Третий тип XSS: Межсайтовый скриптинг через DOM

Все мы знаем, что такое межсайтовый скриптинг, правда? Это уязвимость, при которой атакующий посылает злонамеренные данные (обычно это HTML, содержащий код Javascript), которые позднее возвращаются приложением, что вызывает исполнение Javascript кода. Итак, это неверно! Существует тип XSS атак не соответствующий этому определению, по крайней мере, в основных фундаментальных принципах. XSS атаки, определение которых приведено выше, подразделяются на моментальные (злонамеренные данные встраиваются в страницу, которая возвращается браузеру сразу же после запроса) и отложенные (злонамеренные данные возвращаются через некоторое время). Но есть еще третий тип XSS атак, в основе которого не лежит отправка злонамеренных данных на сервер. Несмотря на то, что это кажется противоречащим здравому смыслу, есть два хорошо описанных примера такой атаки. Эта статья описывает третий тип XSS атак – XSS через DOM (DOM Based XSS). Здесь не будет написано ничего принципиально нового об атаке, скорее новшество этого материала в выделении отличительных черт атаки, которые являются очень важными и интересными.

Разработчики и пользователи прикладных приложений должны понимать принципы атаки XSS через DOM, так как она представляет угрозу для web приложений и отличается от обычного XSS. В сети интернет есть много web приложений уязвимых к XSS через DOM и при этом проверенных на XSS и признанных “неуязвимыми” к этому типу атак. Разработчики и администраторы сайтов должны ознакомиться с методами обнаружения и защиты от XSS через DOM, так как эти методики отличаются от приемов, используемых при работе со стандартными XSS уязвимостями.

Введение

Читатель должен быть знаком с основными принципами XSS атак ([1], [2], [3], [4], [8]). Под XSS обычно подразумевается моментальный ([3]) и отложенный [4] межсайтовый скриптинг. При моментальном XSS злонамеренный код (Javascript) возвращается атакуемым сервером немедленно в качестве ответа на HTTP запрос. Отложенный XSS означает, что злонамеренный код сохраняется на атакуемой системе и позднее может быть внедрен в HTML страницу уязвимой системы. Как было упомянуто выше, такая классификация предполагает, что фундаментальное свойство XSS состоит в том, что злонамеренный код отсылается из браузера на сервер и возвращается в этот же браузер (моментальный XSS) или любой другой браузер (отложенный XSS). В этой статье поднимается вопрос о том, что это неверная классификация. Возможность осуществления XSS атаки, не основывающейся на внедрении кода в страницу, возвращаемую сервером, оказала бы серьезное влияние на методы защиты и обнаружения. Принципы таких атак обсуждаются в этой статье.

Пример и комментарии

Перед описанием простейшего сценария атаки важно подчеркнуть, что методы, описываемые здесь, уже неоднократно демонстрировались публично (например, [5], [6] и [7]). Я не претендую на то, что приведенные ниже методики описываются впервые (хотя некоторые из них имеют отличия от ранее опубликованных материалов).

Признаком уязвимого сайта может служить наличие HTML страницы, использующей данные из document.location, document.URL или document.referrer (или любых других объектов на которые может влиять атакующий) небезопасным способом.

Примечание для читателей незнакомых с этими объектами Javascript: когда код Javascript выполняется в браузере, он получает доступ к нескольким объектам, представленных в рамках DOM (Document Object Model – Объектная Модель Документа). Объект document является главным среди этих объектов и предоставляет доступ к большинству свойств страницы. Этот объект содержит много вложенных объектов, таких как location, URL и referrer. Они управляются браузером в соответствии с точкой зрения браузера (как будет видно ниже, это весьма существенно). Итак, document.URL и document.location содержат URL страницы, а точнее, то, что браузер подразумевает под URL. Обратите внимание, эти объекты не берутся из тела HTML страницы. Объект document содержит объект body, содержащий обработанный (parsed) HTML код страницы.

Не сложно найти HTML страницу, содержащую Javascript код, который анализирует строку URL (получив к ней доступ через document.URL или document.location) и в соответствии с ее значением выполняет некоторые действия на стороне клиенте. Ниже приведен пример такого кода.

По аналогии с примером в [2] рассмотрим следующую HTML страницу (предположим, что это содержание http://www.vulnerable.site/welcome.html):

<HTML>
<TITLE>Welcome!</TITLE>
Hi
<SCRIPT>
var pos=document.URL.indexOf("name=")+5;
document.write(document.URL.substring(pos,document.URL.length));
</SCRIPT>
<BR>
Welcome to our system
…
</HTML>

Однако запрос наподобие этого –

http://www.vulnerable.site/welcome.html?name=<script>alert(document.cookie)</script>

вызвал бы XSS. Рассмотрим, почему: браузер жертвы, получивший это ссылку, отправляет HTTP запрос на www.vulnerable.site и получает вышеупомянутую (статическую!) HTML страницу. Браузер жертвы начинает анализировать этот HTML код. DOM содержит объект document, имеющий поле URL, и это поле заполняется значением URL текущей страницы в процессе создания DOM. Когда синтаксический анализатор доходит до Javascript кода, он выполняет его, что вызывает модификацию HTML кода отображаемой страницы. В данном случае, код ссылается на document.URL и так как часть этой строки во время синтаксического разбора встраивается в HTML, который сразу же анализируется, обнаруженный код (alert(…)) выполняется в контексте той же самой страницы.

