浏览器安全策略说之内容安全策略CSP

ZDNET安全频道 04月18日 综合消息： 

前言

2013年11月Veracode给出的报告指出，全球前1000000网站中仅有269个网站使用了W3C规范的CSP策略头Content-Security-Policy。而在2014年2月ZoomEye给出的测试报告中，国内排名前7000的域名没有使用CSP，国内1千万的域名（含子域名）中仅发现7个使用了CSP策略，其中还有3个网站CSP语法使用错误。

如果说CSP是一个伟大的安全策略，为何全球范围内网站使用率如此之低？是CSP自身的设计存在问题，还是网站管理员们没有去充分了解和利用它。CSP到底是一个什么样的安全策略，是像人们普遍说的它是XSS攻击的终结者吗？

带着以上的疑问，本文将从CSP的概念、发展时间轴、语法使用、如何正确部署CSP、CSP的自有特性、如何利用CSP产生攻击报告、CSP当前使用率、Bypass CSP等众多方面，来给大家全面介绍CSP这个伟大而又被忽视的安全策略。

一 CSP概念

内容安全策略（Content Security Policy，简称CSP）是一种以可信白名单作机制，来限制网站中是否可以包含某来源内容。默认配置下不允许执行内联代码（<script>块内容，内联事件，内联样式），以及禁止执行eval() , newFunction() , setTimeout([string], ...) 和setInterval([string], ...) 。

二 CSP发展时间轴

毋容置疑CSP是一个伟大的策略，但CSP从最初设计到被W3C认可制定成通用标准，却经历了一个漫长而曲折的过程。

1.CSP模型首次被提出

这要从2007年说起，当时XSS攻击已经在OWASP TOP10攻击中排名第一位，CSP的最初的设想就在这一年被Mozilla项目组的Gervase Markham和WEB安全界大牛Robert Hansen ‘rsnake’两人共同提出的。

2.浏览器首次使用CSP

2011年3月Firefox 4.0发布，首次把CSP当作一种正式的安全策略规范使用到浏览器中。当时火狐使用的是自己定义的X-Content-Security-Policy头。单从CSP推广上来看，Firefox4.0的发布是划时代的，虽然此时的CSP只是Firefox自己定义的一个内部标准。但在此之后，CSP的概念被全球迅速推广。

3.Chrome使用CSP

随后在2011年9月，谷歌在Chrome浏览器14.0版本发布时加入CSP，而Chrome浏览器使用的也是自己的CSP标准，它使用X-Webkit-CSP头进行对CSP的解析，这个头从字面上更能看出来Chrome浏览器使用的是Webkit内核。此时世界主流的2大浏览器Chrome、Firefox都已经支持了CSP。

4.W3C起草CSP标准

作为标准发布的W3C组织顺其自然在2011年11月在官网上发布了CSP1.0草案。W3C的CSP1.0草案的语法和Firefox和Chrome中截然不同，随着时间的推移1年后，W3C的CSP1.0草案已经到了推选阶段，基本可以正式发布。

5.全面支持W3C标准的CSP

在2012年2月Chrome25版本发布时，宣布支持W3C标准的CSP1.0。2013年6月Firefox宣布在23版本中全面支持W3C的CSP1.0标准。同样是在2013年6月，W3C发布CSP1.1标准，里面又加入了不少语法，现在大多浏览器还都不支持。IE10中开始支持CSP中的’sandbox’语法，其他语法暂不支持。

目前CSP各个浏览器支持情况可以去http://caniuse.com/#feat=contentsecuritypolicy查看

三   CSP语法

CSP1.0指令

CSP1.1新增指令

CSP语法

四   CSP默认特性

A.阻止内联代码执行

CSP除了使用白名单机制外，默认配置下阻止内联代码执行是防止内容注入的最大安全保障。

这里的内联代码包括：<script>块内容，内联事件，内联样式

1.    1 script代码，<script>……<scritp>
对于<script>块内容是完全不能执行的。例如：
<script>getyourcookie()</script>

2.    2内联事件。
<a href="" onclick="handleClick();"></a>
<a href="javascript:handleClick();"></a>

3.    3 内联样式
<div class="tab" style="display:none"></div>

虽然CSP中已经对script-src和style-src提供了使用”unsafe-inline”指令来开启执行内联代码，但为了安全起见还是慎用”unsafe-inline”。

B.EVAL相关功能被禁用

用户输入字符串，然后经过eval()等函数转义进而被当作脚本去执行。这样的攻击方式比较常见。于是乎CSP默认配置下，eval() , newFunction() , setTimeout([string], ...) 和setInterval([string], ...) 都被禁止运行。

