Content Security Policy Level 2 介绍

两年前,我写过一篇介绍 Content Security Policy(CSP)的文章(详情),CSP 是一个用来定义页面可以加载或执行哪些资源的协议,目前已经发展到了 Level 2(协议地址)。我在本站之前的文章中已经多次提到过 CSP2,这篇文章也早就躺在我的草稿箱,只是断断续续写了好久才写完。

CSP2 简单介绍

CSP2 基本兼容 CSP1 指令,但有一些变化和新的指令,汇总如下:

  • 现在配置资源 URL 白名单时,可以使用具体的路径来实现更精细的规则;
  • 现在 Worker 加载策略由新增的 child-src 指令控制,而不是 script-src;另外,CSP1 中 Worker 的加载策略由父页面决定,而 CSP2 新增了专门针对 Worker 的策略;
  • 新增了 base-uri 指令,用于指定页面的 base URL;
  • 新增了用于指定 frame、Worker 加载策略的 child-src;同时废弃了 CSP1 中用于 frame 的 frame-src 指令;
  • 新增了 form-action 指令,用于指定表单提交 URL 白名单;
  • 新增了 frame-ancestors 指令,用于指定页面被其他页面嵌入时的行为。(后面会详细介绍);
  • 新增了 plugin-types 指令,用于指定页面允许加载的插件类型;
  • inline 代码(JS 和 CSS)现在可以使用 Nonces 和 Hashes 策略来配置白名单。(后面会详细介绍);
  • 现在,资源加载过程中违反 CSP 策略时,将会触发 SecurityPolicyViolationEvent 事件;
  • 现在,触发 SecurityPolicyViolationEvent 事件,或者通过 report-uri 指令指定了上报地址时,增加了更多字段信息便于定位问题;

通常,在支持 CSP2 的浏览器中使用 CSP1 规则,功能上不会有什么变化,但某些极端情况下也会出问题。我们来看一个案例:

Content-Security-Policy: default-src 'none'; script-src 'self'

在支持 CSP1 的浏览器中,以上规则允许加载本域的 Web Worker(由 script-src 控制);而在支持 CSP2 的浏览器中,所有 Worker 文件都无法加载(CSP2 中 Worker 改由 child-src 控制,没有指定 child-src 时,使用 default-src 指定的 none 规则)。

CSP2 的浏览器支持情况可以通过 CanIUse 查看。目前主流浏览器中,Chrome 和 Firefox 对 CSP2 支持得比较好,IE 和 Safari 比较落后。所以现阶段即便使用了 CSP2,frame-src 这样的 CSP1 指令依然要保留。

很多 HTTP 响应头都有对应的 <meta> 形式,CSP 也不例外。例如以下二者是等价的:

Content-Security-Policy: script-src 'nonce-1' 'sha256-qznLcsROx4GACP2dm0UCKCzCG+HiZ1guq6ZZDob/Tng='
<meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="script-src 'nonce-1' 'sha256-qznLcsROx4GACP2dm0UCKCzCG+HiZ1guq6ZZDob/Tng='">

但有几点需要注意:1)report-uriframe-ancestorssandbox 这三个指令在通过 <meta> 指定的 CSP 规则中无效;2)CSP <meta> 标签必须位于 </head> 之前,否则无效;3)迄今为止,Firefox 仍不支持通过 <meta> 标签指定 CSP 策略(详情)。所以推荐使用响应头来设置 CSP 规则。

CSP2 主要变化

Nonces 和 Hashes

在 CSP1 时代,我们对 inline 资源能采取的策略比较单一,那么全部不允许,要么全部允许。CSP 的目标之一是减少 XSS,如果网站主能够禁用 inline script,对 XSS 确实有致命打击,但这并不现实,太多的网站还是会启用 unsafe-inlineunsafe-eval,让这道防线形同虚设。

CSP2 考虑到这种现状,允许给 inline 脚本和样式配置更为精确的规则,这就是 NoncesHashes。它们都可以用来确保仅执行已知的 inline 代码,避免 XSS 代码运行。

Nonces 是通过在 CSP 中指定允许资源的序号,达到限制非法 inline 代码的目的。只有与 CSP 策略中序号一致的代码可以执行,具体使用方式如下:

Content-Security-Policy: script-src 'nonce-1'
<script nonce="1">alert(0);</script>

实际使用中为了确保安全,nonce 的值都会经过 base64 编码,并且编码前不少于 128 位,每次请求序号都会改变。总之一个原则:不能让攻击者猜到它的内容。

Hashes 是通过在 CSP 中指定允许资源的摘要签名,达到限制非法 inline 代码的目的。签名规则与 Subresource Integrity 一致,支持 sha256、sha384 和 sha512 三种算法。具体使用方式如下:

Content-Security-Policy: script-src 'sha256-d3ii1Pel57UO62xosCMNgTaZJhJa87Gd/X6e7UdlEU8='
<script>alert(0);</script>

Hashes 值可以使用 openssl 工具来计算(以 sha256 为例):

echo -n 'alert(0);' | openssl dgst -sha256 -binary | openssl enc -base64 -A

d3ii1Pel57UO62xosCMNgTaZJhJa87Gd/X6e7UdlEU8=

Node.js 也可以方便地计算 Hashes 值:

var crypto = require('crypto');

function getHashByCode(code) {
  var algorithm = 'sha256';
  return algorithm + '-' + crypto.createHash(algorithm).update(code, 'utf8').digest("base64");
}

需要注意的是,inline 代码首尾的空白部分也会计算在 hash 之中。

可以看出,这两种方式相比直接使用 unsafe-inline,在安全方面都有很大的提升。其中 Nonces 方案使用成本更低,Hashes 方案更安全。

由于 Nonces 和 Hashes 属于 CSP2 新增内容,所以当前如果使用这种方案,还是要加上 unsafe-inline,不然在仅支持 CSP1 的浏览器下会有问题。支持 CSP2 的浏览器发现存在 Nonces 或 Hashes 时,会自动忽略 unsafe-inline

另外,CSP2 的 Nonces 和 Hashes 不支持下列两种内联写法:

<span style="color:red;">demo</span>
<span onclick="alert(0);">demo</span>

frame-ancestors

frame-ancestors 指令用来定义页面是否允许被其他页面嵌套,它和 X-Frame-Options 非常类似:

Content-Security-Policy: frame-ancestors 'none'
Content-Security-Policy: frame-ancestors 'self'

分别等同于:

X-Frame-Options: DENY
X-Frame-Options: SAMEORIGIN

二者不同之处在于:浏览器实现 X-Frame-Options 时,一般只考虑了最顶层域名是否匹配;而 frame-ancestors 要求每一层都需要考虑。另外,CSP2 协议规定二者同时存在时,X-Frame-Options 应该被忽略,但我在测试过程中发现,Chrome 45+ 并没有按照标准实现。所以有类似需求时,推荐只使用 frame-ancestors,不要混用。

CSP2 还有很多其他内容,这里不一一介绍了,有兴趣的同学可以直接查看官方文档,或者留言讨论。

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