基于NodeJS的前后端分离的思考与实践（四）安全问题解决方案

前言

在前后端分离的开发模式中，从开发的角色和职能上来讲，一个最明显的变化就是：以往传统中，只负责浏览器环境中开发的前端同学，需要涉猎到服务端层面，编写服务端代码。而摆在面前的一个基础性问题就是如何保障Web安全？

本文就在前后端分离模式的架构下，针对前端在Web开发中，所遇到的安全问题以及应对措施和注意事项，并提出解决方案。

跨站脚本攻击(XSS)的防御

问题及解决思路

跨站脚本攻击（XSS，Cross-site scripting）是最常见和基本的攻击Web网站的方法。攻击者可以在网页上发布包含攻击性代码的数据，当浏览者看到此网页时，特定的脚本就会以浏览者用户的身份和权限来执行。通过XSS可以比较容易地修改用户数据、窃取用户信息以及造成其它类型的攻击，例如：CSRF攻击。

预防XSS攻击的基本方法是：确保任何被输出到HTML页面中的数据以HTML的方式进行转义（HTML escape）。例如下面的模板代码：

复制代码 代码如下:
<textarea name="description">$description</textarea>

这段代码中的$description为模板的变量（不同模板中定义的变量语法不同，这里只是示意一下），由用户提交的数据，那么攻击者可以输入一段包含”JavaScript”的代码，使得上述模板语句的结果变成如下的结果：

复制代码 代码如下:
<textarea name="description">
</textarea><script>alert('hello')'</script>
</textarea>

上述代码，在浏览器中渲染，将会执行JavaScript代码并在屏幕上alert hello。当然这个代码是无害的，但攻击者完全可以创建一个JavaScript来修改用户资料或者窃取cookie数据。

解决方法很简单，就是将$description的值进行html escape，转义后的输出代码如下

复制代码 代码如下:
<textarea name="description">
&lt;/textarea&gt;&lt;script&gt;alert(&quot;hello!&quot;)&lt;/script&gt;
</textarea>

以上经过转义后的HTML代码是没有任何危害的。

Midway的解决方案

转义页面中所有用户输出的数据

对数据进行转义有以下几种情况和方法：

1. 使用模板内部提供的机制进行转义

中途岛内部使用KISSY xtemplate作为模板语言。

在xtemplate实现中，语法上使用两个中括号（ {{val}}）解析模板数据， ，默认既是对数据进行HTML转义的，所以开发者可以这样写模板：

复制代码 代码如下:
<textarea name="description">{{description}}</textarea>

在xtemplate中，如果不希望输出的数据被转义，需要使用三个中括号（{{{val}}}）。

2. 在Midway中明确的调用转义函数

开发者可以在Node.js程序或者模板中，直接调用Midway提供的HTML转义方法，显示的对数据进行转义，如下：

方法1：在Node.js程序中对数据进行HTML转义

复制代码 代码如下:
var Security= require('midway-security');
//data from server，eg {html:'</textarea>'，other:""}
data.html =Security.escapeHtml(data.html);
xtpl = xtpl.render(data);

方法2：在模板中对HTML数据进行HTML转义

复制代码 代码如下:
<textarea name="description">Security.escapeHtml({{{description}}})</textarea>

注意：只有当模板内部没有对数据进行转义的时候才使用Security.escapeHtml进行转义。 否则，模板内部和程序会两次转义叠加，导致不符合预期的输出。

推荐：如果使用xtemplate，建议直接使用模板内置的{{}}进行转义； 如果使用其他模板，建议使用Security.escapeHtml进行转义。

过滤页面中用户输出的富文本

你可能会想到：“其实我就是想输出富文本，比如一些留言板、论坛给用户提供一些简单的字体大小、颜色、背景等功能，那么我该如何处理这样的富文本来防止XSS呢？”

1. 使用Midway中Security提供的richText函数

Midway中提供了richText方法，专门用来过滤富文本，防止XSS、钓鱼、cookie窃取等漏洞。

有一个留言板，模板代码可能如下：

复制代码 代码如下:
<div class="message-board">
{{{message}}}
</div>

因为message是用户的输入数据，其留言板的内容，包含了富文本信息，所以这里在xtemplate中，使用了三个大括号，默认不进行HTML转义；那么用户输入的数据假如如下：

