密碼安全與會(huì)話安全
對(duì)于登錄大家并不陌生，訪問系統(tǒng)幾乎都需要登錄。因?yàn)橄到y(tǒng)也不知道是誰在訪問，所以需要你告訴系統(tǒng)你是誰，還需要證明你真的是你，如何證明?給系統(tǒng)展示你的密碼，因?yàn)槊艽a只有你才擁有，你有這個(gè)密碼，你就能證明你真的是你，這就是一個(gè)登錄。
看似簡(jiǎn)單的幾個(gè)步驟，但里面涉及的安全問題卻有很多。
密碼儲(chǔ)存安全
首先我們看關(guān)于密碼存儲(chǔ)安全的問題。系統(tǒng)服務(wù)器需要存儲(chǔ)用戶密碼，才能在用戶登錄時(shí)驗(yàn)證密碼的正確性，但存儲(chǔ)就會(huì)有泄露的風(fēng)險(xiǎn)，比如數(shù)據(jù)庫(kù)被偷，服務(wù)器被入侵，內(nèi)部員工泄露數(shù)據(jù)，被撞庫(kù)等風(fēng)險(xiǎn)。因此我們需要認(rèn)真地考慮如何安全存儲(chǔ)用戶密碼。
我認(rèn)為作為一名軟件開發(fā)工程師， 嚴(yán)禁明文存儲(chǔ)密碼是common sense。那該如何解決不能明文存儲(chǔ)密碼的問題?也許看官你會(huì)說，md5 ?沒錯(cuò)，md5 可以。那么md5屬于什么?它是一種單向散列算法，單向散列算法主要就是通過算法生成一個(gè)摘要，來解決密碼不能明文化問題。比如：
- md5(123456) = e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e
這樣雖然能解決密碼不明文化，但是它還是會(huì)存在安全問題。因?yàn)楝F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力實(shí)在太強(qiáng)了，一秒可以計(jì)算十億次 ，可以通過窮舉對(duì)比的方式破解密碼。這也就是所謂的彩虹表攻擊。
解決被彩虹表攻擊的問題對(duì)密碼也有一定的要求，比如要求密碼的復(fù)雜度，需要不同類型的字符進(jìn)行組合，在生成摘要時(shí)加點(diǎn)鹽來防止窮舉破解密碼。但這就安全了嗎?還不夠。一次算法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠滿足安全要求，如md5(md5(md5(password+salt)))，現(xiàn)在往往采用自適應(yīng)的方式來存儲(chǔ)密碼，可以設(shè)置重復(fù)計(jì)算一萬次，鹽使用隨機(jī)生成的16+位字符串。
這種方式雖然性能不會(huì)很好，但對(duì)于密碼生成摘要存儲(chǔ)來說，性能不好往往是好事，畢竟用戶注冊(cè)或修改密碼只是一次操作，用戶是可以接受的，但對(duì)于黑客來說，這是致命的，黑客從原來的一秒產(chǎn)生幾百萬甚至上千萬的md5值，變成了一秒只能產(chǎn)生一個(gè)，黑客想要破解一個(gè)密碼，從現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)算力來看，需要上千年的時(shí)間。目前推薦的使用密碼存儲(chǔ)算法已不再推薦md5了，推薦采用Bcrypt Scrypt pdkdf2算法。
(很多可以通過MD5/SHA值進(jìn)行反向查詢，都是已經(jīng)存儲(chǔ)了大量的彩虹表)
密碼傳輸安全
解決了密碼存儲(chǔ)安全，再來看密碼傳輸安全。有人會(huì)說使用https就能解決網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩珕栴}，但這還是不夠。瀏覽器到認(rèn)證服務(wù)器之間請(qǐng)求可能會(huì)經(jīng)過一層或多層gateway，如nginx，zuul，spring cloud gateway等。很多系統(tǒng)都是在gateway處安裝證書設(shè)置https協(xié)議，瀏覽器到gateway處是加密傳輸?shù)?，但gateway到認(rèn)證服務(wù)器還是http協(xié)議。
