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DAY 4
1
Security

資安這條路：系統化學習網站安全與網站滲透測試系列 第 4 篇

資安這條路：Day 4 深入理解 HTTP 協定中的 CRLF 與漏洞實作

16th鐵人賽
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HTTP 協定中的 CRLF

前三篇介紹了網站架構、環境建立、域名系統等基礎知識。這次我們將深入探討 HTTP 協定中的 CRLF，理解其工作原理以及與網站安全之間的關係。

複習

前後端之間需要透過請求封包和回應封包進行溝通，中間透過 HTTP 協定，請求封包和回應封包就是 HTTP 請求封包與 HTTP 回應封包。

實作: 如何透過 curl 指令模擬瀏覽器送出請求封包與回應封包

curl nodelab.feifei.tw

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  • 思考: 為什麼沒有前面所介紹的請求封包和回應封包的標頭?

    • 因為 curl 指令預設只會顯示回應的 Body 部分，而不會顯示標頭。
    • 想要查看標頭需要加上 -i 參數。

實作: 如何透過 curl 指令查看標頭

curl -i nodelab.feifei.tw

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  • 使用 Linux 示範
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  • 思考: 加上 -i 參數可以看到回應封包的標頭，還有其他參數嗎?

    • curl 有非常多的參數
      • 可以使用 curl --help 查看所有參數的說明

實作: 查看 curl 的參數內容

curl --help

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  • 使用 Linux 示範
  • 思考: 從參數裡面，猜測印出 verbose 可能會有資訊
    • -v 參數可以顯示更詳細的請求和回應過程
      • 包括 DNS 查詢、連線建立、請求標頭、回應標頭等

實作: 查看 curl 送出的細節

curl -v nodelab.feifei.tw

  • 使用 -v 查看過程

    1. 針對 nodelab.feifei.tw 進行 DNS 查詢 IP
    2. 連線到 IP 並且送出 GET 請求
      • 觀察到 User-Agent 有 curl 的版本
    3. 查看回應封包的內容(標頭與 Body)

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  • 使用 Linux 示範
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可以發現 Linux 參數更多

  • 思考：觀察，為什麼請求封包跟回應封包都會多一個空格
    • CRLF 且分隔標頭與 Body

思考: 請求封包與回應封包

使用 curl -v nodelab.feifei.tw 指令
觀察 HTTP 請求和回應的詳細過程

  1. DNS 解析: * Host nodelab.feifei.tw:80 was resolved.
    • 這一行表示 curl 首先需要將域名 nodelab.feifei.tw 解析成對應的 IP 位址，才能與伺服器建立連線。
    • 解析過程會先查詢本地 DNS 快取，如果沒有找到，就會向 DNS 伺服器發送請求。
    • 從輸出結果 * IPv4: 172.104.100.165 可以看到，nodelab.feifei.tw 的 IP 位址為 172.104.100.165。
  2. 建立連線: * Trying 172.104.100.165:80... 和 * Connected to nodelab.feifei.tw (172.104.100.165) port 80
    • 在解析到 IP 位址後，curl 會嘗試與伺服器建立 TCP 連線。
    • :80 代表使用的連接埠是 HTTP 的預設連接埠，表示這次是 HTTP 請求，而非 HTTPS。
  3. 發送請求: > GET / HTTP/1.1 、 > Host: nodelab.feifei.tw 、 > User-Agent: curl/8.7.1 、 > Accept: */* 、 >
    • 成功建立連線後，curl 會發送 HTTP 請求給伺服器。請求封包由多個標頭組成，每個標頭佔一行，以 CRLF 結尾。
    • > 符號表示這些是使用者端發送的封包。
    • GET / HTTP/1.1 表示這是一個 GET 請求，請求取得根目錄 / 的資源，使用 HTTP/1.1 協定。
    • Host: nodelab.feifei.tw 指定了請求的目標主機。
    • User-Agent: curl/8.7.1 提供使用者端資訊，這裡顯示 curl 的版本。
    • Accept: */* 表示使用者端可以接受任何類型的回應內容。
  4. 請求發送完畢: * Request completely sent off
    • curl 確認請求封包已完整發送到伺服器。
  5. 接收回應: < HTTP/1.1 200 OK 、 < Server: nginx/1.18.0 (Ubuntu)、 < Date: Wed, 18 Sep 2024 04:46:30 GMT 等
    • 伺服器收到請求後，會處理請求並發送回應封包。回應封包也由多個標頭組成，每個標頭佔一行，以 CRLF 結尾。
    • < 符號表示這些是伺服器回覆的封包。
    • HTTP/1.1 200 OK 表示請求成功。
    • Server: nginx/1.18.0 (Ubuntu) 顯示伺服器使用的軟體和作業系統版本資訊。
    • 其他標頭如 Date, Content-Type, Content-Length, Connection, X-Powered-By, Accept-Ranges, Cache-Control, Last-Modified, ETag 則提供了回應內容的相關資訊。
  6. 回應內容: <!DOCTYPE html>
    • 這是伺服器回傳的 HTML 文件的開頭部分，後續內容包含其他 HTML 標籤等。

