Content Security Policy (CSP) 介绍

内容安全策略 (CSP) 是一个额外的安全层,用于检测并削弱某些特定类型的攻击,包括跨站脚本 (XSS) 和数据注入攻击等。无论是数据盗取、网站内容污染还是散发恶意软件,这些攻击都是主要的手段。

起因

当我不经意间在 Twitter 页面 view source 后,发现了惊喜。

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<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="utf-8" />
<title>Twitter</title>
<style>
body {
background-color: #ffffff;
font-family: sans-serif;
}
a {
color: #1da1f2;
}
svg {
color: #1da1f2;
display: block;
fill: currentcolor;
height: 21px;
margin: 13px auto;
width: 24px;
}
</style>
</head>
<body>
<noscript>

<center>If you’re not redirected soon, please <a href="/">use this link</a>.</center>
</noscript>
<script nonce="SG0bV9rOanQfzG0ccU8WQw==">

document.cookie = "app_shell_visited=1;path=/;max-age=5";

location.replace(location.href.split("#")[0]);
</script>
</body>
</html>

相比平时看到的其他站点的源码,可以说是很清爽了。没有乱七八糟的标签,功能却一样不少。特别有迷惑性,以为这便是页面所有的源码,但查看 DevTools 的 Source 面板后很容易知道这并不是真实的 HTML 代码。但为何页面源码给出的是如此清爽的版本,这里先不研究。

把目光移向 script 标签时,发现一个不认识的 nonce 属性。它以及它后面的神秘字符串成功引起了我的好奇。再去看 Google 首页的源码,也有好些 nonce 的运用。是时候去了解一下这里的 nonce 是什么了。

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! <script nonce="SG0bV9rOanQfzG0ccU8WQw==">

document.cookie = "app_shell_visited=1;path=/;max-age=5";

location.replace(location.href.split("#")[0]);
</script>

Content Security Policy (CSP)

要了解 nonce, 先了解 Content-Security-Policy(CSP)

我们都知道浏览器有同源策略(same-origin policy)的安全限制,即每个站点只允许加载来自和自身同域(origin)的数据,https://a.com 是无法从 https://b.com 加载到资源的。每个站点被严格限制在了自已的孤岛上,自己就是一个沙盒,这样很安全,整个网络不会杂乱无章。主要地,它能解决大部分安全问题。假若没有同源策略,恶意代码能够轻松在浏览器端执行然后获取各种隐私信息:银行帐号,社交数据等。

那网站间如何进行数据共享,当然是有办法的,了解下 CORS

现实中,问题是同源策略也并不是万无一失,跨域攻击 Cross-site scripting (XSS) 便包含五花八门绕开限制的手段,形式上通过向页面注入恶意代码完成信息的窃取或攻击。比如 UGC 类型的站点,因为内容依赖用户创建,这就开了很大一个口子,允许用户输入的内容运行在页面上。当然,因为我们都知道会有注入攻击,所以对用户输入的内容进行防 XSS 过滤也成了标配。

Content-Security-Policy 从另一方面给浏览器加了层防护,能极大地减少这种攻击的发生。

原理

CSP 通过告诉浏览器一系列规则,严格规定页面中哪些资源允许有哪些来源, 不在指定范围内的统统拒绝。相比同源策略,CSP 可以说是很严格了。

其实施有两种途径:

  • 服务器添加 Content-Security-Policy 响应头来指定规则
  • HTML 中添加 标签来指定 Content-Security-Policy 规则

mobile.twitter.com header 中的 CSP 规则

为了测试方便,以下示例均使用 <meta> 标签来开启 CSP 规则。但 <meta> 中有些指令是不能使用的,后面会了解到。只有响应头中才能使用全部的限制指令。

一个简单示例

创建一个 HTML 文件放入以下内容:

csp_test.html

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<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="script-src 'self' https://unpkg.com">
<title>CSP Test</title>
</head>
<body>
<script src="https://unpkg.com/react@16/umd/react.development.js"></script>
</body>
</html>

在该测试文件所在目录开启一个本地 server 以访问,这里使用 Python 自带的 server:

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python -m SimpleHTTPServer 8000

然后访问 localhost:8000 以观察结果:

符合 CSP 规则情况下的正常访问

然后我们将 Content-Security-Policy 改成不允许任何资源再试一下:

csp_test.html

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<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
- <meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="script-src 'self' https://unpkg.com">
+ <meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="script-src ‘none’">
<title>CSP Test</title>
</head>
<body>
<script src="https://unpkg.com/react@16/umd/react.development.js"></script>
</body>
</html>

触发 CSP 规则资源被 block 的情况

下面我们来解释这里设置的 CSP 规则及理解为何资源加载失败。

CSP 规则
无论是 header 中还是 <meta> 标签中指定,其值的格式都是统一的,由一系列 CSP 指令(directive)组合而成。

示例:

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Content-Security-Policy: <policy-directive>; <policy-directive>

这里 directive,即指令,是 CSP 规范中规定用以详细详述某种资源的来源,比如前面示例中使用的 script-src,指定脚本可以有哪些合法来源,img-src 则指定图片,以下是常用指令:

  • base-uri 限制可出现在页面 <base> 标签中的链接。
  • child-src 列出可用于 worker 及以 frame 形式嵌入的链接。 譬如: child-src https://youtube.com 表示只能从 Youtube 嵌入视频资源。
  • connect-src 可发起连接的地址 (通过 XHR, WebSockets 或 EventSource)。
  • font-src 字体来源。譬如,要使用 Google web fonts 则需要添加 font-src https://themes.googleusercontent.com 规则。
  • form-action <form> 标签可提交的地址。
  • frame-ancestors 当前页面可被哪些来源所嵌入(与 child-src 正好相反)。作用于 <frame>, <iframe>, <embed><applet>。 该指令不能通过 <meta> 指定且只对非 HTML文档类型的资源生效。
  • frame-src 该指令已在 level 2 中废弃但会在 level 3 中恢复使用。未指定的情况下回退到 tochild-src 指令。
  • img-src 指定图片来源。
  • media-src 限制音视频资源的来源。
  • object-src Flash 及其他插件的来源。
  • plugin-types 限制页面中可加载的插件类型。
  • report-uri 指定一个可接收 CSP 报告的地址,浏览器会在相应指令不通过时发送报告。不能通过 <meta> 标签来指定。
  • style-src 限制样式文件的来源。
  • upgrade-insecure-requests 指导客户端将页面地址重写,HTTP 转 HTTPS。用于站点中有大量旧地址需要重定向的情形。
  • worker-src CSP Level 3 中的指令,规定可用于 worker, shared worker, 或 service worker 中的地址。

child-srcframe-ancestors 看起来比较像。前者规定的是页面中可加载哪些 iframe,后者规定谁可以以 iframe 加载本页。 比如来自不同站点的两个网页 A 与 B,B,B 中有 iframe 加载了 A。那么

  • A 的 frame-ancestors 需要包含 B
  • B 的 child-src 需要包含 A

默认情况下,这些指令都是最大条件开放的,可以理解为其默认值为 *。比如 img-src,如果不明确指定,则可以从所有地方加载图片资源。

还有种特殊的指令 default-src,如果指定了它的值,则相当于改变了这些未指定的指令的默认值。可以理解为,上面 img-src 如果没指定,本来其默认值是 *,可以加载所有来源的图片,但设置 default-src 后,默认值就成了 default-src 指定的值。

常见的做法会设置 default-src ‘self’,这样所有资源都被限制在了和页面同域下。如果此时想要加载从 CDN 来的图片,将图片来源单独添加上即可。

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Content-Security-Policy: default-src ‘self’; img-src https://cdn.example.com

现在来看开头那个示例,也许现在就能看明白了。因为页面中需要从 CDN 加载 React 库,所以我们<meta> 标签指定了如下 CSP 规则:

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script-src 'self' https://unpkg.com

这里的 self 及后来改成的 none 是预设值,需用引号包裹,否则会当成 URI 来解析。这里的 CSP 规则表示页面中脚本只能从同域及 https://unpkg.com 加载。假如我们把后者去掉,同样会像上图截图那样 React 库会加载失败,同时控制台中会有加载失败的日志及被触发的规则列出来。

改成 none 之后表示页面不加载任何脚本,即使自己站点上的脚本都无法被加载执行。这里不妨试一下在 csp_test.html 旁边创建一个脚本文件 test.js:

test.js

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alert(‘来自 test.js 的问候!’)

同时在页面中引用它:

csp_test.html

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<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="script-src 'none'">
<title>CSP Test</title>
</head>
<body>
<script src="https://unpkg.com/react@16/umd/react.development.js"></script>
+ <script src="./test.js"></script>
</body>
</html>

页面执行结果:

script-src none 时页面将不加载任何脚本

是的,哪怕是自己的脚本也无法被加载执行。CSP 就是这样严格和明确,不存在模棱两可的情况。所以在指定来源时,我们需要确认 URI 是否正确。

指令可接受的值

指令后面跟的来源,有两种写法

  • 预设值
  • URI 通配符

预设值

其中预设值有以下这些:

  • none 不匹配任何东西。
  • self 匹配当前域,但不包括子域。比如 example.com 可以,api.example.com 则会匹配失败。
  • unsafe-inline 允许内嵌的脚本及样式。是的,没看错,对于页面中内嵌的内容也是有相应限制规则的。
  • unsafe-eval 允许通过字符串动态创建的脚本执行,比如 eval,setTimeout 等。