比如：
alert(eval("foo.bar.baz"));
window.setTimeout("alert('hi')", 10);
window.setInterval("alert('hi')", 10);
new Function("return foo.bar.baz");
如果想执行可以把字符串转换为内联函数去执行。
alert(foo && foo.bar && foo.bar.baz);
window.setTimeout(function() { alert('hi'); }, 10);
window.setInterval(function() { alert('hi'); }, 10);
function() { return foo && foo.bar && foo.bar.baz };

同样CSP也提供了”unsafe-eval”去开启执行eval()等函数，但强烈不建议去使用”unsafe-eval”这个指令。

五   CSP例子

例子1
网站管理员想要所有的内容均来自网站自己的域，不包括子域
Content-Security-Policy: default-src 'self‘

例子2
网站管理员想要所有的内容来自网站自己的域，还有其他子域的内容
Content-Security-Policy: default-src 'self' *.mydomain.com

例子3
网站管理员想要网站接受信任任意域的图像，指定域的音频视频和指定域的脚本。
Content-Security-Policy: default-src 'self'; img-src *; media-src media1.com media2.com; script-src userscripts.example.com

在这条策略中，默认情况下，网站只允许加载自己域的内容。
但也有例外：
img-src * 使用*通配符可以加载任意域的图片。
media-src media1.com media2.com 视频音频只允许加载这两个域的
script-src userscripts.example.com 脚本只能加载
userscripts.example.com域的

 例子4
网站管理员确保在线银行所有内容都通过SSL加载，确保信息不会被截获。
Content-Security-Policy: default-src https://onlinebanking.jumbobank.com

例子5
看github.com的真实CSP例子。Github允许加载任何域的内容，但只能加载指定域的脚本，只能加载指定域的样式并可以执行内联样式，只能通过SSL加载指定域的flash插件。
Content-Security-Policy:default-src *;
script-src 'self'
https://github.global.ssl.fastly.net  https://ssl.google-analytics.com
https://collector-cdn.github.com  https://embed.github.com
https://raw.github.com;
style-src 'self' 'unsafe-inline'
https://github.global.ssl.fastly.net;
object-src https://github.global.ssl.fastly.net

在线CSP编写，可以协助和帮助网站管理员编写出适合自己站点的CSP。http://cspisawesome.com/

六   CSP的错误使用

CSP的语法和指令并不复杂，但如果没有充分了解网站业务和安全需求，错误的使用CSP则会适得其反。
（1）笔者在2013年底访问http://www.grosshandel-hahn.de/，发现CSP策略明显使用错误。

可以看到使用X-Content-Security-Policy-Report-Only。此头的意思是让浏览器只汇报日志，不阻止任何内容。但这条策略里却没有给出接收信息日志的地址。

（2）Content-Security-Policy: default-src https:; frame-src test.com;。这个策略方案是有问题的，此头限制https以外的所有资源，但又允许iframe通过http进行加载。现实中，这样的场景应该很难出现。

七   CSP分析报告

对于网站管理员来说CSP的一个强大功能是它可以产生试图攻击你网站的分析报告。你可以用report-uri指令使浏览器发送HTTP POST请求把攻击报告以JSON格式传送到你指定的地址。接下来给大家介绍你的站点如何配置来接收攻击报告。

1. 启用报告

默认情况下，违规报告不会发送。为了能使用违规报告，你必须使用report-uri指令，并至少提供一个接收地址。
Content-Security-Policy: default-src self; report-uri

http://reportcollector.example.com/collector.cgi
如果想让浏览器只汇报报告，不阻止任何内容，可以改用Content-Security-Policy-Report-Only头。

2.违规报告语法

该报告JSON对象包含以下数据：
blocked-uri：被阻止的违规资源
document-uri：拦截违规行为发生的页面
original-policy：Content-Security-Policy头策略的所有内容
referrer：页面的referrer
status-code：HTTP响应状态
violated-directive：违规的指令

3.违规报告例子

http://example.com/signup.html   中CSP 规定只能加载cdn.example.com的CSS样式。
Content-Security-Policy: default-src 'none'; style-src
cdn.example.com; report-uri /test/csp-report.php
signup.html中的代码类似与这样：
<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <title>Sign Up</title>
    <link rel="stylesheet" href="css/style.css">
  </head>
  <body>
    ... Content ...
  </body>
</html>

你能从上面的代码找出错误吗？策略是只允许加载cdn.example.com中的CSS样式。但signup.html试图加载自己域的style.css样式。这样违反了策略，浏览器会向
http://example.com/test/csp-report.php 发送POST请求提交报告，发送格式为JSON格式。