Замечания:

1. Злонамеренный код не встраивается в HTML страницу (в отличие от других разновидностей XSS).
2. Этот эксплойт будет работать при условии, что браузер не модифицирует символы URL. Mozilla автоматически кодирует символы ‘<’ и ‘>’ (в %3C и %3E соответственно) во вложенных объектах document. Если URL был напечатан напрямую в строке адреса, этот браузер неуязвим для атаки описанной в этом примере. Однако, если для атаки не нужны символы ‘<’ и ‘>’ (в исходном незакодированном виде) атаку можно осуществить. Microsoft Internet Explorer 6.0 не кодирует ‘<’ и ‘>’ и поэтому уязвим к описанной атаке без каких-либо ограничений. Однако существует много различных сценариев атаки, не требующих ‘<’ и ‘>’, и поэтому даже Mozilla не имеет иммунитета к этой атаке.

Методы обнаружения и предотвращения уязвимостей этого типа

В примере выше злонамеренный код все еще передается на сервер (как часть HTTP запроса), поэтому атака может быть обнаружена, так же как и любая другая XSS атака. Но это решаемая проблема.

Рассмотрим следующий пример:

http://www.vulnerable.site/welcome.html#name=<script>alert(document.cookie)<script>

Обратите внимание на символ ‘#’ справа от имени файла. Он говорит браузеру, что все после этого символа не является частью запроса. Microsoft Internet Explorer (6.0) и Mozilla не отправляет фрагмент после символа ‘#’ на сервер, поэтому для сервера этот запрос будет эквивалентен http://www.vulnerable.site/welcome.html, т.е. злонамеренный код даже не будет замечен сервером. Таким образом, благодаря этому приему, браузер не отправляет злонамеренную полезную нагрузку на сервер.

Но все же в некоторых случаях невозможно скрыть полезную нагрузку: в [5] и [6] злонамеренная полезная нагрузка является частью имени пользователи (username) в URL типа http://username@host/. В этом случае браузер отправляет запрос с заголовком Authorization, содержащий имя пользователи (злонамеренная полезная нагрузка), в результате чего злонамеренный код попадает на сервер (закодированный с помощью Base64 – следовательно IDS/IPS для обнаружения атаки должны вначале декодировать эти данные). Однако сервер не обязан внедрять эту полезную нагрузку в одну из доступных HTML страниц, хотя это является необходимым условием выполнения XSS атаки.

Очевидно, что в ситуациях, когда полезная нагрузка может быть полностью скрыта, средства обнаружения (IPS) и предотвращения (IPS, межсетевые экраны для web приложений) не могут полностью защитить от этой атаки. Даже если полезную нагрузку нужно отсылать на сервер, во многих случаях для избежания обнаружения она может быть преобразована определенным образом. Например, если какой-то параметр защищен (к примеру, параметр name в примере выше), небольшое изменение сценария атаки может принести результат:

http://www.vulnerable.site/welcome.html?notname=<script>(document.cookie)</script>

Более строгая политика безопасности требовала бы обязательной отсылки параметра name. В этом случае вы может сделать следующий запрос:

http://www.vulnerable.site/welcome.html?notname=<script>alert(document.cookie)<script>&name=Joe

Если политика безопасности ограничивает дополнительные имена параметров (например: foobar), можно использовать следующий вариант:

http://www.vulnerable.site/welcome.html?foobar=name=<script>alert(document.cookie)<script>&name=Joe

Обратите внимание, что игнорируемый параметр (foobar) должен идти первым и в своем значении содержать полезную нагрузку.

Сценарий атаки, описанный в [7], еще более предпочтителен для атакующего, так как в HTML страницу пишется полное значение document.location (Javascript код не производит поиск специфичного имени параметра). Таким образом, атакующий может полностью скрыть полезную нагрузку, отправив следующее:

  /attachment.cgi?id=&action=foobar#<script>alert(document.cookie)</script>

Даже если полезная нагрузка анализируется сервером, защита может гарантироваться только в том случае, если запрос будет отклонен или ответ будет заменен на некоторый текст ошибки. Обратимся снова к [5] и [6]: если заголовок Authorization будет просто удален промежуточной системой защиты, это не принесет никакого эффекта, если будет возвращена оригинальная страница. Аналогично любая попытка обработки данных на сервере, путем удаления или кодирования запрещенных символов, будет неэффективна против этой атаки.