特别地,在 CSP 的严格控制下,页面中内联脚本及样式也会受影响,在没有明确指定的情况下,其不能被浏览器执行。

考虑下面的代码:

csp_test.html

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<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<title>CSP Test</title>
<style>
body{
color:red;
}
</style>
</head>
<body>
<h1>Hello, World!</h1>
<script>
window.onload=function(){
alert('hi jack!')
}
</script>
</body>
</html>

未指定 CSP 的情况

根据 MDN 上的描述,如果站点未指定 CSP 无则,浏览器默认不会开启相应检查,所以上面一切运行正常,只受正常的同域限制 。

If the site doesn’t offer the CSP header, browsers likewise use the standard same-origin policy.
— 来自 MDN 关于 Content Security Policy (CSP) 的描述

我们加上 CSP 限制:

csp_test.html

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<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
+ <meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="default-src 'self'">
<title>CSP Test</title>
<style>
body{
color:red;
}
</style>
</head>
<body>
<h1>Hello, World!</h1>
<script>
window.onload=function(){
alert('hi jack!')
}
</script>
</body>
</html>

配置站点默认只信息同域的资源,但注意,这个设置并不包含内联的情况,所以结果会如下图。

内联代码被禁止

如何修复它呢。如果我们想要允许页面内的内联脚本或样式,则需要明确地通过 script-src 和 style-src 指出来。

csp_test.html

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<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
! <meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="default-src 'self' ‘unsave-inline’">
<title>CSP Test</title>
<style>
body{
color:red;
}
</style>
</head>
<body>
<h1>Hello, World!</h1>
<script>
window.onload=function(){
alert('hi jack!')
}
</script>
</body>
</html>

这里 default-src 'self' ‘unsave-inline’ 配置默认可信的来源有这些: 和页面同域的,以及内联的。

刷新页面,样式及脚本又可以正常执行了。

通常是不建议使用 unsafe-inline 的(同样也不推荐使用 unsafe-eval),因为内联的脚本和样式维护不便,也不利用良好地组织代码。最佳实践是样式抽离到样式文件,脚本放到单独的 js 文件中加载,让 HTML 文件纯粹一点才是好的做法。即使是 onclick=“myHandler”href=“javascript:;” 这种平时常见的写法,也属于内联的脚本,是需要改造的。

如果页面中非得用内联的写法,还有种方式。即页面中这些内联的脚本或样式标签,赋值一个加密串,这个加密串由服务器生成,同时这个加密串被添加到页面的响应头里面。

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<script nonce=EDNnf03nceIOfn39fn3e9h3sdfa>
// 这里放置内联在 HTML 中的代码
</script>

页面 HTTP 响应头的 Content-Security-Policy 配置中包含相同的加密串:

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Content-Security-Policy: script-src 'nonce-EDNnf03nceIOfn39fn3e9h3sdfa'

注意这里的 nonce- 前缀。

这也就是文章开头看到的方式,到这里明白了。

<style> 标签也是类似的处理。

这里的加密串一定是随机不可预测的,否则达不到安全效果,且每次页面被访问时重新生成。

除了使用 noce 指定加密串,还可以通过混淆的 hash 值来达到目的。这种做法不需要在标签上加 nonce 而是将需要内嵌的代码本身使用加密算法生成 hash 后放入 CSP 指令中作为值使用,这里的加密算法支持 sha256, sha384 和 sha512。此时 CSP 中使用的前缀为相应的算法名。

hash 方式的示例:

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<script>alert('Hello, world.');</script>
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Content-Security-Policy: script-src 'sha256-qznLcsROx4GACP2dm0UCKCzCG-HiZ1guq6ZZDob_Tng='

eval

js 中好些地方是可以以字符串方式动态创建代码并执行,这被认为是不安全的,所以不推荐使用,一般最佳实践里都会提。

  • setTimeout/setInterval 可接收一段字符串作为代码执行。setTimout(‘alert(1)’,1000)。
  • eval 。eval(‘alert(1)’)。
  • Function 构造函数。 new Function(‘alert(1)’)。

和内联一样,有专门的指令 unsafe-eval 以允许类似代码的执行。但建议的做法是对于 evalFunction 构造器,杜绝使用,而 setTimeout/setInterval 可改造为非字符串形式。

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setTimout(function(){
alert(1);
}, 1000)

URI

除了上面的预设值,还可通过提供完整的 URI 或带通配符 * 的地址来匹配,以指定资源的合法来源。这里 URI 的规则和配置服务器的跨域响应头是一样的,参考 Same-origin policy

  • *://*.example.com:* 会匹配所有 example.com 的子域名,但不包括 example.com
  • http://example.comhttp://www.example.com 是两个不同的 URI。
  • http://example.com:80http://example.com 也是是两个不同的 URI,虽然网站默认端口就是 80

