使用嚴格的內容安全政策 (CSP) 減少跨網站指令碼攻擊 (XSS)

Lukas Weichselbaum

跨網站指令碼攻擊 (XSS) 是一種可將惡意指令碼注入網頁應用程式的攻擊手法，是十多年來最大的網頁安全漏洞之一。

內容安全政策 (CSP) 是額外的安全防護層，有助於減輕 XSS 的影響。如要設定 CSP，請將 Content-Security-Policy HTTP 標頭新增至網頁，並設定值來控制使用者代理程式可為該網頁載入的資源。

本頁面說明如何使用以 Nonce 或雜湊為基礎的 CSP 來減輕 XSS 的影響，而非常見的以主機許可清單為基礎的 CSP，因為後者可能會在大多數設定中遭到略過，導致網頁暴露在 XSS 的攻擊之下。

重要術語：Nonce 是只會使用一次的隨機號碼，可用於將 <script> 標記標示為可信。

關鍵字：雜湊函式是一種數學函式，可將輸入值轉換為稱為雜湊的壓縮數值。您可以使用雜湊 (例如 SHA-256) 將內嵌 <script> 標記標示為可信任。

以 Nonce 或雜湊為基礎的內容安全政策通常稱為嚴格 CSP。如果應用程式使用嚴格的 CSP，發現 HTML 注入漏洞的攻擊者通常無法利用這些漏洞，強制瀏覽器在易受攻擊的文件中執行惡意指令碼。這是因為嚴格 CSP 只允許經過雜湊處理的指令碼，或在伺服器上產生正確的 Nonce 值的指令碼，因此攻擊者必須知道特定回應的正確 Nonce 值，才能執行指令碼。

為什麼要使用嚴格 CSP？

如果您的網站已有類似 script-src www.googleapis.com 的 CSP，可能無法有效防範跨網站攻擊。這種 CSP 稱為許可清單 CSP。這類方法需要大量自訂，且可能會遭到攻擊者略過。

以密碼編譯隨機值或雜湊為基礎的嚴格 CSP 可避免這些陷阱。

嚴格 CSP 結構

基本嚴格內容安全政策會使用下列任一 HTTP 回應標頭：

以 Nonce 為基礎的嚴格 CSP

Content-Security-Policy:
  script-src 'nonce-{RANDOM}' 'strict-dynamic';
  object-src 'none';
  base-uri 'none';

以雜湊為基礎的嚴格 CSP

Content-Security-Policy:
  script-src 'sha256-{HASHED_INLINE_SCRIPT}' 'strict-dynamic';
  object-src 'none';
  base-uri 'none';

下列屬性可讓 CSP 像這樣「嚴格」，因此更安全：

• 它會使用 Nonce 'nonce-{RANDOM}' 或雜湊 'sha256-{HASHED_INLINE_SCRIPT}'，指出網站開發人員信任在使用者瀏覽器中執行哪些 <script> 代碼。
• 它會設定 'strict-dynamic'，自動允許執行受信任指令碼建立的指令碼，藉此減少部署 nonce 或雜湊 CSP 的作業負擔。這也能解除大部分第三方 JavaScript 程式庫和小工具的封鎖。
• 這項功能並非以網址許可清單為基礎，因此不會受到常見的 CSP 規避方法影響。
• 它會封鎖不受信任的內嵌指令碼，例如內嵌事件處理常式或 javascript: URI。
• 限制 object-src 停用 Flash 等危險外掛程式。
• 這項設定會限制 base-uri，以阻止 <base> 代碼的注入。這可防止攻擊者變更從相對網址載入的指令碼位置。

採用嚴格 CSP

如要採用嚴格 CSP，您必須：

1. 決定應用程式是否應設定 Nonce 或 Hash 的 CSP。
2. 從「嚴格 CSP 結構」部分複製 CSP，並將其設為應用程式中的回應標頭。
3. 重構 HTML 範本和用戶端程式碼，移除與 CSP 不相容的模式。
4. 部署 CSP。

您可以在整個程序中使用 Lighthouse (v7.3.0 以上版本，並搭配標記 --preset=experimental) 最佳做法進行稽核，檢查網站是否有 CSP，以及 CSP 是否足夠嚴格，能有效防範 XSS。

步驟 1：決定是否需要 Nonce 或 Hash 的 CSP

以下說明兩種嚴格 CSP 的運作方式：

以 Nonce 為基礎的 CSP

使用以 Nonce 為基礎的 CSP，您可以在執行階段產生隨機數字，並將其納入 CSP，然後與網頁中的每個指令碼標記建立關聯。攻擊者必須猜測正確的隨機編號，才能在您的網頁中加入或執行惡意指令碼，這項做法只有在數字無法猜測，且每個回應在執行階段才新產生時才有效。

