JavaScript 常見安全漏洞和自動化檢測技術
前言
隨著 Web2.0 的發(fā)展以及 Ajax 框架的普及，富客戶端 Web 應用（Rich Internet Applications，RIA）日益增多，越來越多的邏輯已經開始從服務器端轉移至客戶端，這些邏輯通常都是使用 JavaScript 語言所編寫。但遺憾的是，目前開發(fā)人員普遍不太關注 JavaScript 代碼的安全性。據 IBM X-Force 2011 年中期趨勢報告揭示，世界五百強的網站及常見知名網站中有 40% 存在 JavaScript 安全漏洞。本文將結合代碼向讀者展示常見 JavaScript 安全漏洞，旨在幫助讀者能夠在日常編碼工作中規(guī)避這些安全漏洞。此外，客戶端 JavaScript 安全漏洞與服務器端安全漏洞原理略為不同，自動化檢測 JavsScript 安全漏洞目前存在較大的技術難題，本文將結合案例跟讀者分享如何利用 IBM Rational AppScan Standard Edition V8.0 新特性（JavaScript Security Analyzer，JSA）技術自動化檢測 JavaScript 安全漏洞。
JavaScript 常見安全漏洞
2010 年 12 月份，IBM 發(fā)布了關于 Web 應用中客戶端 JavaScript 安全漏洞的白皮書，其中介紹了 IBM 安全研究機構曾做過的 JavaScript 安全狀況調查。樣本數據包括了 675 家網站，其中有財富 500 強公司的網站和另外 175 家著名網站，包括 IT 公司、Web 應用安全服務公司、社交網站等。為了不影響這些網站的正常運行，研究人員使用了非侵入式爬蟲，僅掃描了無需登錄即可訪問的部分頁面，每個站點不超過 200 個頁面。這些頁面都被保存下來，研究人員采用 IBM 的 JavaScript 安全分析技術離線分析了這些頁面，集中分析了基于 DOM 的跨站點腳本編制及重定向兩種漏洞。
測試結果令人驚嘆，這些知名網站中有 14% 存在嚴峻的 JavaScript 安全問題，黑客可以利用這些漏洞進行植入流氓軟件，植入釣魚站點，以及劫持用戶會話等。更令人驚嘆不已的是，隨著 IBM 的 JavaScript 安全分析技術的成熟發(fā)展，2011 年中期 X-Force 報告顯示，IBM 重新測試了上述這些知名網站并發(fā)現了更多的安全漏洞，大約有 40% 的網站存在 JavaScript 安全漏洞。
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下文本文將結合代碼向讀者展示常見這些 JavaScript 安全漏洞，以便讀者在實際編碼過程中注意到這些安全問題，及早規(guī)避這些風險。
基于 DOM 的跨站點腳本編制
我們都聽說過 XSS（Cross Site Script，跨站點腳本編制，也稱為跨站腳本攻擊），指的是攻擊者向合法的 Web 頁面中插入惡意腳本代碼（通常是 HTML 代碼和 JavaScript 代碼）然后提交請求給服務器，隨即服務器響應頁面即被植入了攻擊者的惡意腳本代碼，攻擊者可以利用這些惡意腳本代碼進行會話劫持等攻擊?？缯军c腳本編制通常分為反射型和持久型：當請求數據在服務器響應頁面中呈現為未編碼和未過濾時，即為反射型跨站點腳本編制；持久型指的是包含惡意代碼的請求數據被保存在 Web 應用的服務器上，每次用戶訪問某個頁面的時候，惡意代碼都會被自動執(zhí)行，這種攻擊對于 Web2.0 類型的社交網站來說尤為常見，威脅也更大。應對跨站點腳本編制的主要方法有兩點：一是不要信任用戶的任何輸入，盡量采用白名單技術來驗證輸入參數；二是輸出的時候對用戶提供的內容進行轉義處理。
但鮮為人知的是還有第三種跨站點腳本編制漏洞。2005 年 Amit Klein 發(fā)表了白皮書《基于 DOM 的跨站點腳本編制—第三類跨站點腳本編制形式》（"DOM Based Cross Site Scripting or XSS of the Third Kind"），它揭示了基于 DOM 的跨站點腳本編制不需要依賴于服務器端響應的內容，如果某些 HTML 頁面使用了 document.location、document.URL 或者 document.referer 等 DOM 元素的屬性，攻擊者可以利用這些屬性植入惡意腳本實施基于 DOM 的跨站點腳本編制攻擊。
下面我們將通過一個很簡單的 HTML 頁面來演示基于 DOM 的跨站點腳本編制原理。假設有這么一個靜態(tài) HTML 頁面（如清單 1 所示），用來展示歡迎用戶成功登錄的信息。