攻擊人可以在這條鏈路上竊取明文密碼，那全鏈路https不就可以解決問題了?還不夠，這些gateway內(nèi)部都可能會(huì)接觸到明文密碼，都有密碼泄露的風(fēng)險(xiǎn)，有些gateway不是我們負(fù)責(zé)的，無法保證他人會(huì)不會(huì)開個(gè)后門拿出明文密碼，或者安全意識(shí)較低的程序員打印日志不小心把明文密碼打印出來。那如何解決這個(gè)問題?我們可以采用瀏覽器傳輸密碼之前就對(duì)密碼先加密的方法。
加密方式分為對(duì)稱加密與非對(duì)稱加密。
對(duì)稱加密：加密與解密用的是同一個(gè)密鑰。如DES，AES非對(duì)稱加密：加密與解密用的是不同的密鑰，一個(gè)叫公鑰，一個(gè)叫私鑰，公鑰加密的數(shù)據(jù)只能由對(duì)應(yīng)的私鑰才能解，如RSA。
如果采用對(duì)稱加密方式，需要瀏覽器在調(diào)登錄api之前，先獲取認(rèn)證服務(wù)器的密鑰，拿到密鑰后對(duì)密碼進(jìn)行加密傳輸，經(jīng)過的gateway都只能獲取密文，密碼到了認(rèn)證服務(wù)器，認(rèn)證服務(wù)器再通過密鑰對(duì)密文進(jìn)行解密，獲取到密碼明文，就可以進(jìn)行密碼驗(yàn)證。但有一個(gè)安全問題，瀏覽器獲取密鑰也會(huì)經(jīng)過gateway，如果gateway把密鑰也打印到了日志中，密文也打印到了日志中，那攻擊人同樣可以通過日志獲取明文密碼。
既然對(duì)稱加密不可取，我們來看看非對(duì)稱加密。瀏覽器登錄前經(jīng)過gateway獲取認(rèn)證服務(wù)器的公鑰，使用公鑰進(jìn)行加密，最終密文到認(rèn)證服務(wù)器，再通過私鑰解密拿到明文密碼進(jìn)行密碼認(rèn)證。這種方式gateway只能拿到公鑰和密文，無法解密，就算打印到日志中，攻擊人無法拿到明文密碼了。
但這樣就安全了嗎?
如果攻擊人拿gateway中的密文直接去調(diào)認(rèn)證服務(wù)器中的登錄api，認(rèn)證服務(wù)器一樣可以通過私鑰進(jìn)行解密，并登錄成功。所以我們還需要加一些限制：保證密文有過期時(shí)間，并且是只能使用一次。
瀏覽器獲取認(rèn)證服務(wù)器公鑰時(shí)，攜帶用戶名到認(rèn)證服務(wù)器，認(rèn)證服務(wù)器生成隨機(jī)數(shù)并與用戶名關(guān)聯(lián)，隨機(jī)數(shù)只保存5分鐘，隨機(jī)數(shù)與公鑰一起返回給瀏覽器。瀏覽器使用隨機(jī)數(shù)加密碼通過公鑰一起加密調(diào)登錄api，認(rèn)證服務(wù)器通過私鑰解密，獲取到明文密碼與隨機(jī)數(shù)，驗(yàn)證隨機(jī)數(shù)的有效性與合法性，都正常就進(jìn)行正常登錄，比較完隨機(jī)數(shù)后立刻刪除隨機(jī)數(shù)，如不正常拒絕登錄。
攻擊人就算獲取到了密碼密文，公鑰，隨機(jī)數(shù)，也只能在5分鐘之內(nèi)趕在gateway正常請(qǐng)求登錄之前，發(fā)起登錄攻擊，但這個(gè)難度太大。還有就是認(rèn)證服務(wù)器保證客戶端是gateway或可信的服務(wù)發(fā)起的請(qǐng)求，認(rèn)證服務(wù)器可以對(duì)客戶端做白名單限制，方式有很多種，在這就不一一贅述了。
但現(xiàn)在就安全了嗎?還真不一定。如果攻擊人攻破了gateway，在瀏覽器請(qǐng)求認(rèn)證服務(wù)器獲取公鑰時(shí)，gateway返回攻擊人頒發(fā)的公鑰，待用戶輸入完賬號(hào)密碼后，瀏覽器雖然進(jìn)行了加密，數(shù)據(jù)到了gateway，攻擊人再通過自己的私鑰進(jìn)行解密拿到明文密碼，再通過明文密碼在登錄頁(yè)進(jìn)行正常的登錄，同樣可以登錄成功。因此瀏覽器也需要做安全驗(yàn)證，驗(yàn)證公鑰的合法性。
認(rèn)證服務(wù)器可以采用CA機(jī)構(gòu)頒發(fā)的公鑰，認(rèn)證服務(wù)器與瀏覽器都相信CA機(jī)構(gòu)(做安全總得相信點(diǎn)東西，如果什么都不信任就沒法做安全了，有永無止境的安全問題)，通過CA機(jī)構(gòu)的方式驗(yàn)證公鑰的合法性來避免中間人篡改公鑰的問題(講得不是很清楚，比如CA機(jī)構(gòu)是個(gè)啥，為什么CA機(jī)構(gòu)可信?這里面可聊的話題太多，有興趣可以查看《密碼學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全》等書籍或一起探討研究)。