CRLF 介紹

CRLF 在 HTTP 通訊中扮演著重要的角色

根據 curl -v nodelab.feifei.tw 指令輸出結果的分析

CRLF 是 回車鍵 (CR, ASCII 13, \r) 和 換行符 (LF, ASCII 10, \n) 的組合，用於表示一行文字的結束。

▲ 歷史故事：以前打字機換行會有時間差，可能會造成傳過來的文字漏掉，因此發明兩個鍵，一「回車」，告知打字機將列印標頭定位於左邊的邊界；二「換行」，告知打字機將紙往下移動一行。

▲ 後來電腦發明之後，覺得結尾加上回車跟換行浪費空間，因此不同的作業系統有不同做法： Winodws 就是 \r\n (回車+換行)，而 Linux 是只有 \n (換行)，舊版 Mac OS: \r (回車)（現代 macOS 使用 \n(換行） 。

▲ 目前的編輯器多半能進行格式轉換。

HTTP 與 CRLF

在 HTTP 協定中，CRLF 用於分隔訊息的標頭 (Header) 和主體 (Body)，以及標頭中的各個欄位。每個標頭欄位都以 CRLF 結尾，而標頭與主體之間使用兩個 CRLF 分隔。

以下是一個 HTTP 請求封包的範例：

GET / HTTP/1.1\r\n
Host: www.example.com\r\n
User-Agent: Mozilla/5.0\r\n
\r\n
This is the message body.
  • 請求方法 (GET)、請求路徑 (/) 和 HTTP 版本 (HTTP/1.1) 位於第一行，以 CRLF 結束。
  • 接下來是三個標頭欄位：Host、User-Agent 和 Accept，每個欄位都以 CRLF 結束。
  • 標頭和主體之間使用兩個 CRLF 分隔。
  • 訊息主體 (Body) 中可以包含任意資料，不一定要以 CRLF 結尾。

實作: 使用 curl 觀察 CRLF

  • curl --trace - nodelab.feifei.tw

    • --trace 生成二進位的追蹤日誌
    • - 將追蹤日誌進行標準輸出（stdout），而不是寫入檔案

  • 回車鍵 (CR, ASCII 13, \r)

    • 10 進位 13
    • 16 進位 0D

  • 換行符 (LF, ASCII 10, \n)

    • 10 進位 10
    • 16 進位 0A

  • Linux 示範
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  • Windows 示範
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實作一：CRLF Injection

分析

這是什麼漏洞

這段程式碼存在一個CRLF（Carriage Return Line Feed）注入漏洞。CRLF 注入是一種攻擊者可以利用它在 HTTP 回應中插入惡意的標頭或內容的漏洞。