{
  "csp-report": {
    "document-uri": "http://example.com/signup.html",
    "referrer": "",
    "blocked-uri": "http://example.com/css/style.css",
    "violated-directive": "style-src cdn.example.com",
    "original-policy": "default-src 'none'; style-src cdn.example.com; report-uri /_/csp-reports",
  }
}

你从上面可以看到blocked-uri给出了详细的阻断地址http://example.com/css/style.css，但也并不是每次都是这样。比如试图从http://anothercdn.example.com/stylesheet.css 加载CSS样式时，浏览器将不会传送完整的路径，只会给出http://anothercdn.example.com/这个地址。这样做是为了防止泄漏跨域的敏感信息。

服务端csp-report.php代码可以这样写：
<?php
$file = fopen('csp-report.txt', 'a');
$json = file_get_contents('php://input');
$csp = json_decode($json, true);
foreach ($csp['csp-report'] as $key => $val) {
    fwrite($file, $key . ': ' . $val . "
");
}
fwrite($file, 'End of report.' . "
");
fclose($file);
?>

八   CSP的使用率统计

CSP的全球范围使用率非常低，而且增加的也非常缓慢。根据Veracode在2013年11月给出的报告指出，全球前1000000网站中仅有269个网站使用了W3C规范的CSP策略头Content-Security-Policy。584个网站在使用X-Content-Security-Policy策略头和487个网站在使用X-Webkit-CSP策略头，这两个协议头已经被废弃，但还没有被禁用。

而使用Content-Security-Policy-Report-Only进行单独接收攻击报告的网站只有24个。而统计中也指出，发现大量网站使用unsafe-inline这个指令，分析其原因可能是由于开发人员很难在页面中彻底消除内联脚本，这很让人失望，所有只能要求制定的CSP策略更加严谨。

http://blog.veracode.com/2013/11/security-headers-on-the-top-1000000-websites-november-2013-report/

对于国内网站使用CSP的情况，笔者委托ZoomEye对此进行了统计。2014年2月发来的统计结果在非常不乐观。根据ZoomEye的统计：国内排名前7000的域名没有使用CSP，国内1千万的域名（含子域名）中发现7个使用了CSP策略，其中还有3个网站CSP语法使用错误。7个网站中3个网站是知乎，知乎网站值得表扬。

列表如下：
www.zhihu.com
www.zhi.hu
zhimg.com
www.applysquare.com
www.pipapai.com CSP语法错误
www.icyprus.cn  CSP语法错误
www.uyitec.cn  CSP语法错误

在网站安全防御方面，我们还要有很长的路要走。虽然CSP安全策略头只是网站安全整体防御中的一小部分，但合理的利用还是可以起到很好的防护作用。然而在我们分析的百万网站中，CSP的使用率是极其的低，从这一点来说CSP在国内就应该广泛的给网站管理员进行科普。

九   CSP Bypass

一个安全策略从诞生开始将会时不时的有一个叫“Bypass”的小伙伴跟随左右。而从辩证角度来讲，多加载一种安全策略，就多了一种Bypass的维度。一旦Bypass出现，就意味着将有一种设计者没有考虑到的方法或技巧，将破坏策略的原有规则。

CSP也亦是如此，在一次次被绕过然后在一次次修复过程中，来完善自己的语法和指令。

1.bypass AngularJS系列绕过

AngularJS是为数不多的支持CSP模式的MVC框架，在早起版本中可以构造多种方式绕过CSP防御。

CSP Bypasses with AngularJS 1.0.8 and 1.1.5

例如：XSS via Click & Hover (ng-click & ng-mouseover attribute)

<?php

header('X-Content-Security-Policy: default-src \'self\' ajax.googleapis.com');

header('Content-Security-Policy: default-src \'self\' ajax.googleapis.com');

header('X-Webkit-CSP: default-src \'self\' ajax.googleapis.com');

header('Set-Cookie: abc=123');

?><!doctype html>

<html ng-app ng-csp>

<head>

<script src="http://ajax.googleapis.com/ajax/libs/angularjs/1.1.5/angular.min.js"></script>

</head>

<body ng-click="$event.view.alert(1)">

        Click me

        <h1 ng-mouseover="$event.target.ownerDocument.defaultView.alert(2)">Hover me</h1>

</body>

更多的可以看https://code.google.com/p/mustache-security/wiki/AngularJS

2.策略优先级绕过

在浏览器的保护策略中，有很多是重复的。比如A策略可以抵御C攻击，B策略也可以抵御C攻击。此处的抵御可以是阻断也可以是放行。于是当AB同时作用于C攻击上时，Bypass就可能发生。