針對在伺服器上算繪的 HTML 網頁，使用以 Nonce 為基礎的 CSP。針對這些網頁，您可以為每個回應建立新的隨機數字。

雜湊 CSP

對於以雜湊為基礎的 CSP，每個內嵌指令碼標記的雜湊都會新增至 CSP。每個指令碼都有不同的雜湊值。攻擊者無法在您的網頁中加入或執行惡意指令碼，因為該指令碼的雜湊必須位於 CSP 中才能執行。

請為靜態提供的 HTML 網頁或需要快取的網頁，使用以雜湊為基礎的 CSP。舉例來說，您可以為使用 Angular、React 或其他架構建構的單頁面網頁應用程式，使用以雜湊為基礎的 CSP，這些應用程式會以靜態方式提供，且不經過伺服器端轉譯。

步驟 2：設定嚴格的 CSP 並準備指令碼

設定 CSP 時，您可以選擇以下幾種做法：

• 僅報表模式 (Content-Security-Policy-Report-Only) 或強制執行模式 (Content-Security-Policy)。在僅報表模式中，CSP 不會封鎖資源，因此網站上不會發生任何中斷情形，但您可以查看錯誤，並取得原本會遭封鎖的任何項目的報表。在本機設定 CSP 時，這並不是太重要，因為兩種模式都會在瀏覽器主控台中顯示錯誤。無論如何，執行模式都能協助您找出草稿 CSP 封鎖的資源，因為封鎖資源可能會導致網頁無法正常運作。在後續程序中，純報表模式最實用 (請參閱步驟 5)。
• 標頭或 HTML <meta> 標記。在本機開發時，<meta> 標記可讓您更輕鬆地調整 CSP，並快速查看 CSP 對網站的影響。不過，請注意：
  • 日後在正式環境中部署 CSP 時，建議您將其設為 HTTP 標頭。
  • 如果您想以僅報表模式設定 CSP，就必須將其設為標頭，因為 CSP 元標記不支援僅報表模式。

Content-Security-Policy:
  script-src 'nonce-{RANDOM}' 'strict-dynamic';
  object-src 'none';
  base-uri 'none';

const app = express();

app.get('/', function(request, response) {
  // Generate a new random nonce value for every response.
  const nonce = crypto.randomBytes(16).toString("base64");

  // Set the strict nonce-based CSP response header
  const csp = `script-src 'nonce-${nonce}' 'strict-dynamic'; object-src 'none'; base-uri 'none';`;
  response.set("Content-Security-Policy", csp);

  // Every <script> tag in your application should set the `nonce` attribute to this value.
  response.render(template, { nonce: nonce });
});

選項 B：以雜湊為基礎的 CSP 回應標頭

在應用程式中設定以下 Content-Security-Policy HTTP 回應標頭：

Content-Security-Policy:
  script-src 'sha256-{HASHED_INLINE_SCRIPT}' 'strict-dynamic';
  object-src 'none';
  base-uri 'none';

如果是多個內嵌指令碼，語法如下： 'sha256-{HASHED_INLINE_SCRIPT_1}' 'sha256-{HASHED_INLINE_SCRIPT_2}'。

動態載入來源指令碼

您可以使用內嵌指令碼動態載入第三方指令碼。

可由 CSP 允許

<script>
  var scripts = [ 'https://example.org/foo.js', 'https://example.org/bar.js'];

  scripts.forEach(function(scriptUrl) {
    var s = document.createElement('script');
    s.src = scriptUrl;
    s.async = false; // to preserve execution order
    document.head.appendChild(s);
  });
</script>

如要讓這個指令碼執行，您必須計算內嵌指令碼的雜湊，並將其新增至 CSP 回應標頭，取代 {HASHED_INLINE_SCRIPT} 預留位置。如要減少雜湊數量，您可以將所有內嵌指令碼合併為單一指令碼。如要瞭解實際應用方式，請參閱這個範例及其程式碼。

已遭 CSP 封鎖

<script src="https://example.org/foo.js"></script>
<script src="https://example.org/bar.js"></script>

CSP 會封鎖這些指令碼，因為這些指令碼並未以動態方式新增，且沒有與允許來源相符的 integrity 屬性。

指令碼載入考量事項

內嵌指令碼範例會新增 s.async = false，確保 foo 在 bar 之前執行，即使 bar 先載入也一樣。在這個程式碼片段中，s.async = false 不會在指令碼載入時封鎖剖析器，因為指令碼是動態新增的。剖析器只會在指令碼執行時停止，就像 async 指令碼一樣。不過，請注意使用此程式碼片段時：

• 在文件下載完成前，系統可能會執行一個或兩個指令碼。如果您希望文件在指令碼執行時就已準備就緒，請先等待 DOMContentLoaded 事件，再附加指令碼。如果指令碼未在足夠早的時間開始下載，導致效能問題，請在網頁上更早使用預先載入標記。
• defer = true 不會執行任何操作。如果需要這種行為，請在需要時手動執行指令碼。

