SpringBoot防御CSRF攻击的流程及原理解析

2023-05-18 14:05:11 解析 流程 防御

CSRF 就是跨域请求伪造，英文全称是 Cross Site Request Forgery。
这是一种非常常见的WEB攻击方式，其实是很好防御的，但是由于经常被很多开发者忽略，进而导致很多网站实际上都存在 CSRF 攻击的安全隐患。

今天和大家聊一聊什么是 CSRF 攻击以及 CSRF 攻击该如何防御。

CSRF 原理

想要防御 CSRF 攻击，那我们需要先搞清楚什么是 CSRF 攻击，通过下面图例来和大家梳理 CSRF 攻击流程：

其实这个流程很简单：
1.假设用户打开了招商网上银行网站，并且登录。
2.登录成功后，网上银行会返回Cookie给前端，浏览器将Cookie保存下来。
3.用户在没有登出网上银行的情况下，在浏览器里打开了一个新的选项卡，然后又去访问了一个危险网站。
4.这个危险网站上有一个超链接，超链接的地址指向了招商网上银行。
4.用户点击了这个链接，由于这个超链接会自动携带上浏览器中保存的Cookie，所以用户不知不觉中就访问了网上银行，进而可能给自己造成了损失。

CSRF的流程大致就是这样，接下来用一个简单的例子展示一下CSRF到底是怎么一回事。

CSRF实践

1.我创建一个名为 csrf-mry 的 Spring Boot 项目，这个项目相当于我们上面所说的网上银行网站，创建项目时引入 Web 和 spring Security依赖，如下：

<dependencies>
	<dependency>
		<groupId>org.springframework.boot</groupId>
		<artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
	</dependency>
	<dependency>
		<groupId>org.springframework.boot</groupId>
		<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
	</dependency>
</dependencies>

2.创建成功后，方便起见，我们直接将 Spring Security 用户名/密码 配置在 application.properties 文件中：

server.port= 8866
spring.security.user.name=javaboy
spring.security.user.passWord=123

3.然后我们提供两个测试接口

package com.mry.csrf.controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RestController
public class CsrfDemoController {
    @PostMapping("/transfer")
    public void transferMoney(String name, Integer money) {
        System.out.println("name = " + name);
        System.out.println("money = " + money);
    }
    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        return "hello";
    }
}

假设 /transfer 是一个转账接口(这里是假设，主要是给大家演示 CSRF 攻击，真实的转账接口比这复杂)。

4.我们还需要配置一下 Spring Security，因为 Spring Security 中默认是可以自动防御 CSRF 攻击的，所以我们要把这个关闭掉。

package com.mry.csrf.config;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.httpsecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.WebSecurityConfigurerAdapter;
@Configuration
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.authorizeRequests().anyRequest().authenticated()
                .and()
                .fORMLogin()
                .and()
                .csrf()
                .disable();
    }
}

配置完成后，我们启动 csrf-simulate-web 项目。

5.我们再创建一个 csrf-loophole-web 项目，这个项目相当于是一个危险网站，为了方便，这里创建时我们只需要引入 web 依赖即可。
项目创建成功后，首先修改项目端口：

server.port= 8855

6.然后我们在 resources/static 目录下创建一个 hello.html ，内容如下。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Title</title>
</head>
<body>
    <form action="http://localhost:8866/transfer" method="post">
        <input type="hidden" value="javaboy" name="name">
        <input type="hidden" value="10000" name="money">
        <input type="submit" value="点击查看美女图片">
    </form>
</body>
</html>

这里有一个超链接，超链接的文本是点击查看美女图片，当你点击了超链接之后，会自动请求 http://localhost:8866/transfer 接口，同时隐藏域还携带了两个参数。

配置完成后，就可以启动 csrf-loophole-web 项目了。

接下来，用户首先访问 csrf-simulate-web 项目中的接口，在访问的时候需要登录，用户就执行了登录操作，访问完整后，用户并没有执行登出操作，然后用户访问 csrf-loophole-web 中的页面，看到了超链接，好奇这美女到底长啥样，一点击，结果钱就被人转走了。