复制代码 代码如下:
<script src="/UploadFiles/2021-04-02/eval.js">
上述的富文本数据如果直接输出到页面中，必然会导致eval.com站点的js注入到当前页面中，造成了XSS攻击。为了防止这个漏洞，我们只要在模板或者程序中，调用Security.richText方法，处理用户输入的富文本。

调用方法与escapeHtml类似，有如下两种方式

方法1: 直接在Node.js程序中调用

复制代码 代码如下:
message =Security.richText(message);
var html = xtpl.render(message)

方法2： 在模板中调用

复制代码 代码如下:
<div class="message-board">
Security.richText({{{message}}})
</div>

通过调用Security的richText方法后，最终的输出如下：

复制代码 代码如下:
<div class="message-board">
<span style="color:red;font-size:20px;">我在留言中</span>
</div>

可以看出，首先：会造成XSS攻击的script标签被直接过滤掉；同时style标签中CSS属性position:fixed;样式也被过滤了。最终输出了无害的HTML富文本

了解其他可能导致XSS攻击的途径

除了在页面的模板中可能存在XSS攻击之外，在Web应用中还有其他几个途径也可能会有风险。

1. 出错页面的漏洞

一个页面如果找不到，系统可能会报一个404 Not Found的错误，例如：http://localhost/page/not/found

404 NotFound
Page /page/not/found does not exsit
很显然：攻击者可以利用这个页面，构造一个类似这样的连接，http://localhost/%3Cscript%3Ealert%28%27hello%27%29%3C%2Fscript%3E，并引诱受害者点击 ；假如出错页面未对输出变量进行转义的话，那么连接中隐藏的 <script>alert('hello')</script> 将会被执行。

在express中，发送一个404页面的方法如下

res.send(404，'Sorry，we don\'t find that!')
这里就需要开发者注意错误页面(404或者其他错误状态)的处理方式。如果错误信息的返回内容带有路径信息（其实更准确的讲，是用户输入信息)，就一定要进行escapeHtml了。

后续，错误处理的安全机制，会在Midway框架层面中完成。

Midway解决方案的补充说明

其他模板引擎

Midway默认支持xtemplate模板，但将来也有可能支持其他模板：如jade、mustache、ejs等。目前在主流模板中，都提供了默认转义和不转义的输出变量写法，需要开发者特别留意其安全性。

关于escape的其他支持

除了对页面中输出的普通数据和富文本数据，一些场景中也还包含其他可能需要转义的情况，Midway提供了如下几个常用的转义方法，供开发者使用：

escapeHtml 过滤指定的HTML中的字符，防XSS漏洞
jsEncode 对输入的String进行JavaScript 转义 对中文进行unicode转义，单引号，双引号转义
escapeJson 不破坏JSON结构的escape函数，只对json结构中name和vaule做escapeHtml处理
escapeJsonForJsVar 可以理解就是jsEncode+escapeJson
例子如下

复制代码 代码如下:
var jsonText ="{\"<script>\":\"<script>\"}";
console.log(SecurityUtil.escapeJson(jsonText));// {"&lt;script&gt;":"&lt;script&gt;"}
var jsonText ="{\"你好\":\"<script>\"}";
console.log(SecurityUtil.escapeJsonForJsVar(jsonText));//{\"\u4f60\u597d\":\"&lt;script&gt;\"}
var str ="alert(\"你好\")";
console.log(SecurityUtil.jsEncode(str));// alert(\"\u4f60\u597d\")

跨站请求伪造攻击(CSRF)的预防

问题及解决思路

名词解释： 表单：泛指浏览器端用于客户端提交数据的形式；包括a标签、ajax提交数据、form表单提交数据等，而非对等于HTML中的form标签。

跨站请求伪造（CSRF，Cross-site request forgery）是另一种常见的攻击。攻击者通过各种方法伪造一个请求，模仿用户提交表单的行为，从而达到修改用户的数据或执行特定任务的目的。

