Python中的CSRF攻击与CSRF令牌绕过

CSRF（Cross-Site Request Forgery）攻击是一种常见的网络攻击方式，攻击者通过捏造用户的身份向目标网站发送要求，以完成某种意外操作，从而到达盗取用户信息或推广垃圾信息等目的。而CSRF令牌是一种预防CSRF攻击的重要手段，目的是确保要求的有效性。

在python中，我们可以通过以下代码实现CSRF令牌机制：

from flask import Flask, render_template_string, session, request
import random, string

app = Flask(__name__)
app.secret_key = 'my_secret_key'

def generate_csrf_token():
    if '_csrf_token' not in session:
        session['_csrf_token'] = ''.join(random.choice(string.ascii_uppercase + string.digits) for _ in range(32))
    return session['_csrf_token']

@app.before_request
def csrf_protect():
    if request.method == 'POST':
        csrf_token = session.pop('_csrf_token', None)
        if not csrf_token or csrf_token != request.form.get('_csrf_token'):
            return render_template_string('Invalid CSRF token')

@app.route('/')
def index():
    csrf_token = generate_csrf_token()
    return render_template_string('''
        <form method="post" action="/">
            <input type="hidden" name="_csrf_token" value="{{ csrf_token }}">
            <input type="text" name="username" placeholder="Username"><br>
            <input type="password" name="password" placeholder="Password"><br>
            <button type="submit">Login</button>
        </form>
    ''', csrf_token=csrf_token)

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

在上述代码中，我们通过Flask框架实现了CSRF令牌机制，主要包括以下几个步骤：

定义生成CSRF令牌的函数generate_csrf_token，如果不存在令牌则生成一个32位的随机字符串并存储到session中，最后返回令牌；
在before_request钩子函数中，判断会不会为POST要求，如果是，则获得表单中的CSRF令牌值并与session中存储的令牌值进行比对，如果不一致则说明令牌无效；
在index路由函数中，调用generate_csrf_token函数生成令牌并传入模板中，终究将令牌作为隐藏字段添加到表单中。

通过以上步骤，我们实现了CSRF令牌机制，用户在提交表单时一定要携带与session中存储的令牌匹配的CSRF令牌方可通过验证。

而CSRF攻击的绕过则通常通过以下几种方式：

利用GET要求：CSRF攻击主要针对POST要求，由于GET要求可以直接在URL中携带参数，而POST要求需要通过表单提交数据。所以，攻击者可能会通过构造假装链接等方式，利用GET要求进行攻击。
利用COOKIES：通常情况下，COOKIES是用于存储用户信息的，而CSRF攻击也是利用了COOKIES来捏造用户身份。但是，如果攻击者具有COOKIES信息，也就意味着他已黑了用户账号，这类情况下也就能够无穷制地发起攻击。
利用Referer设置：Referer是HTTP头部的一个字段，用于标识要求来源URL。在一些网站中，可以通过Referer字段来限制CSRF攻击。攻击者可以通过在要求中设置适合的Referer值来绕过该限制。

为了更好地说明CSRF攻击和绕过，我们可以参考以下代码示例：

from flask import Flask, render_template_string, session, request, redirect
import random, string

app = Flask(__name__)
app.secret_key = 'my_secret_key'

def generate_csrf_token():
    if '_csrf_token' not in session:
        session['_csrf_token'] = ''.join(random.choice(string.ascii_uppercase + string.digits) for _ in range(32))
    return session['_csrf_token']

@app.before_request
def csrf_protect():
    if request.method == 'POST':
        csrf_token = session.pop('_csrf_token', None)
        if not csrf_token or csrf_token != request.form.get('_csrf_token'):
            return render_template_string('Invalid CSRF token')

@app.route('/')
def index():
    csrf_token = generate_csrf_token()
    return render_template_string('''
        <form method="post" action="/">
            <input type="hidden" name="_csrf_token" value="{{ csrf_token }}">
            <input type="text" name="username" placeholder="Username"><br>
            <input type="password" name="password" placeholder="Password"><br>
            <button type="submit">Login</button>
        </form>
    ''', csrf_token=csrf_token)

@app.route('/profile')
def profile():
    if session.get('logged_in'):
        return 'Welcome ' + session['username']
    else:
        return redirect('/')

@app.route('/login', methods=['POST'])
def login():
    username = request.form['username']
    password = request.form['password']
    session['username'] = username
    session['logged_in'] = True
    return redirect('/profile')

@app.route('/logout')
def logout():
    session.pop('username', None)
    session.pop('logged_in', None)
    return redirect('/')

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

在上述示例中，我们实现了一个简单的登录系统，通过用户名和密码登录后可以进入用户资料页面，点击注销按钮便可退出登录。但是，这个系统存在着严重的CSRF攻击漏洞，在攻击者的攻击下，用户的账号信息可能会被篡改。

攻击者可以通过捏造表单数据，利用POST要求来篡改用户的账号信息。具体代码以下：

import requests

url = 'http://localhost:5000/login'
payload = {
    'username': 'pidancode.com', 
    'password': '123456',
    '_csrf_token': 'invalid_csrf_token'
}
headers = {
    'Referer': 'http://localhost:5000/'
}

response = requests.post(url, data=payload, headers=headers)

if response.status_code == 200:
    print(response.content.decode())
else:
    print('Failed: ', response.status_code)

在上述代码中，我们通过POST要求将捏造的用户名、密码和毛病的CSRF令牌发送给目标网站，其中Referer字段为攻击者设置的假装URL。攻击者想要成功地利用CSRF攻击实现用户账号的篡改，一定要绕过目标网站的CSRF令牌验证机制。在本例中，我们设置了一条毛病的CSRF令牌，这就足以使攻击失败。而如果我们使用正确的CSRF令牌，攻击就会成功。

固然，这只是一种简单的攻击方式，实际上攻击者可以通过量种方式进行CSRF攻击和绕过。因此，前端和后端开发人员需要共同预防并在系统设计防范时耐心思考。

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