В случае с document.referrer, полезная нагрузка отсылается на сервер через заголовок Referer. Однако если браузер пользователя или промежуточная защита удалит этот заголовок - не останется никаких следов атаки, которая можно пройти полностью незамеченной.

Подводя итоги, делаем вывод, что традиционные методы, а именно

1. Кодирование данных HTML на стороне сервера
2. Удаление/кодирование запрещенных входных данных на стороне сервера не работают против DOM XSS.

Автоматический поиск уязвимости путем “бомбардировки” злонамеренными данными (иногда называемый fuzzing) не будет работать, так как программы, использующие эту методику, обычно делают выводы на основе того, присутствуют ли внедренные данные в возвращенной странице или нет (вместо выполнения кода в контексте браузера на стороне клиента и наблюдения за результатами). Однако, если программа может статически анализировать код Javascript, обнаруженный на странице, она может указать на подозрительные признаки (см. ниже). И конечно, если средства защиты могут исполнять код Javascript (и корректно инициализировать DOM объекты) или эмулировать такое исполнение, они смогут обнаружить эту атаку.

Ручной поиск уязвимости с помощью браузера также будет работать, так как браузер может выполнять клиентский код Javascript. Средства поиска уязвимостей могут принять на вооружение этот метод и выполнять код на стороне клиента для слежения за результатами его выполнения.

Эффективная защита

1. Избегать перезаписи документа на стороне клиента, переадресацию или другие подобные действия, использующие данные на стороне клиента. Большинство этих действий может быть выполнено с использованием динамических страниц (на стороне сервера).

2. Анализ и повышение защищенности кода (Javascript) на стороне клиента. Ссылки на объекты DOM, на которые может влиять пользователь (атакующий), должны быть тщательно проверены. Особое внимание нужно уделять следующим объектам (но не ограничиваться ими):

   • document.URL
   • document.URLUnencoded
   • document.location (и его свойства)
   • document.referrer
   • window.location (и его свойства)

   Обратите внимание: на свойства объектов document и window можно сослаться несколькими способами: явно (пример - window.location), неявно (пример - location) или через получения дескриптора и использования его (пример - handle_to_some_window.location).

   Особое внимание нужно уделить коду, где модифицируется DOM, явно или есть потенциальная возможность, а также через прямой доступ к HTML или через доступ непосредственно к DOM. Примеры (это ни в коем случае не исчерпывающий список):

   • Запись в HTML код страницы:
     • document.write(…)
     • document.writeln(…)
     • document.body.innerHtml=…
   • Изменение DOM напрямую (включая события DHTML):
     • document.forms[0].action=… (и другие вариации)
     • document.attachEvent(…)
     • document.create…(…)
     • document.execCommand(…)
     • document.body. … (доступ к DOM через объект body)
     • window.attachEvent(…)
   • Изменение URL документа:
     • document.location=… (а также присвоение значений href, host и hostname объекта location)
     • document.location.hostname=…
     • document.location.replace(…)
     • document.location.assign(…)
     • document.URL=…
     • window.navigate(…)
   • Открытие/модификация объекта window:
     • document.open(…)
     • window.open(…)
     • window.location.href=… (а также присвоение значения host и hostname объекта location)
   • Выполнение скрипта напрямую:
     • eval(…)
     • window.execScript(…)
     • window.setInterval(…)
     • window.setTimeout(…)

   В продолжение вышеупомянутого примера, для эффективной защиты оригинальный скрипт может быть заменен следующим кодом, который проверяет строку, записываемую в HTML страницу на наличие только алфавитно-цифровых символов.

     <SCRIPT>
     var pos=document.URL.indexOf("name=")+5;
     var name=document.URL.substring(pos,document.URL.length);
     if (name.match(/^[a-zA-Z0-9]$/))
     {
          document.write(name);
     }
     else
     {
           window.alert("Security error");
     }
     </SCRIPT>
   

   Такая функциональности может быть (и, наверное, должна быть) реализована через универсальную библиотеку контроля данных (т.е. через набор функций Javascript, осуществляющий проверку/модификацию входных данных). Минусом этого способа является то, что принцип работы защиты доступен атакующим, т.к. защита реализована в HTML коде. Это упрощает анализ и планирование атаки. В примере выше ситуация достаточно простая, тогда как проверки защиты в более сложных скриптах далеки от совершенства, что дает возможность поиска путей обхода защиты.