清單 1. 存在 DOM based XSS 的 HTML 代碼
<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>
按照該頁面 JavaScript 代碼邏輯，它會接受 URL 中傳入的 name 參數并展示歡迎信息，如清單 2 所示：
清單 2. 正常情況下的訪問 URL
http://www.vulnerable.site/welcome.html?name=Jeremy
但如果惡意攻擊者輸入類似如下的腳本，見清單 3，該頁面則會執(zhí)行被注入的 JavaScript 腳本。
清單 3. 訪問 URL 中注入腳本
http://www.vulnerable.site/welcome.html?name=<script>alert(document.cookie)</script>
很明顯，受害者的瀏覽器訪問以上 URL 的時候，服務器端會跟正常情況下一樣返回清單 1 中所示 HTML 頁面，然后瀏覽器會繼續(xù)將這個 HTML 解析成 DOM，DOM 中包含的 document 對象的 URL 屬性將包含清單 3 中注入的腳本內容，當瀏覽器解析到 JavaScript 的時候會執(zhí)行這段被注入的腳本，跨站點腳本編制攻擊即成功實現。
值得關注的是，通過以上示例可以看出，惡意代碼不需要嵌入服務器的響應中，基于 DOM 的跨站點腳本編制攻擊也能成功?？赡苣承┳x者會認為：目前主流瀏覽器會自動轉義 URL 中的 '<' 和 '>' 符號，轉義后的注入腳本就不會被執(zhí)行了，基于 DOM 的跨站點腳本編制也就不再有什么威脅了。這句話前半段是對的，但后半段就不準確了。我們要意識到攻擊者可以很輕松地繞過瀏覽器對 URL 的轉義，譬如攻擊者可以利用錨點 '#' 來欺騙瀏覽器，如清單 4 所示。瀏覽器會認為 '#' 后面的都是片段信息，將不會做任何處理。
清單 4. 訪問 URL 中結合錨點注入腳本
http://www.vulnerable.site/welcome.html#?name=<script>alert(document.cookie)</script>
通過 URL 重定向釣魚
網絡釣魚是一個通稱，代表試圖欺騙用戶交出私人信息，以便電子欺騙身份。通過 URL 重定向釣魚指的是 Web 頁面會采用 HTTP 參數來保存 URL 值，且 Web 頁面的腳本會將請求重定向到該保存的 URL 上，攻擊者可以將 HTTP 參數里的 URL 值改為指向惡意站點，從而順利啟用網絡釣魚欺騙當前用戶并竊取用戶憑證。清單 5 給出了較為常見的含有通過 URL 重定向釣魚漏洞的代碼片段。
清單 5. 執(zhí)行重定向的 JavaScript 代碼片段
<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，這些 JavaScript 腳本負責執(zhí)行重定向，新地址是從 document.location、document.URL 或者 document.referer 等 DOM 元素的屬性值中截取出來的，譬如用戶輸入清單 6 所示。
清單 6. 執(zhí)行重定向的 URL
http://www.vulnerable.site/redirect.html?url=http://www.phishing.site
顯然用戶一旦執(zhí)行了清單 6 所示 URL，將被重定向到釣魚網站。這個漏洞的原理很簡單，比服務器端的重定向漏洞更好理解。但通過 URL 重定向釣魚的情況下，釣魚站點的網址并不會被服務端攔截和過濾，因此，這個漏洞往往比服務器端重定向漏洞更具有隱蔽性。
客戶端 JavaScript Cookie 引用
Cookie 通常由 Web 服務器創(chuàng)建并存儲在客戶端瀏覽器中，用來在客戶端保存用戶的身份標識、Session 信息，甚至授權信息等?？蛻舳?JavaScript 代碼可以操作 Cookie 數據。如果在客戶端使用 JavaScript 創(chuàng)建或修改站點的 cookie，那么攻擊者就可以查看到這些代碼，通過閱讀代碼了解其邏輯，甚至根據自己所了解的知識將其用來修改 cookie。一旦 cookie 包含了很重要的信息，譬如包含了權限信息等，攻擊者很容易利用這些漏洞進行特權升級等攻擊。
JavaScript 劫持