CSRF防御

先来说说防御思路。

CSRF 防御，一个核心思路就是在前端请求中，添加一个随机数。

因为在 CSRF 攻击中，黑客网站其实是不知道用户的 Cookie 具体是什么的，他是让用户自己发送请求到网上银行这个网站的，因为这个过程会自动携带上 Cookie 中的信息。

所以我们的防御思路是这样：用户在访问网上银行时，除了携带 Cookie 中的信息之外，还需要携带一个随机数，如果用户没有携带这个随机数，则网上银行网站会拒绝该请求。黑客网站诱导用户点击超链接时，会自动携带上 Cookie 中的信息，但是却不会自动携带随机数，这样就成功的避免掉 CSRF 攻击了。

Spring Security 中对此提供了很好的支持，我们一起来看下。

前后端不分离方案

Spring Security 中默认实际上就提供了 csrf 防御，但是需要开发者做的事情比较多。
首先我们来创建一个新的 Spring Boot 工程，创建时引入 Spring Security、Thymeleaf 和 web 依赖。

1.pom信息

<dependencies>
	<dependency>
		<groupId>org.springframework.boot</groupId>
		<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
	</dependency>
	<dependency>
		<groupId>org.springframework.boot</groupId>
		<artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
	</dependency>
	<dependency>
		<groupId>org.springframework.boot</groupId>
		<artifactId>spring-boot-starter-thymeleaf</artifactId>
	</dependency>
	<dependency>
		<groupId>org.springframework.boot</groupId>
		<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
		<scope>test</scope>
	</dependency>
</dependencies>

2.项目创建成功后，我们还是在 application.properties 中配置用户名/密码

spring.security.user.name=mry
spring.security.user.password=123456

3.接下来，我们提供一个测试接口

package com.mry.csrf.controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RestController
public class SecurityCsrfController {
    @PostMapping("/hello")
    @ResponseBody
    public String hello() {
        return "hello";
    }
}

注意，这个测试接口是一个 POST 请求，因为默认情况下，GET、HEAD、TRACE 以及 OPTIONS 是不需要验证 CSRF 攻击的。

4.然后，我们在 resources/templates 目录下，新建一个 thymeleaf 模版

<!DOCTYPE html>
<!--导入thymeleaf的名称空间-->
<html lang="en" xmlns:th="http://www.thymeleaf.org">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Title</title>
</head>
<body>
    <form action="/hello" method="post">
        <input type="hidden" th:value="${_csrf.token}" th:name="${_csrf.parameterName}">
        <input type="submit" value="hello">
    </form>
</body>
</html>

注意，在发送 POST 请求的时候，还额外携带了一个隐藏域，隐藏域的 key 是 ${_csrf.parameterName}，value 则是 ${_csrf.token}。

这两个值服务端会自动带过来，我们只需要在前端渲染出来即可。

5.接下来给前端 hello.html 页面添加一个控制器

@GetMapping("/hello")
public String hello2() {
	return "hello";
}

6.添加完成后，启动项目，我们访问 hello 页面，在访问时候，需要先登录，登录成功之后，我们可以看到登录请求中也多了一个参数

这里我们用了 Spring Security 的默认登录页面，如果大家使用自定义登录页面，可以参考上面 hello.html 的写法，通过一个隐藏域传递 _csrf 参数。

