移花接木：针对OAuth2的攻击｜洞见
作为第三方应用，为了提升用户体验，往往会提供第三方社交账号登录或者绑定的功能，这背后使用到的关键技术是OAuth认证。想要在自己的应用里集成OAuth不是难事儿，各大社交网站都提供了详尽的文档指南。
OAuth的复杂度比较高，有不少安全方面的坑，开发者在使用过程中一不注意可能就会掉进去，比如说不正确的使用OAuth2可能会遭遇到CSRF攻击。本文将对这个安全风险做一个通俗易懂的解释。
老司机发车前的特别提醒：阅读本文需要你对OAuth2有一些了解，点击【阅读原文】查看参考资料。
OAuth2 授权模式回顾
在开始之前，让我们先来回顾一下OAuth2中最典型的Authorization Code 授权模式，其大致流程如下：
OAuth2 Authorization Code Flow
我们把OAuth2的整个认证过程大致分为三个阶段。
第一阶段主要是向用户取得授权许可，对应图中的第1、2、3步；
第二阶段主要是申请访问令牌（access_token），对应图中的第4、5步；
第三阶段就是使用access_token获取用户数据。
这一过程中涉及了不少敏感参数和数据，例如client_secret相当于是第三方应用自己的密码，access_token某种程度上来讲就是用户的session id。由于这些参数以及数据极其特殊，我们当然得确保它们的安全性，HTTPS加密传输以及安全存储是必不可少的防护手段。不过仅仅做到这些是远远不够的，在这个流程里存在一个弱点，容易被攻击者利用进行CSRF攻击。
针对OAuth2的CSRF攻击
攻击流程
让我们来看一个针对OAuth2的CSRF攻击的例子。假设有用户张三，和攻击者李四，还有一个第三方Web应用Tonr，它集成了第三方社交账号登录，并且允许用户将社交账号和Tonr中的账号进行绑定。此外还有一个OAuth2服务提供者Sparklr。
模拟攻击案例中涉及的角色
Step 1. 攻击者李四登录Tonr网站，并且选择绑定自己的Sparklr账号。
Step 2. Tonr网站将李四重定向到Sparklr，由于他之前已经登录过Sparklr，所以Sparklr直接向他显示“是否授权Tonr访问”的页面。
Step 3. 李四在点击”同意授权“之后，截获Sparklr服务器返回的含有Authorization Code参数的HTTP响应。
Step 4. 李四精心构造一个Web页面，它会触发Tonr网站向Sparklr发起令牌申请的请求，而这个请求中的Authorization Code参数正是上一步截获到的code。
Step 5. 李四将这个Web页面放到互联网上，等待或者诱骗受害者张三来访问。
Step 6. 张三之前登录了Tonr网站，只是没有把自己的账号和其他社交账号绑定起来。在张三访问了李四准备的这个Web页面后，令牌申请流程在张三的浏览器里被顺利触发，Tonr网站从Sparklr那里获取到access_token，但是这个token以及通过它进一步获取到的用户信息却都是攻击者李四的。
Step 7. Tonr网站将李四的Sparklr账号同张三的Tonr账号关联绑定起来，从此以后，李四就可以用自己的Sparklr账号通过OAuth登录到张三在Tonr网站中的账号，堂而皇之的冒充张三的身份执行各种操作。
等等，这一切发生得太快，还没看清楚李四怎么就登录到张三的账号里去了。没关系，让我们从几个不同的角度来看看这当中发生了什么。
受害者张三(Resource Owner)视角
受害者张三访问了一个Web页面，然后，就没有然后了，他在Tonr网站上的账号就和攻击者李四在Sparklr上的账号绑定到了一起。伪造的请求是经过精心构造的，令牌申请这一过程在张三的浏览器里是非常隐蔽的被触发的，换句话讲就是，他根本不知道这背后发生了什么。
Tonr网站(Client)视角
从Tonr网站来看，它收到的所有请求看上去都是正常的。首先它收到了一个HTTP请求，其代表着当前用户张三在Sparklr网站上已经做了“同意授权”操作。其内容如下：
GET /bindingCallback?code=AUTHORIZATION_CODE不过需要注意的是，URL里的code不是当前受害者张三的Authorization Code，而是攻击者李四的。
当Tonr收到这样的请求时，它以为张三已经同意授权（但实际上这个请求是李四伪造的），于是就发起后续的令牌申请请求，用收到的Authorization Code向Sparklr换取access_token，只不过最后拿到的是攻击者李四的 access_token。
