SpringSecurity的防Csrf攻击实现代码解析

CSRF（Cross-site request forgery）跨站请求伪造，也被称为One Click Attack或者Session Riding，通常缩写为CSRF或XSRF，是一种对网站的恶意利用。尽管听起来像跨站脚本（XSS），但它与XSS非常不同，XSS利用站点内的信任用户，而CSRF则通过伪装成受信任用户的请求来利用受信任的网站。与XSS攻击相比，CSRF攻击往往不大流行（因此对其进行防范的资源也相当稀少）和难以防范，所以被认为比XSS更具危险性。

CSRF是一种依赖web浏览器的、被混淆过的代理人攻击（deputy attack）。

如何防御

使用POST请求时，确实避免了如img、script、iframe等标签自动发起GET请求的问题，但这并不能杜绝CSRF攻击的发生。一些恶意网站会通过表单的形式构造攻击请求

public final class CsrfFilter extends OncePerRequestFilter {
 public static final RequestMatcher DEFAULT_CSRF_MATCHER = new
   CsrfFilter.DefaultRequiresCsrfMatcher();
 private final Log logger = LogFactory.getLog(this.getClass());
 private final CsrfTokenRepository tokenRepository;
 private RequestMatcher requireCsrfProtectionMatcher;
 private AccessDeniedHandler accessDeniedHandler;
 public CsrfFilter(CsrfTokenRepository csrfTokenRepository) {
  this.requireCsrfProtectionMatcher = DEFAULT_CSRF_MATCHER;
  this.accessDeniedHandler = new AccessDeniedHandlerImpl();
  Assert.notNull(csrfTokenRepository, "csrfTokenRepository cannot be null");
  this.tokenRepository = csrfTokenRepository;
 }
 //通过这里可以看出SpringSecurity的csrf机制把请求方式分成两类来处理
 protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response,
         FilterChain filterChain) throws ServletException, IOException {
  request.setAttribute(HttpServletResponse.class.getName(), response);
  CsrfToken csrfToken = this.tokenRepository.loadToken(request);
  boolean missingToken = csrfToken == null;
  if (missingToken) {
   csrfToken = this.tokenRepository.generateToken(request);
   this.tokenRepository.saveToken(csrfToken, request, response);
  }
  request.setAttribute(CsrfToken.class.getName(), csrfToken);
  request.setAttribute(csrfToken.getParameterName(), csrfToken);
//第一类："GET", "HEAD", "TRACE", "OPTIONS"四类请求可以直接通过
  if (!this.requireCsrfProtectionMatcher.matches(request)) {
   filterChain.doFilter(request, response);
  } else {
//第二类：除去上面四类，包括POST都要被验证携带token才能通过
   String actualToken = request.getHeader(csrfToken.getHeaderName());
   if (actualToken == null) {
    actualToken = request.getParameter(csrfToken.getParameterName());
   }
   if (!csrfToken.getToken().equals(actualToken)) {
    if (this.logger.isDebugEnabled()) {
     this.logger.debug("Invalid CSRF token found for " +
       UrlUtils.buildFullRequestUrl(request));
    }
    if (missingToken) {
     this.accessDeniedHandler.handle(request, response, new
       MissingCsrfTokenException(actualToken));
    } else {
     this.accessDeniedHandler.handle(request, response, new
       InvalidCsrfTokenException(csrfToken, actualToken));
    }
   } else {
    filterChain.doFilter(request, response);
   }
  }
 }
 public void setRequireCsrfProtectionMatcher(RequestMatcher requireCsrfProtectionMatcher) {
  Assert.notNull(requireCsrfProtectionMatcher, "requireCsrfProtectionMatcher cannot be
  null");
  this.requireCsrfProtectionMatcher = requireCsrfProtectionMatcher;
 }
 public void setAccessDeniedHandler(AccessDeniedHandler accessDeniedHandler) {
  Assert.notNull(accessDeniedHandler, "accessDeniedHandler cannot be null");
  this.accessDeniedHandler = accessDeniedHandler;
 }
 private static final class DefaultRequiresCsrfMatcher implements RequestMatcher {
  private final HashSet<String> allowedMethods;
  private DefaultRequiresCsrfMatcher() {
   this.allowedMethods = new HashSet(Arrays.asList("GET", "HEAD", "TRACE", "OPTIONS"));
 }
  public boolean matches(HttpServletRequest request) {
   return !this.allowedMethods.contains(request.getMethod());
  }
 }
}