访问到 hello 页面之后，再去点击【hello】按钮，就可以访问到 hello 接口了。

这是 Spring Security 中默认的方案，通过 Model 将相关的数据带到前端来。

如果你的项目是前后端不分项目，这种方案就可以了，如果你的项目是前后端分离项目，这种方案很明显不够用。

前后端分离方案

如果是前后端分离项目，Spring Security 也提供了解决方案。
这次不是将 _csrf 放在 Model 中返回前端了，而是放在 Cookie 中返回前端，配置方式如下：

package com.mry.csrf.config;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.HttpSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.WebSecurityConfigurerAdapter;
import org.springframework.security.web.csrf.CookieCsrfTokenRepository;
@Configuration
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.authorizeRequests().anyRequest().authenticated()
                .and()
                .formLogin()
                .and()
                .csrf().csrfTokenRepository(CookieCsrfTokenRepository.withHttpOnlyFalse());
    }
}

有小伙伴可能会说放在 Cookie 中不是又被黑客网站盗用了吗？其实不会的，大家注意如下两个问题：
(1)黑客网站根本不知道你的 Cookie 里边存的啥，他也不需要知道，因为 CSRF 攻击是浏览器自动携带上 Cookie 中的数据的。
(2)我们将服务端生成的随机数放在 Cookie 中，前端需要从 Cookie 中自己提取出来 _csrf 参数，然后拼接成参数传递给后端，单纯的将 Cookie 中的数据传到服务端是没用的。
理解透了上面两点，你就会发现 _csrf 放在 Cookie 中是没有问题的，但是大家注意，配置的时候我们通过 withHttpOnlyFalse 方法获取了 CookieCsrfTokenRepository 的实例，该方法会设置 Cookie 中的 HttpOnly 属性为 false，也就是允许前端通过 js 操作 Cookie（否则你就没有办法获取到 _csrf）。

配置完成后，重启项目，此时我们就发现返回的 Cookie 中多了一项：

接下来，我们通过自定义登录页面，来看看前端要如何操作。

首先我们在 resources/static 目录下新建一个 html 页面叫做 login.html：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Title</title>
    <script src="https://libs.baidu.com/Jquery/2.1.4/jquery.min.js"></script>
    <script src="https://cdn.bootCSS.com/jquery-cookie/1.4.1/jquery.cookie.min.js"></script>
</head>
<body>
<div>
    <input type="text" id="username">
    <input type="password" id="password">
    <input type="button" value="登录" id="loginBtn">
</div>
<script>
    $("#loginBtn").click(function () {
        let _csrf = $.cookie('XSRF-TOKEN');
        $.post('/login.html',{username:$("#username").val(),password:$("#password").val(),_csrf:_csrf},function (data) {
            alert(data);
        })
    })
</script>
</body>
</html>

这段 html 给大家解释一下：
(1)首先引入 jquery 和 jquery.cookie ，方便我们一会操作 Cookie。
(2)定义三个 input，前两个是用户名和密码，第三个是登录按钮。
(3)点击登录按钮之后，我们先从 Cookie 中提取出 XSRF-TOKEN，这也就是我们要上传的 csrf 参数。
(4)通过一个 POST 请求执行登录操作，注意携带上 _csrf 参数。

服务端我们也稍作修改，如下：

package com.mry.csrf.config;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.HttpSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.WebSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.WebSecurityConfigurerAdapter;
import org.springframework.security.web.csrf.CookieCsrfTokenRepository;
@Configuration
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    @Override
    public void configure(WebSecurity web) throws Exception {
        web.ignoring().antMatchers("/static/js/**");
    }
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.authorizeRequests().anyRequest().authenticated()
                .and()
                .formLogin()
                .loginPage("/login.html")
                .successhandler((req,resp,authentication)->{
                    resp.getWriter().write("success");
                })
                .permitAll()
                .and()
                .csrf().csrfTokenRepository(CookieCsrfTokenRepository.withHttpOnlyFalse());
    }
}

一方面这里给 js 文件放行。

另一方面配置一下登录页面，以及登录成功的回调，这里简单期间，登录成功的回调我就给一个字符串就可以了。在登录成功后回调的详细解释。

OK，所有事情做完之后，我们访问 login.html 页面，输入用户名密码进行登录，结果如下：

可以看到，我们的 _csrf 配置已经生效了。

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