3. Использовать строгие правила IPS, в которых, к примеру, странице welcome.html разрешено получать один единственный параметр, имеющий имя “name”, значение которого проверяется, и любое несоответствие (включая избыточные параметры или отсутствие параметров) приводит к отказу в обслуживании оригинальной страницы, также как и любое другой нарушение (например, заголовки Authorization или Referer, содержащие проблематичные данные). Хотя в некоторых случаях даже такие меры не гарантируют полную защиту от атаки.

Примечание об уязвимостях переадресации

Эта статья посвящена XSS, однако во многих случаях простое использование клиентского скрипта для (небезопасной) переадресации браузера к другому ресурсу сама по себе считается уязвимостью. В таких случаях вышеупомянутые методы и наблюдения также применимы.

Заключение

Несмотря на то, что большинство публично описанных XSS атак основываются на внедрении данных пользователя в возвращаемую HTML страницу, существуют XSS атаки не полагающиеся на внедрение данных на стороне сервера. Это имеет большое значение при обсуждении способов обнаружения и предотвращения XSS. До настоящего времени почти все публично описанные методики предполагают, что XSS заключается в том, что сервер получает от пользователя злонамеренные данные и внедряет их в HTML страницу. Так как это предположение не соответствует (или соответствует лишь частично) XSS атакам, описанным в этой статье, существующие методики потерпят неудачу при обнаружении и предотвращении атак такого типа.

XSS атаки, основанные на внедрении данных пользователя на стороне сервера, подразделяются на моментальные и отложенные. В свою очередь, я предлагаю третий тип XSS, не требующий внедрения данных на стороне сервера, назвать XSS через DOM (DOM Based XSS).

Ниже идет сравнение обычного XSS и XSS через DOM.

	Обычный XSS	XSS через DOM
Главная причина	Небезопасное внедрение клиентского ввода в возвращаемую HTML страницу	Небезопасное и неполностью контролируемое использование (в коде на стороне клиента) DOM объектов
Ошибку допускает	Web разработчик (CGI)	Web разработчик (HTML)
Тип страниц	Только динамические (CGI скрипты)	Обычно статические (HTML), но не обязательно
Обнаружение уязвимости	Внедрение данных вручную и анализ результата Автоматизированное внедрение данных и анализ результатов Аудит кода (нужен доступ к исходному коду страницы)	Внедрение данных вручную и анализ результата Аудит кода (может быть осуществлен удаленно!)
Обнаружение атаки	Логи web сервера Средства обнаружения атак в реальном времени (IDS, IPS, межсетевые экраны для web приложений)	Если возможно применение методов сокрытия атаки и эти методы используются, обнаружение атаки на стороне сервера невозможно
Эффективная защита	Проверка данных на стороне сервера Утилиты для предотвращения атак (IPS, межсетевые экраны для web приложений)	Проверка данных на стороне клиента (с помощью Javascript) Дополнительный уровень защиты на стороне сервера

Ссылки

Обратите внимание, нижеприведенные ссылки работали на момент написания статьи . Некоторые из этих материалов являются активными документами (live documents) и могут обновляться.

[1] “CERT Advisory CA-2000-02 - Malicious HTML Tags Embedded in Client Web Requests”, CERT, February 2nd, 2000
http://www.cert.org/advisories/CA-2000-02.html

[2] “Cross Site Scripting Explained”, Amit Klein, June 2002
http://crypto.stanford.edu/cs155/CSS.pdf

[3] “Cross-Site Scripting”, Web Application Security Consortium, February 23rd, 2004
http://www.webappsec.org/projects/threat/classes/cross-site_scripting.shtml

[4] “Cross Site Scripting (XSS) Flaws”, The OWASP Foundation, updated 2004
http://www.owasp.org/documentation/topten/a4.html

[5] “Thor Larholm security advisory TL#001 (IIS allows universal CrossSiteScripting)”, Thor Larholm, April 10th, 2002
http://www.cgisecurity.com/archive/webservers/iis_xss_4_5_and_5.1.txt

(см. также Microsoft Security Bulletin MS02-018 http://www.microsoft.com/technet/security/bulletin/MS02-018.mspx)

[6] “ISA Server Error Page Cross Site Scripting”, Brett Moore, July 16th, 2003
http://www.security-assessment.com/Advisories/ISA XSS Advisory.pdf

(см. также Microsoft Security Bulletin MS03-028 http://www.microsoft.com/technet/security/bulletin/MS03-028.mspx и более подробное описание в “Microsoft ISA Server HTTP error handler XSS”, Thor Larholm, July 16th, 2003 http://www.securityfocus.com/archive/1/329273)

[7] “Bugzilla Bug 272620 - XSS vulnerability in internal error messages”, reported by Michael Krax, December 23rd, 2004
https://bugzilla.mozilla.org/show_bug.cgi?id=272620

[8] “The Cross Site Scripting FAQ”, Robert Auger, May 2002 (revised August 2003)
http://www.cgisecurity.com/articles/xss-faq.shtml