許多 Web 應用程序都利用 JSON 作為 Ajax 的數據傳輸機制，這通常都容易受到 JavaScript 劫持攻擊，傳統(tǒng)的 Web 應用程序反而不易受攻擊。JSON 實際上就是一段 JavaScript，通常是數組格式。攻擊者在其惡意站點的頁面中通過 <SCRIPT> 標簽調用被攻擊站點的一個 JSON 動態(tài)數據接口，并通過 JavaScript Function Hook 等技術取得這些 JSON 數據。如果用戶登錄被攻擊網站后（假定其身份認證信息是基于 Session Cookie 來保存的），又被攻擊者誘引訪問了惡意站點頁面，那么，由于 <SCRIPT src="> 這種標簽的請求會帶上 Cookie 信息，惡意站點會發(fā)送 JSON 數據獲取請求至被攻擊站點，被攻擊站點服務器會認為當前請求是合法的，并返回給惡意站點當前用戶的相關 JSON 數據，從而導致用戶數據泄密。整個過程相當于一個站外類型的跨站點請求偽造 CSRF 攻擊。
隨著 Ajax 的進一步推廣，以及 HTML5 的逐步應用，還有更多的客戶端安全漏洞出現。目前對于 JavaScript 的安全研究尚不多，新推出的 HTML5 客戶端存儲、跨域通信等新特型也都跟安全緊密相關，有興趣的讀者可以作進一步閱讀。鑒于筆者知識有限，JavaScript 相關安全漏洞暫且分享這么多，下面將談談 JavaScript 安全漏洞的檢測技術。
自動化檢測 JavaScript 安全漏洞
正如我們所熟知，檢測代碼安全漏洞一般有白盒檢查和黑盒檢查。白盒檢查側重于對代碼的分析，可以通過手工代碼審查，或者自動代碼分析工具。黑盒檢查主要是模擬黑客攻擊的方式進行滲透測試。通常而言，黑盒檢查的準確度高一些，但代碼覆蓋面比較小，而白盒檢查的代碼覆蓋率較高，但誤報率比較高。兩種方式相結合能夠互相彌補不足，混合檢查方式將會是未來的趨勢。
結合 JavaScript 代碼而言，出于跨瀏覽器兼容、更好的 Ajax 特性需求等原因，越來越多的 Web 應用依賴于第三方的 JavaScript 代碼庫，譬如 Dojo、JQuery 等。這些代碼庫為了降低文件大小，往往都進行了代碼壓縮，導致其可讀性極差，因此手工代碼審查幾乎不具備可行性。此外，頁面 JavaScript 調用入口很多，手工對其進行滲透測試的工作量和難度都非常大。因此，我們需要推薦使用自動化測試工具來檢測 JavaScript 安全漏洞。
Rational AppScan JSA 原理簡述
JSA 是 Rational AppScan Standard V8.0 新推出的一項 AppScan 擴展，用來進行執(zhí)行靜態(tài) JavaScript 分析，以檢測常見客戶端安全漏洞。JSA 融合了 JavaScript 靜態(tài)污點分析技術和網站動態(tài)爬蟲技術。簡而言之，AppScan 會保存爬蟲所探索到的所有 URL 的完整的 HTTP 響應，然后 JSA 對這些響應頁面逐個進行 JavaScript 代碼分析。JSA 在分析每個頁面時應用兩個階段：數據流分析和字符串分析。首先，JSA 查找從源（Source）到接收器（Sink）中未經過清除工具（Sanitizer）的軌跡。如果可找到此軌跡（Trace），那么 JSA 將在第二步中使用字符串分析的變體——字符串前綴分析（SPA)進行驗證。相比于單純的 JavaScript 代碼靜態(tài)分析技術而言，JSA 技術更為先進和準確，因為它是在完全解析好的 HTML 頁面及 DOM 環(huán)境中進行安全漏洞分析。
如今 Web2.0 網站及 Ajax 應用中，HTML 頁面往往都需要瀏覽器基于服務器響應里的 HTML 和 JavaScript 代碼進行動態(tài)解析后才形成完整的 HTML 和 DOM，單純基于服務器響應中的 JavaScript 代碼進行靜態(tài)污點分析存在一個明顯缺陷 -- 其所測 JavaScript 代碼及執(zhí)行環(huán)境不一定完整，因此它無法保證測試的準確度和全面性。JSA 正是克服了以上缺點，融合了白盒檢測和黑盒檢測兩種測試方法的優(yōu)點，并引入 IBM 的字符串分析技術，所以 JSA 有著更好的準確性和全面性。
利用 AppScan 檢測 JavaScript 安全漏洞
Altoro Mutual 是 IBM 所提供的 Web 安全漏洞演示網站，下文筆者將向讀者展示如何利用 AppScan JSA 來檢測該網站所存在的 JavaScript 安全漏洞。
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