禁用Csrf

@EnableWebSecurity
public class WebSecurityConfig extends
WebSecurityConfigurerAdapter {

@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
 http
//关闭打开的csrf保护
 .csrf().disable();
}
}

用户登录时，系统发放一个CsrfToken值，用户携带该CsrfToken值与用户名、密码等参数完成登录。系统记录该会话的 CsrfToken 值，之后在用户的任何请求中，都必须带上该CsrfToken值，并由系统进行校验。

这种方法需要与前端配合，包括存储CsrfToken值，以及在任何请求中（包括表单和Ajax）携带CsrfToken值。安全性相较于HTTP Referer提高很多，如果都是XMLHttpRequest，则可以统一添加CsrfToken值；但如果存在大量的表单和a标签，就会变得非常烦琐。

SpringSecurity中使用Csrf Token

Spring Security通过注册一个CsrfFilter来专门处理CSRF攻击，在Spring Security中，CsrfToken是一个用于描述Token值，以及验证时应当获取哪个请求参数或请求头字段的接口

public interface CsrfToken extends Serializable {
 String getHeaderName();
 String getParameterName();
 String getToken();
}
//CsrfTokenRepository则定义了如何生成、保存以及加载CsrfToken。
public interface CsrfTokenRepository {
 CsrfToken generateToken(HttpServletRequest request);
 void saveToken(CsrfToken token, HttpServletRequest request,
     HttpServletResponse response);
 CsrfToken loadToken(HttpServletRequest request);
}

HttpSessionCsrfTokenRepository

在默认情况下，Spring Security加载的是一个HttpSessionCsrfTokenRepository

HttpSessionCsrfTokenRepository 将 CsrfToken 值存储在 HttpSession 中，并指定前端把CsrfToken 值放在名为“_csrf”的请求参数或名为“X-CSRF-TOKEN”的请求头字段里（可以调用相应的设置方法来重新设定）。校验时，通过对比HttpSession内存储的CsrfToken值与前端携带的CsrfToken值是否一致，便能断定本次请求是否为CSRF攻击。

<input type='hidden' name='${_csrf.parameterName}' value='${_csrf.token}'>

这种方式在某些单页应用中局限性比较大，灵活性不足。

CookieCsrfTokenRepository

Spring Security还提供了另一种方式，即CookieCsrfTokenRepository

CookieCsrfTokenRepository 是一种更加灵活可行的方案，它将 CsrfToken 值存储在用户的cookie内。减少了服务器HttpSession存储的内存消耗，并且当用cookie存储CsrfToken值时，前端可以用JavaScript读取（需要设置该cookie的httpOnly属性为false），而不需要服务器注入参数，在使用方式上更加灵活。

存储在cookie中是不可以被CSRF利用的，cookie 只有在同域的情况下才能被读取，所以杜绝了第三方站点跨域获取 CsrfToken 值的可能。CSRF攻击本身是不知道cookie内容的，只是利用了当请求自动携带cookie时可以通过身份验证的漏洞。但服务器对 CsrfToken 值的校验并非取自 cookie，而是需要前端手动将CsrfToken值作为参数携带在请求里

下面是csrfFilter的过滤过程

@Override
 protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request,
   HttpServletResponse response, FilterChain filterChain)
     throws ServletException, IOException {
  request.setAttribute(HttpServletResponse.class.getName(), response);
    
    //获取到cookie中的csrf Token（CookieTokenRepository）或者从session中获取（HttpSessionCsrfTokenRepository）
  CsrfToken csrfToken = this.tokenRepository.loadToken(request);
  final boolean missingToken = csrfToken == null;
    //加载不到，则证明请求是首次发起的，应该生成并保存一个新的 CsrfToken 值
  if (missingToken) {
   csrfToken = this.tokenRepository.generateToken(request);
   this.tokenRepository.saveToken(csrfToken, request, response);
  }
  request.setAttribute(CsrfToken.class.getName(), csrfToken);
  request.setAttribute(csrfToken.getParameterName(), csrfToken);

    //排除部分不需要验证CSRF攻击的请求方法（默认忽略了GET、HEAD、TRACE和OPTIONS）
  if (!this.requireCsrfProtectionMatcher.matches(request)) {
   filterChain.doFilter(request, response);
   return;
  }