為什麼會有這個漏洞

漏洞的產生是因為在處理使用者提供的 url 參數時，未對其內容進行適當的驗證或過濾。

程式碼直接將使用者輸入的 url 值放入 HTTP 回應的標頭中，這使得攻擊者可以透過惡意的輸入（包含 0D 0A) 來操縱 HTTP 回應。

漏洞成因

  • 缺乏輸入驗證：未對 url 參數進行任何形式的檢查，直接使用。
  • 直接插入 HTTP 標頭：使用者輸入被直接插入到 Location 標頭中，沒有過濾特殊字符，如 CR（\r）和 LF（\n）。
  • 未考慮特殊字符的影響：HTTP 協定中，CRLF 被用來分隔標頭和主體，攻擊者可以利用這一點插入新的標頭或修改回應內容。

漏洞影響：

  • HTTP 回應拆分攻擊：攻擊者可以插入額外的 HTTP 標頭或修改回應主體，可能導致 XSS（跨站腳本攻擊）或其他惡意行為。
  • Cookie 操縱：透過注入 Set-Cookie 標頭，攻擊者可以設定或修改使用者的 Cookie，可能導致會話劫持。
  • 釣魚和重新導向攻擊：攻擊者可以將使用者重新導向到惡意網站，進行釣魚或散播惡意軟體。

CRLF Injection

可參考 Perl 版本，可造成 XSS 與 Session 固定攻擊：
https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10242682

本次 Lab 實作

  • 更新 Server.js
// 設定重新導向的路由
app.get('/redirect', (req, res) => {
  const url = req.query.url;
  res.writeHead(302, { 'Location': url });
  res.end();
});

重新啟動 Docker Compose

使用 docker-compose up -d --build

進行演練：正常情境

  1. 輸入 url 參數
    http://nodelab.feifei.tw/redirect?url=https://feifei.tw
  2. 觀察開發者工具正常跳轉

進行演練：惡意內容

  1. 輸入 url 參數
    http://nodelab.feifei.tw/redirect?url=%0d%0aSet-cookie:feifei%3Dgood
  2. 出現錯誤訊息
    image
  3. 分析錯誤訊息
    • TypeError [ERR_INVALID_CHAR]: Invalid character in header content ["Location"]
      • 這個錯誤代表在設定 "Location" 標頭時，檢測到了無效文字

分析惡意內容

  • 進行攻擊嘗試
    • 請求範例：/redirect?url=/%0D%0ASet-Cookie:feifei=good
    • CRLF 注入嘗試：%0D%0A 是 URL 編碼的 CR（\r）和 LF（\n），代表換行。
    • 攻擊者目標：試圖在 HTTP 回應中插入一個新的 Set-Cookie 標頭，以設定名為 feifei、值為 good 的 Cookie。
  • Node.js 的保護機制
    • 內建的安全檢查：Node.js 的 http 模組會自動檢查並阻止在 HTTP 標頭中插入 CR 和 LF 等非法字符。
    • 錯誤處理：如果檢測到非法字符，Node.js 會拋出一個錯誤，例如 Error [ERR_INVALID_CHAR]: Invalid character in header content ["Location"]。
    • 防止攻擊成功：這種內建機制可以防止 CRLF 注入攻擊，即使開發者未對輸入進行驗證。

實作二：開放式重新導向漏洞（Open Redirect）

開放式重新導向漏洞

這是什麼漏洞

這段程式碼存在一個開放式重新導向漏洞（Open Redirect）。攻擊者可以利用該漏洞，將使用者從您信任的網站重新導向到惡意網站，進而可能進行釣魚攻擊或散播惡意軟體。

為什麼會有這個漏洞

漏洞的產生是因為在處理使用者提供的 url 參數時，未對其內容進行適當的驗證或限制。程式碼直接使用了使用者輸入的 url 值進行重新導向，這使得攻擊者可以指定任何網址，甚至是惡意網站。

漏洞成因

  • 缺乏輸入驗證：未對 url 參數進行任何形式的檢查或限制，直接使用。
  • 信任使用者輸入：假設使用者會提供合法且安全的網址，忽略了可能的惡意輸入。
  • 缺少域名限制：未限制重新導向的目標域名，允許重新導向到任何網站。