那密碼安全了嗎?還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。比如黑客知道了你密碼的長(zhǎng)度，可以不斷地調(diào)登錄或修改密碼的接口來試錯(cuò)，總會(huì)試出來正確的密碼，因此需要對(duì)任何會(huì)驗(yàn)證密碼合法性的接口都需要加頻率限制。如登錄連續(xù)錯(cuò)了5次鎖5分鐘，再錯(cuò)5次鎖半小時(shí)，防止黑客試出密碼。但這種方式也有問題。如競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手公司不斷地使用用戶的賬號(hào)和錯(cuò)誤的密碼去登錄，導(dǎo)致用戶的賬號(hào)一直處于被鎖狀態(tài)，正常用戶也沒法使用，這就違背了安全中的可用性。那就需要加ip限制和驗(yàn)證碼機(jī)制了。為了用戶的體驗(yàn)性，可以做成第一次登錄用戶可以正常登錄，錯(cuò)誤之后，就需要使用驗(yàn)證碼的方式登錄，超過5次鎖定賬號(hào)，同一ip登錄錯(cuò)誤次數(shù)過多，將ip加入黑名單中。
無密碼安全
密碼有很多安全問題，復(fù)雜密碼對(duì)于用戶來說也挺麻煩的，那采用無密碼技術(shù)。沒有密碼是不是就安全了呢?雖然現(xiàn)在可以采用指紋登錄與刷臉登錄，但新的安全問題也隨之而來。密碼是需要私密性的，但指紋可以從照片中獲取，美國(guó)國(guó)防部某個(gè)官員因在拍照時(shí)露出了大拇指，隨后就有了這個(gè)大拇指的清晰指紋圖(拍照的時(shí)候不要剪刀手或點(diǎn)贊了，最好指紋對(duì)準(zhǔn)自己吧，手動(dòng)狗頭)。
還有就是存在不確定性，刷臉登錄時(shí)，如果燈光太暗或太亮，臉部受傷了，化妝了，那登錄能保證成功嗎?臉部相似的人，登錄時(shí)能保證區(qū)分開來嗎?如果不能就違背了賬號(hào)唯一性，日后審計(jì)也是個(gè)問題。還有一個(gè)問題就是不可修改。當(dāng)密碼泄露了可以修改密碼，但你的指紋已經(jīng)作為登錄憑據(jù)了，換個(gè)手指頭就好了，當(dāng)十個(gè)手指頭都用過了，那是不是該用腳指頭了?當(dāng)然無密碼肯定是比有密碼使用上更方便快捷，隨著技術(shù)的發(fā)展，這些問題也都會(huì)解決，只是也會(huì)有更多的安全問題。
我們?cè)賮砜磿?huì)話安全(密碼安全還有各種各樣的問題，篇幅有限，不再聊了)。
會(huì)話標(biāo)識(shí)儲(chǔ)存安全
登錄完成后，用戶不可能每一次操作都需要輸入密碼。因此系統(tǒng)需要記錄用戶的登錄狀態(tài)，又稱會(huì)話狀態(tài)。常見的做法是系統(tǒng)保存session。session存入用戶信息，生成隨機(jī)數(shù)sessionId，將sessionId返回瀏覽器，并存入瀏覽器的cookie中，下一次用戶訪問系統(tǒng)，攜帶cookie，系統(tǒng)通過cookie找到session，就可以知道用戶是誰
對(duì)于集群服務(wù)，用戶首次登陸，訪問的A服務(wù)器，A服務(wù)器存入session，下次訪問到了B服務(wù)器，B服務(wù)沒有session，認(rèn)為用戶沒有登陸，提示用戶需登陸，這是一個(gè)bug。我們將每臺(tái)服務(wù)器都識(shí)別到有session就可以解決這個(gè)問題了。session存入redis，登陸時(shí)往redis存session，之后都從redis取session。或者每臺(tái)服務(wù)器都有session，每臺(tái)服務(wù)器的session同步也能解決這個(gè)問題。
不管采用哪種方式，都有一個(gè)安全風(fēng)險(xiǎn)，sessionId給出去了，不論sessionId是隨機(jī)數(shù)生成還是加密算出來的字符串，黑客并不關(guān)心，黑客只關(guān)心這個(gè)字符串代表了用戶的會(huì)話狀態(tài)。黑客也不需要拿到密碼只需要拿到這個(gè)字符串，就可以模擬用戶進(jìn)行詐騙，轉(zhuǎn)賬，發(fā)表非法政治評(píng)論等非法活動(dòng)。