    //实际的token从header或者parameter中获取
  String actualToken = request.getHeader(csrfToken.getHeaderName());
  if (actualToken == null) {
   actualToken = request.getParameter(csrfToken.getParameterName());
  }
  if (!csrfToken.getToken().equals(actualToken)) {
   if (this.logger.isDebugEnabled()) {
    this.logger.debug("Invalid CSRF token found for "
      + UrlUtils.buildFullRequestUrl(request));
   }
   if (missingToken) {
    this.accessDeniedHandler.handle(request, response,
      new MissingCsrfTokenException(actualToken));
   }
   else {
    this.accessDeniedHandler.handle(request, response,
      new InvalidCsrfTokenException(csrfToken, actualToken));
   }
   return;
  }

  filterChain.doFilter(request, response);
 }

用户想要坚持CSRF Token在cookie中。 默认情况下CookieCsrfTokenRepository将编写一个名为 XSRF-TOKEN的cookie和从头部命名 X-XSRF-TOKEN中读取或HTTP参数 _csrf。

//代码如下：
.and().csrf().csrfTokenRepository(CookieCsrfTokenRepository.withHttpOnlyFalse())

我们在日常使用中，可以采用header或者param的方式添加csrf_token，下面示范从cookie中获取token

<form action="/executeLogin" method="post">
<p>Sign in to continue</p>
<div class="lowin-group">
 <label>用户名 <a href="#" rel="external nofollow" rel="external nofollow" class="login-back-link">Sign in?</a></label>
 <input type="text" name="username" class="lowin-input">
</div>
<div class="lowin-group password-group">
 <label>密码 <a href="#" rel="external nofollow" rel="external nofollow" class="forgot-link">Forgot Password?</a></label>
 <input type="password" name="password" class="lowin-input">
</div>
<div class="lowin-group">
 <label>验证码</label>
 <input type="text" name="kaptcha" class="lowin-input">
 <img src="/kaptcha.jpg" alt="kaptcha" height="50px" width="150px" style="margin-left: 20px">
</div>
<div class="lowin-group">
 <label>记住我</label>
 <input name="remember-me" type="checkbox" value="true" />
</div>
<input type="hidden" name="_csrf">
<input class="lowin-btn login-btn" type="submit">
</form>
 <script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/jquery/3.2.1/jquery.min.js"></script> 
<script>
 $(function () {
  var aCookie = document.cookie.split("; ");
  console.log(aCookie);
  for (var i=0; i < aCookie.length; i++)
  {
   var aCrumb = aCookie[i].split("=");
   if ("XSRF-TOKEN" == aCrumb[0])
    $("input[name='_csrf']").val(aCrumb[1]);
  }
 });
</script>

注意事项

springSecurity配置了默认放行， 不需要通过csrfFilter过滤器检测的http访问方式

private static final class DefaultRequiresCsrfMatcher implements RequestMatcher {
  private final HashSet<String> allowedMethods = new HashSet<>(
    Arrays.asList("GET", "HEAD", "TRACE", "OPTIONS"));
  @Override
  public boolean matches(HttpServletRequest request) {
   return !this.allowedMethods.contains(request.getMethod());
  }
 }

之所以会有上面默认的GET,HEAD,TRACE,OPTIONS方式，是因为

如果这个http请求是通过get方式发起的请求，意味着它只是访问服务器 的资源，仅仅只是查询，没有更新服务器的资源，所以对于这类请求，spring security的防御策略是允许的；

如果这个http请求是通过post请求发起的， 那么spring security是默认拦截这类请求的

因为这类请求是带有更新服务器资源的危险操作，如果恶意第三方可以通过劫持session id来更新 服务器资源，那会造成服务器数据被非法的篡改，所以这类请求是会被Spring security拦截的，在默认的情况下，spring security是启用csrf 拦截功能的，这会造成，在跨域的情况下，post方式提交的请求都会被拦截无法被处理（包括合理的post请求），前端发起的post请求后端无法正常 处理，虽然保证了跨域的安全性，但影响了正常的使用，如果关闭csrf防护功能，虽然可以正常处理post请求，但是无法防范通过劫持session id的非法的post请求，所以spring security为了正确的区别合法的post请求，采用了token的机制 。

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