步驟 3：重構 HTML 範本和用戶端程式碼

內嵌事件處理常式 (例如 onclick="…"、onerror="…") 和 JavaScript URI (<a href="javascript:…">) 可用於執行指令碼。這表示發現 XSS 錯誤的攻擊者可以插入這類 HTML 並執行惡意 JavaScript。使用 nonce 或雜湊的 CSP 會禁止使用這類標記。如果您的網站使用上述任一模式，就必須將這些模式重構為更安全的替代方案。

如果您在上一個步驟中已啟用 CSP，每次 CSP 封鎖不相容的模式時，您都會在主控台中看到 CSP 違規情形。

在大多數情況下，修正方式很簡單：

重構內嵌事件處理常式

<span id="things">A thing.</span>
<script nonce="${nonce}">
  document.getElementById('things').addEventListener('click', doThings);
</script>

<span onclick="doThings();">A thing.</span>

重構 javascript: URI

<a id="foo">foo</a>
<script nonce="${nonce}">
  document.getElementById('foo').addEventListener('click', linkClicked);
</script>

<a href="javascript:linkClicked()">foo</a>

從 JavaScript 中移除 eval()

如果應用程式使用 eval() 將 JSON 字串序列化轉換為 JS 物件，您應將這些例項重構為 JSON.parse()，這也是更快速的做法。

如果您無法移除所有 eval() 用途，仍可設定嚴格的 nonce 式 CSP，但必須使用 'unsafe-eval' CSP 關鍵字，這會讓政策的安全性稍微降低。

您可以在這個嚴格的 CSP 程式碼研究室中找到這些和其他類似重構的範例：

步驟 4 (選用)：新增備用方案以支援舊版瀏覽器

如果您需要支援舊版瀏覽器：

• 使用 strict-dynamic 時，必須為舊版 Safari 新增 https: 做為預設值。執行這項操作時：
  • 所有支援 strict-dynamic 的瀏覽器都會忽略 https: 備用方案，因此這不會降低政策的強度。
  • 在舊版瀏覽器中，只有來自 HTTPS 來源的外部來源指令碼才能載入。這種做法較不安全，但仍可防止一些常見的 XSS 攻擊，例如注入 javascript: URI。
• 為確保與非常舊的瀏覽器版本 (4 年以上) 相容，您可以新增 unsafe-inline 做為備用方案。如果存在 CSP 隨機字串或雜湊碼，所有近期的瀏覽器都會忽略 unsafe-inline。

Content-Security-Policy:
  script-src 'nonce-{random}' 'strict-dynamic' https: 'unsafe-inline';
  object-src 'none';
  base-uri 'none';

步驟 5：部署 CSP

確認 CSP 不會封鎖本機開發環境中的任何合法指令碼後，您就可以將 CSP 部署至測試環境，然後再部署至實際工作環境：

1. (選用) 使用 Content-Security-Policy-Report-Only 標頭，以僅報表模式部署 CSP。在開始強制執行 CSP 限制之前，您可以使用「僅報表」模式，測試可能會造成重大變更的變更，例如正式環境中的新 CSP。在僅提供報表模式下，CSP 不會影響應用程式的行為，但瀏覽器在遇到與 CSP 不相容的模式時，仍會產生主控台錯誤和違規報告，讓您瞭解哪些內容會對使用者造成影響。詳情請參閱「Reporting API」。
2. 當您確信 CSP 不會對使用者造成網站故障時，請使用 Content-Security-Policy 回應標頭部署 CSP。建議您使用 HTTP 標頭伺服器端設定 CSP，因為這比 <meta> 標記更安全。完成這個步驟後，CSP 就會開始保護應用程式免於遭受 XSS 攻擊。

限制

嚴格的 CSP 通常會提供額外的強大安全防護，有助於減輕 XSS 的影響。在大多數情況下，CSP 會拒絕 javascript: URI 等危險模式，大幅降低攻擊面。不過，根據您使用的 CSP 類型 (Nonce、Hash、是否含有 'strict-dynamic')，CSP 可能無法保護您的應用程式：

• 如果您使用 nonce 指令碼，但有直接插入 <script> 元素的內文或 src 參數。
• 如果動態建立的腳本 (document.createElement('script')) 位置有遭到注入的情況，包括任何依據引數值建立 script DOM 節點的程式庫函式。這包括一些常見的 API，例如 jQuery 的 .html()，以及 jQuery 3.0 以下版本的 .get() 和 .post()。
• 如果舊版 AngularJS 應用程式中含有範本注入程式，攻擊者可將內容植入 AngularJS 範本，進而執行任意 JavaScript。
• 如果政策包含 'unsafe-eval'，則會將資料插入 eval()、setTimeout() 和其他幾個鮮少使用的 API。

開發人員和安全防護工程師應在程式碼審查和安全性稽核期間，特別留意這類模式。如要進一步瞭解這些情況，請參閱「內容安全政策：強化與緩解之間的成功混亂」。

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