保護(hù)sessionId不被非法利用與保護(hù)密碼同等重要。大多數(shù)情況下sessionId存儲(chǔ)在cookie中，我們先了解cookie。
這是登錄okta后生成的其中一個(gè)cookie，有name，value，domain，path，Expires/Max-Age，Httponly，Secure等屬性，這里重點(diǎn)介紹其中幾個(gè)。
- Domain：cookie對(duì)于哪個(gè)域有效。這個(gè)cookie的域是thoughtworks.okta.com，則只有訪問thoughtworks.okta.com下的api，瀏覽器才會(huì)將該cookie發(fā)送至后端服務(wù)器。這個(gè)值可以包含子域，如設(shè)置domain為okta.com時(shí)，訪問thoughtworks.okta.com也會(huì)帶上該cookie。
- HttpOnly：當(dāng)值為true時(shí)，告訴瀏覽器不能通過js訪問到該cookie，只有在發(fā)送請(qǐng)求到后端時(shí)，才會(huì)攜帶該cookie。
- Secure：當(dāng)值為true時(shí)，告訴瀏覽器，只有訪問協(xié)議問https的api時(shí)，才會(huì)攜帶該cookie。
- Expires/Max-Age：cookie有兩種，本地cookie與session cookie。如果設(shè)置了cookie的過期時(shí)間則為本地cookie，不設(shè)置為session cookie。session cookie的特點(diǎn)是沒有具體的過期時(shí)間，隨著瀏覽器關(guān)閉而清除。本地cookie即使瀏覽器關(guān)閉也不會(huì)清除，而是到了時(shí)間自動(dòng)清除。這也是為什么關(guān)閉瀏覽器后再次打開瀏覽器有些系統(tǒng)需要重新登錄，而有些不需要的原因。
知道cookie的幾個(gè)特性后我們?cè)賮砜纯垂羧顺Ｓ玫膸追N攻擊方式：XSS攻擊，CSRF攻擊。
會(huì)話標(biāo)識(shí)傳輸安全
(1) XSS攻擊叫做跨站腳本攻擊，指用戶的輸入拼接了正常的html+js+css，變成了帶有攻擊性的html+js+css。瀏覽器可能無法識(shí)別具有攻擊性的html+js+css，按照正常的邏輯執(zhí)行代碼，這可能會(huì)導(dǎo)致攻擊人偷走cookie(XSS還有其他的危害，但這里僅討論與會(huì)話標(biāo)識(shí)相關(guān))。如果黑客在html中插入隱藏的form表單，通過document.cookie()獲取到瀏覽器中cookie，作為參數(shù)并自動(dòng)發(fā)送post請(qǐng)求到攻擊人的后端api中，攻擊人就可以拿到用戶的cookie，也就可以拿到sessionId了。這種方式可以通過設(shè)置cookie的HttpOnly為true來防止js獲取cookie值。從而避免通過XSS攻擊獲取sessionId。
(2) CSRF攻擊叫做跨站請(qǐng)求偽造。XSS攻擊是指本網(wǎng)站的代碼執(zhí)行攻擊腳本造成了對(duì)本網(wǎng)站的影響。CSRF攻擊則是用戶打開了其他網(wǎng)站，瀏覽器執(zhí)行了其他網(wǎng)站的攻擊腳本，卻對(duì)本網(wǎng)站造成了傷害。舉個(gè)例子，當(dāng)我在瀏覽器中登錄了某銀行的網(wǎng)站，進(jìn)行了轉(zhuǎn)賬操作，瀏覽器調(diào)用了
https://www.xxx.com/transfer?toBankId=123456&money=100，我的賬戶少了100塊，收到短信扣了100塊。這時(shí)來了一封郵件，標(biāo)題為你想得到力量嗎?內(nèi)容是一個(gè)鏈接，我點(diǎn)擊這個(gè)鏈接，看到url是www.yyy.com/index.htm，立馬又收到一個(gè)短信，我賬號(hào)又少了1000塊，我刷新下頁(yè)面，又少1000塊。打開頁(yè)面查看源碼，發(fā)現(xiàn)有個(gè)隱藏的標(biāo)簽，