漏洞影響

  • 釣魚攻擊：攻擊者可以構造一個看似合法的連結，實際上將使用者重新導向到釣魚網站，竊取敏感資訊。
  • 惡意軟體散播：使用者可能被引導至含有惡意程式的網站，導致裝置被感染。
  • 信任被濫用：使用者信任網站，但卻被重新導向到不安全的第三方網站，損害網站聲譽。

進行演練：惡意內容

  1. 輸入惡意的 url 參數：

    http://nodelab.feifei.tw/redirect?url=http://malicious-site.com

  2. 使用者將被重新導向到攻擊者控制的網站。

修復方式

  1. 輸入驗證和過濾：對 url 參數進行嚴格的驗證和過濾，移除或轉義特殊字符。

    app.get('/redirect', (req, res) => {
  let url = req.query.url;
  if (url && !/[\r\n]/.test(url)) {
    res.writeHead(302, { 'Location': url });
    res.end();
  } else {
    res.status(400).send('無效的重新導向網址');
  }
});

  2. 使用內建的重新導向方法：使用框架提供的 res.redirect() 方法，這個方法會自動處理特殊字符並設定適當的標頭。

    app.get('/redirect', (req, res) => {
  const url = req.query.url;
  res.redirect(302, url);
});

  3. 實施白名單策略：限制可以重新導向的 URL，僅允許預先定義的安全網址或相對路徑。

    const allowedUrls = ['/home', '/profile', '/settings'];

app.get('/redirect', (req, res) => {
  const url = req.query.url;
  if (allowedUrls.includes(url)) {
    res.redirect(302, url);
  } else {
    res.status(400).send('無效的重新導向網址');
  }
});

  4. URL 編碼：對輸入的 URL 進行編碼，確保特殊字符被正確處理。

    const encodeUrl = require('encodeurl');

app.get('/redirect', (req, res) => {
  const url = encodeUrl(req.query.url);
  res.redirect(302, url);
});

  5. 移除協定相對的 URL：防止使用者使用 //malicious-site.com 這樣的協定相對 URL。

     app.get('/redirect', (req, res) => {
   const url = req.query.url;
   if (url && !url.startsWith('//')) {
     res.redirect(302, url);
   } else {
     res.status(400).send('無效的重新導向網址');
   }
 });

小結

為了保障應用的安全性，開發者應該：

  • 始終對使用者輸入進行驗證和過濾，避免直接使用未經處理的輸入。
  • 利用框架和語言提供的安全功能，如使用 res.redirect() 而非手動設定標頭。
  • 瞭解常見的安全漏洞和攻擊手法，如 CRLF 注入、XSS 等，並採取預防措施。
  • 定期檢查和更新程式碼

總結

在這篇文章中，深入探討了 HTTP 協定中的 CRLF（Carriage Return Line Feed）以及其在網路安全中的重要性。

透過使用 curl 指令，實作了如何模擬瀏覽器的請求和回應，並觀察了 HTTP 封包的細節，特別是 CRLF 在分隔標頭和主體中的作用。

還探討 CRLF 注入漏洞，分析了其成因和影響，並嘗試在一個範例程式碼中進行攻擊，觀察到 Node.js 的內建安全機制如何防止此類攻擊。

研究開放式重新導向（Open Redirect）漏洞，了解攻擊者如何利用未經驗證的輸入將使用者導向惡意網站，並提供了多種修復方法，包括輸入驗證、使用內建的重導方法、實施白名單策略和 URL 編碼。