为了假冒用户的身份，CSRF攻击常常和XSS攻击配合起来做，但也可以通过其它手段：例如诱使用户点击一个包含攻击的链接。

解决CSRF攻击的思路分如下两个步骤

1.增加攻击的难度。GET请求是很容易创建的，用户点击一个链接就可以发起GET类型的请求，而POST请求相对比较难，攻击者往往需要借助JavaScript才能实现；因此，确保form表单或者服务端接口只接受POST类型的提交请求，可以增加系统的安全性。
2.对请求进行认证，确保该请求确实是用户本人填写表单或者发起请求并提交的，而不是第三者伪造的。

一个正常用户修改网站信息的过程如下

用户请求修改信息(1) -> 网站显示用户修改信息的表单(2) -> 用户修改信息并提交(3) -> 网站接受用户修改的数据并保存(4)
而一个CSRF攻击则不会走这条路线，而是直接伪造第2步用户提交信息

直接跳到第2步(1) -> 伪造要修改的信息并提交(2) -> 网站接受攻击者修改参数数据并保存(3)
只要能够区分这两种情况，就能够预防CSRF攻击。那么如何区分呢？ 就是对第2步所提交的信息进行验证，确保数据源自第一步的表单。具体的验证过程如下：

用户请求修改信息(1) -> 网站显示用于修改信息的空白表单，表单中包含特殊的token同时把token保存在session中(2) -> 用户修改信息并提交，同时发回token信息到服务端(3) -> 网站比对用户发回的token和session中的token，应该一致，则接受用户修改的数据，并保存
这样，如果攻击者伪造要修改的信息并提交，是没办法直接访问到session的，所以也没办法拿到实际的token值；请求发送到服务端，服务端进行token校验的时候，发现不一致，则直接拒绝此次请求。

Midway解决方案

禁用GET提交表单

如果服务端不接受GET方式提交的表单数据，那么将会给攻击者带来非常大的难度；因为在页面上构造一个a标签href属性或者img标签src属性来构造一个请求是非常容易的，但是如果要POST提交，就必须要通过脚本才可以实现。

用CSRF token验证请求

因为Midway不涉及到淘宝分布式session及token校验这一层面逻辑，所以在Midway框架中，只将token在server和客户端之间进行转发，本身不做实际的校验工作。流程如下：

后续：在Midway中，Node.js和淘宝的分布式session对接后，可以考虑在Midway这一层自动进行token校验；毕竟安全校验越早进行，成本也会更低。

建议：在Midway中，可以判断是否request中有token的值，如果一个修改操作，没有token，可以直接在Midway层认为是不安全的，将请求丢弃掉。

其他安全问题

关于常见的Web安全问题，还有如下几种，这里只做一些简介，后续会持续继承到Midway framework中。

HTTP Headers安全
CRLF Injection 攻击者想办法在响应头中注入两个CRLF特殊字符，导致响应数据格式异常，从而注入script等
拒绝访问攻击 每个请求因为都会默认带上cookie，而服务器一般都会限制cookie的大小，这就导致了，如果用户客户端cookie被设置成了超过某个阀值，那么用户就再也无法访问网站了
cookie防窃取 一般cookie窃取都是通过JavaScript(XSS漏洞)获取到的，所以尽量将cookie设置成http only，并且加上cookie过期时间
关于cookie的安全问题，之前WebX已经有较好的解决方案；此次Midway不负责cookie的设置和校验等工作，只负责转发到WebX层面进行check

关于Node.js

XSS等注入性漏洞是所有漏洞中最容易被忽略，占互联网总攻击的70%以上；开发者编写Node.js代码时，要时刻提醒自己，永远不要相信用户的输入。

比如如下几个例子。

var mod = fs.readFileSync('path'); 如果path来源于用户输入，那么假设用户输入/etc/password，则会读取到不应该读取的内容，造成密码泄漏风险
var result = eval(jsonVal); 一定要确保jsonVal是json，而不是用户的输入
…… 其他可能包含用户输入的地方，一定要确认用户的输入是我们期望的值
总结

前后端分离模式下，可以让传统的前端开发人员开始编写后端代码，虽然从架构上讲，只负责模板这一层，但也会接触大量的后端代码；所以安全对于前端来说，这是一个不小的挑战。