图 2. 设置登录方法

图 2. 设置登录方法

  1. 在扫描配置对话框左侧,点击"测试策略",检查测试策略设置。默认测试策略应该是"缺省",其已经包含了常见 JavaScript 测试,可以点击"已启用 / 已禁止"查看当前默认启用的测试策略。

图 3. 检查测试策略

图 3. 检查测试策略

  1. 关闭扫描配置对话框,点击菜单"扫描 -- 仅探索"或单击快捷按钮(如图 4 所示)启动探索。本文仅示例如何检测 JavaScript 安全漏洞,所以选择"仅探索"+ 客户端 JavaScript 分析的测试方式。

图 4. 启动探索

图 4. 启动探索

  1. 点击菜单"工具– 扩展名– JavaScript Security Analyzer"或者快捷按钮(如图 5 所示)打开"分析 JavaScript"。在弹出的 JavaScript Security Analyzer 对话框中,单击"立即分析"。

图 5. 分析 JavaScript

图 5. 分析 JavaScript

  1. JavaScript Security Analyzer 扫描完成后,即在结果列表中列出所发现的客户端 JavaScript 安全漏洞。如下图所示,Altoro Mutual 站点存在"基于 DOM 的跨站点脚本编制"及"开放式重定向"漏洞,下文将展示这些漏洞的详细信息。

图 6. 查看扫描结果

图 6. 查看扫描结果

  1. 展开结果列表中的"基于 DOM 的跨站点脚本编制",单击第一个"JavaScript"问题,在下方的问题信息中将会展示其详细信息。我们可以看出,AppScan 保存了对 JavaScript 问题代码的分析结果,并用黄色标识定位了源(Source)和接收器(Sink),利于开发人员快速修复该漏洞。

图 7. 基于 DOM 的跨站点脚本编制问题信息

图 7. 基于 DOM 的跨站点脚本编制问题信息

  1. 同样,展开并查看"开放式重定向"问题,在问题信息栏中展示了该漏洞的代码分析结果。

图 8. 开放式重定向问题信息

图 8. 开放式重定向问题信息

注意:

  • 本文为了快速展示如何检测 JavaScript 安全漏洞,所以选择"仅探索"+ 客户端 JavaScript 分析的测试方式。实际工作中,建议您只需要跟通常一样进行扫描(即手工探索结合自动探索站点,然后执行测试),AppScan 默认会在测试过程中自动执行 JavaScript Security Analyzer。

  • Rational AppScan Standard 能检测已知常见 JavaScript 安全漏洞,但 Altoro Mutual 仅展示了基于 DOM 的跨站脚本编制和重定向漏洞,故本案例的结果列表中仅包含上述两项安全漏洞。

结论

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本文介绍了 JavaScript 常见安全漏洞,分析了手工检测 JavaScript 代码存在较大的技术难度。IBM Rational AppScan V8.x 新推出了 JSA 扩展组件,在业界率先提供了客户端 JavaScript 安全检测方案。本文跟读者分享了 JSA 的基本原理和技术优势,并结合案例向读者演示了如何使用 IBM Rational AppScan JSA 测试客户端 JavaScript 安全。由于见解所限,如有不及之处,欢迎交流,共同提高。