（1）Iframe sandbox 和 CSP sandbox
当iframe sandbox允许执行JS，而CSP不允许执行JS，问题就发生了，CSP就被bypass了。
//evil.com
<iframe sandbox="allow-scripts" src="//victim.com/csp.html">
//victim.com
<?php
header('X-Content-Security-Policy: default-src \'self\'');
header('Content-Security-Policy: default-src \'self\'');
header('X-Webkit-CSP: default-src \'self\'');
header('Set-Cookie: abc=123');
?><!doctype html>
<body onclick="alert(1)">
Click me
</body>
详细的讨论可以看这里：https://bugzilla.mozilla.org/show_bug.cgi?id=886164

（2）XSS Auditor和CSP
关于XSS Auditor和CSP，这里笔者想进行一次更开放式的讨论。以Chrome中测试为例，当XSS Auditor和CSP同时作用到一段JS代码上，会有怎样一个效果呢。比如XSS Auditor设置的是阻断，CSP里设置unsafe-inline放行，结果还是被阻断。这是由于浏览器解析JS脚本的时候先使用了XSS auditor这层安全防御策略，所以CSP中的unsafe-inline这个指令并没有起作用，从广义的角度来看，CSP中的策略被Bypass了。浏览器的策略中，类似与这样的情况还有很多。比如下面介绍的这个。

（3） X-Frame-Options和CSP frame
当a.com设置X-Frame-Options:deny，b.com设置CSP frame-src a.com，那么b.com是否可以iframe a.com呢。测试中发现a.com还是不能被b.com包含的。你可以认为浏览器解析中，X-Frame-Options优先级大于CSP frame。

十   CSP总结

1.充分了解CSP安全策略的语法和指令，并最大程度的合理的去利用和部署这些策略，努力把安全策略发挥到极致，使其最终把危害降低到最低。

2.CSP并不能消除内容注入攻击，但可以有效的检测并缓解跨站攻击和内容注入攻击带来的危害。

3.CSP不是做为防御内容注入(如XSS)的第一道防线而设计，而最适合部署在纵深防御体系中。

4.关于为什么CSP的使用率如此之低。究其原因，CSP虽然提供了强大的安全保护，但是他也造成了如下问题：Eval及相关函数被禁用、内嵌的JavaScript代码将不会执行、只能通过白名单来加载远程脚本。这些问题阻碍CSP的普及，如果要使用CSP技术保护自己的网站，开发者就不得不花费大量时间分离内联的JavaScript代码和做一些调整。

5.没有被绕过的策略不是好的策略，而从辩证角度来讲，多加载一种安全策略，就多了一种Bypass的维度。在安全领域“Bypass”是一个曼妙而鬼魅的名字。

6.应该把CSP安全策略视为是一把可以直插心脏的锋利的尖刀，而不是一根电线杆子杵在那。

十一   参考

1.    http://www.w3.org/TR/CSP11/
2.    http://www.w3.org/TR/CSP/
3.    http://www.html5rocks.com/en/tutorials/security/content-security-policy/
4.    http://ruxcon.org.au/assets/slides/CSP-kuza55.pptx
5.    https://code.google.com/p/mustache-security/wiki/AngularJS
6.    http://content-security-policy.com/
7.    https://github.com/blog/1477-content-security-policy
8.    http://cspisawesome.com/
9.    https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Security/CSP/Using_Content_Security_Policy
10.    http://benvinegar.github.io/csp-talk-2013/#1
11.    http://caniuse.com/#feat=contentsecuritypolicy
12.    https://www.imququ.com/post/content-security-policy-reference.html
13.    http://docs.angularjs.org/api/ng.directive:ngCsp
14.    https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Security/CSP/Using_CSP_violation_reports
15.    http://stackoverflow.com/questions/14629534/json-post-in-php-csp-report
16.    http://mathiasbynens.be/notes/csp-reports
17.    http://www.madirish.net/556
18.    http://www.veracode.com/blog/2013/11/security-headers-on-the-top-1000000-websites-november-2013-report/
19.    https://github.com/google/CSP-Validator
20.    http://www.benmarshall.me/content-security-policy/
21.    http://www.slideshare.net/x00mario/jsmvcomfg-to-sternly-look-at-javascript-mvc-and-templating-frameworks
22.    http://trends.builtwith.com/javascript/Angular-JS
23.    http://developer.chrome.com/extensions/contentSecurityPolicy
24.    http://cs.ucsb.edu/~adoupe/static/dedacota-ccs2013.pdf