最後，總結在開發中應該始終對使用者輸入進行驗證，利用框架提供的安全功能，了解常見的安全漏洞，並定期檢查和更新程式碼以保障應用的安全性。

選擇題

題目一：在 HTTP 協定中，CRLF 的主要作用是什麼？

A) 分隔域名和路徑
B) 分隔標頭和主體，以及標頭中的各個欄位
C) 加密 HTTP 請求
D) 儲存 Cookie 資料

答案：B) 分隔標頭和主體，以及標頭中的各個欄位

題目二：CRLF 注入漏洞的主要成因是什麼？

A) 伺服器硬體故障
B) 使用者輸入未經適當驗證直接用於 HTTP 標頭
C) 網路連線不穩定
D) 加密協定不夠安全

答案：B) 使用者輸入未經適當驗證直接用於 HTTP 標頭

題目三：以下哪種方法不能有效防止開放式重新導向漏洞？

A) 對輸入的 URL 進行嚴格的驗證和過濾
B) 使用框架提供的 res.redirect() 方法
C) 實施白名單策略，限制可重導的 URL
D) 允許使用者輸入任意的重新導向 URL

答案：D) 允許使用者輸入任意的重新導向 URL

題目四：在 Node.js 中，哪一個內建機制可以防止 CRLF 注入攻擊？

A) 自動加密所有的 HTTP 請求
B) 檢查並阻止 HTTP 標頭中的非法字符
C) 強制所有連線使用 HTTPS
D) 自動更新所有的相依套件

答案：B) 檢查並阻止 HTTP 標頭中的非法字符

題目五：為了防止 CRLF 注入和開放式重新導向漏洞，開發者應該怎麼做？

A) 忽略使用者輸入，直接使用預設值
B) 將所有輸入都存入資料庫，以便日後分析
C) 對使用者輸入進行驗證和過濾，並使用安全的重新導向方法
D) 禁止所有的重新導向功能

答案：C) 對使用者輸入進行驗證和過濾，並使用安全的重新導向方法

本次實作指南

步驟一：理解 CRLF 在 HTTP 中的作用

  • CRLF（\r\n）用於在 HTTP 協定中分隔標頭和主體，以及標頭中的各個欄位。
  • 熟悉 HTTP 請求和回應的格式，有助於理解如何進行攻擊和防禦。

步驟二：使用 curl 觀察 HTTP 封包

  • 使用 curl -v 查看請求和回應的詳細資訊。
  • 使用 curl --trace - 可以觀察到 CRLF 的實際運作。

步驟三：實作可能存在漏洞的程式碼

  • 在 server.js 中添加一個重新導向的路由，直接使用使用者的輸入： 
    app.get('/redirect', (req, res) => {
  const url = req.query.url;
  res.writeHead(302, { 'Location': url });
  res.end();
});
  • 重啟伺服器，測試正常的重新導向功能。

步驟四：嘗試進行 CRLF 注入攻擊

  • 構造惡意的 URL，例如：/redirect?url=%0d%0aSet-Cookie:feifei%3Dgood
  • 觀察伺服器的反應，並理解 Node.js 的內建保護機制如何防止攻擊。

步驟五：理解開放式重新導向漏洞

  • 測試將重新導向的 URL 修改為惡意網站，觀察使用者被重新導向的情況。
  • 理解這種漏洞可能帶來的風險，如釣魚攻擊和惡意軟體散播。

步驟六：修復漏洞

  • 輸入驗證和過濾：檢查並過濾使用者輸入，防止特殊字符和非法網址。
  • 使用框架的重新導向方法：改用 res.redirect()，讓框架處理安全性問題。
  • 實施白名單策略：僅允許預先定義的安全網址或相對路徑進行重新導向。
  • URL 編碼：對輸入的 URL 進行編碼，確保特殊字符被正確處理。

修正後的程式碼範例：

app.get('/redirect', (req, res) => {
  const url = req.query.url;
  if (url && !url.startsWith('//') && !/[\r\n]/.test(url)) {
    res.redirect(302, url);
  } else {
    res.status(400).send('無效的重新導向網址');
  }
});

步驟七：驗證修復效果

  • 再次嘗試進行之前的攻擊，確認漏洞已被修復。
  • 測試正常的重新導向功能，確保未受到影響。

步驟八：總結與反思

  • 撰寫本次練習心得

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