最后，Tonr网站把攻击者李四的access_token和当前受害者张三在Tonr网站上的账号进行关联绑定。
Sparklr网站(OAuth2服务提供者)视角
Sparklr网站也是一脸茫然的样子，因为在它看来，自己收到的授权请求，以及后续的令牌申请请求都是正常的，或者说它无法得知接收到的这些请求之间的关联关系，而且也无法区别出这些请求到底是来自张三本人，还是由李四伪造出来的。因此只要自己收到的参数是正确有效的，那就提供正常的认证服务，仅此而已。
攻击者李四视角
李四伪造了一个用户授权成功的请求，并且将其中的Authorization Code参数替换成了自己提前获取到的code。这样，当受害者张三的浏览器被欺骗从而发起令牌申请请求时，实际上是在用张三在Tonr网站上的账号和李四在Sparklr网站上的账号做绑定。
攻击完成后，李四在Tonr网站上可以通过自己在Sparklr网站的账号进行登录，而且登录进入的是张三在Tonr网站上的账号。而张三通过自己在Tonr网站上的账号登录进去之后，看到的是李四在Sparklr网站上的数据。
上帝视角
从整体上来看，这次攻击的时序图应该是下面这个样子的：
攻击时序图示
漏洞的本质
这个问题的关键点在于，OAuth2的认证流程是分为好几步来完成的，在图1中的第4步，第三方应用在收到一个GET请求时，除了能知道当前用户的cookie，以及URL中的Authorization Code之外，难以分辨出这个请求到底是用户本人的意愿，还是攻击者利用用户的身份伪造出来的请求。 于是乎，攻击者就能使用移花接木的手段，提前准备一个含有自己的Authorization Code的请求，并让受害者的浏览器来接着完成后续的令牌申请流程。
前提条件
尽管这个攻击既巧妙又隐蔽，但是要成功进行这样的CSRF攻击也是需要满足一定前提条件的。
首先，在攻击过程中，受害者张三在Tonr网站上的用户会话(User Session)必须是有效的，也就是说，张三在受到攻击前已经登录了Tonr网站。
其次，整个攻击必须在短时间内完成，因为OAuth2提供者颁发的Authorization Code有效期很短，OAuth2官方推荐的时间是不大于10分钟，而一旦Authorization Code过期那么后续的攻击也就不能进行下去了。
最后，一个Authorization Code只能被使用一次，如果OAuth2提供者收到重复的Authorization Code，它会拒绝当前的令牌申请请求。不止如此，根据OAuth2官方推荐，它还可以把和这个已经使用过的Authorization Code相关联的access_token全部撤销掉，进一步降低安全风险。
防御办法
要防止这样的攻击其实很容易，作为第三方应用的开发者，只需在OAuth认证过程中加入state参数，并验证它的参数值即可。具体细节如下：
在将用户重定向到OAuth2的Authorization Endpoint去的时候，为用户生成一个随机的字符串，并作为state参数加入到URL中。
在收到OAuth2服务提供者返回的Authorization Code请求的时候，验证接收到的state参数值。如果是正确合法的请求，那么此时接受到的参数值应该和上一步提到的为该用户生成的state参数值完全一致，否则就是异常请求。
state参数值需要具备下面几个特性：
不可预测性：足够的随机，使得攻击者难以猜到正确的参数值
关联性：state参数值和当前用户会话（user session）是相互关联的
唯一性：每个用户，甚至每次请求生成的state参数值都是唯一的
时效性：state参数一旦被使用则立即失效
总结
要避免遭受本文提到的CSRF攻击问题，需要第三方应用正确的使用state参数，然而纵观各大OAuth服务提供者，在其开发文档里都没有明确把state参数和CSRF攻击联系起来，仅仅只是像下面这样一句话带过：
“参数：state
是否必须：否
说明：重定向后会带上state参数，开发者可以填写a-zA-Z0-9的参数值，最多128字节”
让事情变得更糟糕的是，state是可选参数，因此更容易被开发者忽略，造成安全风险。此外，本文中的攻击非常巧妙，可以悄无声息的攻陷受害者的账号，难以被察觉到。
作为第三方应用的开发者，我们除了参考OAuth2服务提供者的开发文档之外，还应当加深自己对OAuth2的理解，尽可能的避开这些安全的坑。 而作为OAuth2服务提供者，也应当承担起提醒开发者注意防范安全风险的责任。
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