src=https://www.xxx.com/transfer?toBankId=123456&money=1000。也就意味著每次刷新頁(yè)面，瀏覽器都會(huì)執(zhí)行一次
https://www.xxx.com/transfer?toBankId=123456&money=1000 GET請(qǐng)求。大多數(shù)瀏覽器有同源策略(協(xié)議\主機(jī)\端口組成源)，其中一個(gè)限制是同源的網(wǎng)頁(yè)才會(huì)共享cookie。但瀏覽器對(duì)html標(biāo)簽有白名單，img就是其中之一，通過img標(biāo)簽的src就可以發(fā)送get 請(qǐng)求，因訪問的是xxx(銀行)的域名，攜帶了cookie，銀行認(rèn)為是合法請(qǐng)求，轉(zhuǎn)賬成功。因img是get請(qǐng)求，那把轉(zhuǎn)賬等高危操作改成post接口不就可以了? 也不行，因?yàn)閒orm表單的post請(qǐng)求也在白名單中。
CSRF攻擊之所以成功，是因?yàn)楣羧丝梢酝耆珎卧煊脩舻恼?qǐng)求，那讓攻擊人無法偽造就可以解決這個(gè)問題了。在轉(zhuǎn)賬時(shí)，要求用戶再次輸入密碼或輸入驗(yàn)證碼，就可以解決CSRF攻擊。轉(zhuǎn)賬操作可以這么做，發(fā)表評(píng)論這類的操作，每次都要求用戶輸入密碼或驗(yàn)證碼用戶體驗(yàn)就很很差了。
(3) 還有Referer check，瀏覽器發(fā)送請(qǐng)求時(shí)，攜帶Referer header，值為網(wǎng)站url中的域名，異常轉(zhuǎn)賬時(shí)，雖然調(diào)用的www.xxx.com的api，但referer 值為www.yyy.com。在服務(wù)端只要驗(yàn)證Referer值就可以判斷這是不是一個(gè)CSRF攻擊。這種方式也有問題，就是完全相信了第三方(瀏覽器)。對(duì)于低版本的瀏覽器已經(jīng)有辦法可以篡改Referer值，高版本的瀏覽器目前無法篡改，如用戶使用低版本的瀏覽器，Referer check將無法保證安全性。
那還有什么辦法可以解決CSRF攻擊的問題? 我們來看下okta是如何做到解決這個(gè)問題的。我們登陸okta成功后，打開網(wǎng)頁(yè)源代碼查看html，搜索token可以看到
在span中保存了一個(gè)token值 我們?cè)賱?chuàng)建一個(gè)tab頁(yè)
打開瀏覽器的f12，查看網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，可以看到request header中有x-okta-xcrftoken這個(gè)header。
這就是為了解決CSRF攻擊的方式：CSRF Token方式。
csrf token工作原理就是在用戶登錄成功后，服務(wù)端生成token并保存一段時(shí)間，返回給瀏覽器，瀏覽器保存在html標(biāo)簽中。當(dāng)用戶操作訪問后端api時(shí)，將該token放入request header中。后端驗(yàn)證該token 的合法性即可判斷是否是CSRF攻擊。這種方式能生效的重點(diǎn)在于攻擊人無法拿到目標(biāo)網(wǎng)站的html。
最近在思考一個(gè)問題，就是如果黑客同時(shí)發(fā)起XSS攻擊和CSRF攻擊，這種方式是不是也失效了?黑客通過XSS攻擊，獲取到了CSRF token，攻擊人立馬發(fā)送釣魚郵件給目標(biāo)用戶，目標(biāo)用戶點(diǎn)擊了鏈接，網(wǎng)站打開時(shí)，先從黑客處獲取CSRF Token，并攜帶CSRF Token發(fā)起了CSRF攻擊，還有個(gè)前提是瀏覽器版本太低沒有Referer，那不就可以攻擊成功了?(我杞人憂天了嗎?) cookie+session有這么多安全需要考慮，那不要cookie+session不就沒這么多問題嗎?現(xiàn)在流行的jwt就可以做到無session的登錄認(rèn)證，但jwt也有各種各樣的安全問題。
【本文是51CTO專欄作者“ThoughtWorks”的原創(chuàng)稿件，微信公眾號(hào)：思特沃克，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者】