根据维基百科 Uniform Resource Identifier 页面 给出的解释,一个完整的 URI 由以下部分组成:
URI = scheme:[//authority]path[?query][#fragment]

其中 authority 又包含:
authority = [userinfo@]host[:port]

所以你可以认为其中某一项不同,那都是两个 URI。了解这点很重要,一如上面列出的第一条例子 *.example.com, 我们很容易先入为主地认为既然已经允许了该域名的所有子域名,那必然 example.com 也是合法的。

因为 URI 是进行动态匹配的,所以解释了上面提到的预设值缘何要加引号。因为如果不加引号的话, self 会表示 hostself 的资源地址,而不会表示原有的意思。

优先级
CSP 的配置是很灵活的。每条指令可指定多个来源,空格分开。而一条 CSP 规则可由多条指令组成,指令间用分号隔开。各指令间没有顺序的要求,因为每条指令都是各司其职。甚至一次响应中, Content-Security-Policy 响应头都可以重复设置。

我们来看这些情形下 CSP 的表现。

  • 对于设置了多次响应头的情况,最严格的规则会生效。比如下面两条响应头中,虽然 第二条中设置 connect-src 允许 http://example.com/,但第一条里面设置了 connect-srcnone,所以更加严格的 none 会生效。参见 Multiple content security policies
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Content-Security-Policy: default-src 'self' http://example.com;
connect-src 'none';
Content-Security-Policy: connect-src http://example.com/;
script-src http://example.com/
  • 同一指令多次指定,以第一个为准,后续的会被忽略。

csp_test.html

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<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="default-src 'self';default-src 'unsafe-inline';">
<title>CSP Test</title>
<style>
body{
color:red;
}
</style>
</head>
<body>
<h1>Hello, World!</h1>
<script>
window.onload=function(){
alert('hi jack!')
}
</script>
</body>
</html>

重复配置同一指令时效果展示

很智能地, 浏览器不仅会将检测不过的资源及指令打印出来,重复配置时被忽略的指令也会提示出来。

  • 指定 default-src 的情况下,它会充当 Fetch 类指令 的默认值。即 default-src 并不对所有指令生效,其他指令默认值仍是 *

发送报告

当检测到非法资源时,除了控制台看到的报错信息,也可以让浏览器将日志发送到服务器以供后续分析使用。接收报告的地址可在 Content-Security-Policy 响应头中通过 report-uri 指令来配置。当然,服务端需要编写相应的服务来接收该数据。

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Content-Security-Policy: default-src 'self'; ...; report-uri /my_amazing_csp_report_parser;

服务端拿到的是以 JSON 形式传来的数据。

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{
"csp-report": {
"document-uri": "http://example.org/page.html",
"referrer": "http://evil.example.com/",
"blocked-uri": "http://evil.example.com/evil.js",
"violated-directive": "script-src 'self' https://apis.google.com",
"original-policy": "script-src 'self' https://apis.google.com; report-uri http://example.org/my_amazing_csp_report_parser"
}
}

报告模式

CSP 提供了一种报告模式,该模式下资源不会真的被限制加载,只会对检测到的问题进行上报 ,以 JSON 数据的形式发送到 report-uri 指定的地方。

通过指定 Content-Security-Policy-Report-Only 而不是 Content-Security-Policy,则开启了报告模式。

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Content-Security-Policy-Report-Only: default-src 'self'; ...; report-uri /my_amazing_csp_report_parser;

当然,你也可以同时指定两种响应头,各自里的规则还会正常执行,不会互相影响。比如:

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Content-Security-Policy: img-src *;
Content-Security-Policy-Report-Only: img-src ‘none’; report-uri http://reportcollector.example.com/collector.cgi

这里图片还是会正常加载,但是 img-src ‘none’ 也会检测到并且发送报告。

报告模式对于测试非常有用。在开启 CSP 之前肯定需要对整站做全面的测试,将发现的问题及时修复后再真正开启,比如上面提到的对内联代码的改造。

推荐的做法

这样的安全措施当然是能尽快启用就尽快。以下是推荐的做法:

  • 先只开启报告模式,看影响范围,修改问题。
  • 添加指令时从 default-src ‘none’ 开始,查看报错,逐步添加规则直至满足要求。
  • 上线后观察一段时间,稳定后再由报告模式转到强制执行。

浏览器兼容性

目前发布的 Level 3 规范 中大部分还未被浏览器实现,通过 Can I Use 的数据 来看,除 IE 外,Level 2 的功能已经得到了很好的支持。这里还有一分来自 W3C 跟踪的各浏览器实现情况的统计:Implementation Report for Content Security Policy Level 2

对于浏览器不支持的情况,也不必担心,会回退到同源策略的限制上。

参考

原文:http://www.cnblogs.com/Wayou/p/intro_to_content_security_policy.html
作者: 刘哇勇

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