你们要的 [Yaklang websocket劫持]教程来了！

背景

随着Web应用的发展与动态网页的普及，越来越多的场景需要数据动态刷新功能。在早期时，我们通常使用轮询的方式(即客户端每隔一段时间询问一次服务器)来实现，但是这种实现方式缺点很明显: 大量请求实际上是无效的，这导致了大量带宽的浪费。这时候我们急需一个新的技术来解决这一痛点，Websocket应运而生: WebSocket是一种网络传输协议，可在单个TCP连接上进行全双工通信，位于OSI模型的应用层。

Websocket的诞生也给我们带来了新的挑战，我们能否对websocket的请求与响应进行劫持与修改呢？要想做到这一点，我们首先得了解websocket协议。

websocket劫持协议细节

等等，看到这个标题的时候先别急着划走，实际上websocket协议比我们想象中的要简单，他实际上几乎等同于原始的TCP socket，只不过多出了额外的协议头以及一个升级的过程。

我们先来看websocket的升级过程，先是客户端发起协议升级请求，其采用标准的HTTP报文格式，且必须使用GET请求方法:

GET / HTTP/1.1
Host: localhost:8080
Origin: http://127.0.0.1:3000
Connection: Upgrade
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-Version: 13
Sec-WebSocket-Key: w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw==

这里我们需要关注的最后四行的特殊请求头:

• Connection: Upgrade：表示要升级协议

• Upgrade: websocket：表示要升级到websocket协议

• Sec-WebSocket-Version: 13：表示websocket的版本。如果服务端不支持该版本，需要返回一个Sec-WebSocket-Versionheader，里面包含服务端支持的版本号

• Sec-WebSocket-Key：与后面服务端响应头Sec-WebSocket-Accept配套，提供基本的校验。其本身是一个bas64编码过的随机16字节

服务器返回101状态码的响应，至此完成协议升级:

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Connection:Upgrade
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-Accept: Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=

这里我们需要的关注的是最后的Sec-WebSocket-Accept请求头，其与前文的Sec-WebSocket-Key对应，主要有以下两个目的:

• 确保服务器理解 WebSocket 协议

• 防止客户端意外请求 WebSocket 升级

Sec-WebSocket-Accept请求头是由Sec-WebSocket-Key计算而成的，其伪代码如下:

toBase64(sha1(Sec-WebSocket-Key + "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"))

协议升级后，双方开始使用websocket协议进行通讯。我们来看看websocket的协议细节，一个经典的概览图如下:

  0                   1                   2                   3
  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
 +-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+
 |F|R|R|R| opcode|M| Payload len |    Extended payload length    |
 |I|S|S|S|  (4)  |A|     (7)     |             (16/64)           |
 |N|V|V|V|       |S|             |   (if payload len==126/127)   |
 | |1|2|3|       |K|             |                               |
 +-+-+-+-+-------+-+-------------+ - - - - - - - - - - - - - - - +
 |     Extended payload length continued, if payload len == 127  |
 + - - - - - - - - - - - - - - - +-------------------------------+
 |                               |Masking-key, if MASK set to 1  |
 +-------------------------------+-------------------------------+
 | Masking-key (continued)       |          Payload Data         |
 +-------------------------------- - - - - - - - - - - - - - - - +
 :                     Payload Data continued ...                :
 + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - +
 |                     Payload Data continued ...                |
 +---------------------------------------------------------------+

如果看不懂无所谓，我们逐个字段进行讲解:

FIN：1 bit

如果是1，表示这是消息的最后一个分片，如果是0，表示不是消息的最后一个分片。通常为1。

RSV1, RSV2, RSV3：各占1 bit

一般情况下全为0。当客户端、服务端协商采用WebSocket扩展时，这三个标志位可以非0，且值的含义由扩展进行定义。如果出现非零的值，且并没有采用WebSocket扩展，连接出错。

Opcode: 4 bit

操作代码，Opcode的值决定了应该如何解析后续的数据，可以简单地理解为消息类型,一般通讯时为%x1或%x2。可选值如下:

• %x0：表示一个延续帧。当Opcode为0时，表示本次数据传输采用了数据分片，当前收到的数据帧为其中一个数据分片

• %x1：表示这是一个文本帧（frame）

• %x2：表示这是一个二进制帧（frame）

• %x3-7：保留的操作代码，用于后续定义的非控制帧

• %x8：表示连接断开

• %x9：表示这是一个ping操作

• %xA：表示这是一个pong操作

• %xB-F：保留的操作代码，用于后续定义的控制帧

Mask: 1 bit

表示是否要对数据进行掩码操作。客户端向服务端发送数据时该bit为1，否则为0。掩码算法在后续Masking key提到。

Payload length: 数据的长度，单位是字节。其可能为7/7+16/1+64 bit。

假设数据长度 = x，如果

• 0<=x<=125：用这7个bit来代表数据长度。

• 126<=x<=65535：7个bit设置为126(1111110)。后续2个字节代表一个16位的无符号整数，该无符号整数的值为数据的长度(大端序)。

• 65535<x：7个bit设置为127(1111111)。后续8个字节代表一个64位的无符号整数，该无符号整数的值为数据的长度(大端序)。

Masking-key：0/32 bit

假如前文所述Mask为1，则此Masking-key占32 bit(即四个字节)，否则为0 bit。Masking-key用于将客户端传输给服务器的数据进行掩码操作。前文的Payload length，不包括Masking-key的长度。

具体的掩码算法伪代码如下:

设原数据为bytes，Masking-key为key，则:

for i in range(len(bytes)):

bytes[i] ^= key[i&3]

Payload data：(x+y) byte

载荷数据包括了扩展数据、应用数据。其中，扩展数据x字节，应用数据y字节。

在前文的升级阶段没有协商使用扩展的话，扩展数据数据为0字节。剩下的应用数据就是传输的原始socket内容，因此也一般会结合其他压缩算法/协议使用，如protobuf。

websocket劫持实现

在了解了websocket协议之后，我们实现websocket劫持就变得很简单了，用一张流程图来展示:

其中重点主要是原始数据与websocket帧之间的转换。

01

解析原始数据

前面说过，websocket协议实际上几乎只是比原始socket多了一个头，那么我们解析原始数据可以分为以下几步:

1. 设初始n=2，即抛弃前两个websocket头字节

2. 判断第2个byte的后7个bit(payload length)，如果为126，则n+2，如果为127，则n+8

3. 判断第2个byte的第1个bit(mask位)是否为1，如果为1，则从n~n+4位取出masking-key，并将n+4，将n位后的数据进行掩码处理

4. 返回n位后的数据，即为原始数据

02

重新封装成websocket帧

可以分为以下几步:

1. 第1个byte照抄(也可以根据需要修改后4位bit及opcode，修改消息类型)

1. 第2个byte第1个bit(mask位)照抄，后7位bit根据修改后的数据长度进行处理

1. 如果数据长度大于125，则要写入uint16或uint64的数据长度字节(大端序)

1. 如果mask位为1，则生成并写入32位的随机masking-key，再将数据进行掩码处理与写入，此时即封装好了的websocket帧

websocket劫持实现时遇到的坑点

这里讲下在websocket劫持实现时遇到的坑点，仅供参考。

01

保持协议的完整性

实际上前文提到的劫持所使用的技术都是中间人技术，这里我遇到的坑点就是没保持协议的完整性，我在处理时从服务器端接收到了101状态码的响应，但却没有将其写入回客户端，导致客户端断开，整个websocket的升级也就失败了，所以需要提醒的就是在劫持时要保持协议的完整性，该发送或接收到的内容都要到位。

02

实现FrameReader而非简单的Read

我之前的一个错误实例如下:

这里实际上犯了几个错误:

1. reader.Read()是非阻塞的，也就是说如果缓冲中没有数据的话，它会不断地返回0和EOF，但是我这里判断如果n<=0则会不断continue，这会导致不断创建新的4096字节的bytes，无法释放

1. 后续我将b作为websocket帧来处理，但是b的大小只有4096，假如数据量超大，这样写毫无疑问是错误的

后来其他师傅发现了这个bug并指出这几点错误，我才意识到我应该抽象出一个FrameReader来去读取websocket帧，根据读取到的前几个字节来判断最终要读取的长度。

新版Yak的websocket尝鲜

01

websocket劫持尝鲜

经过一番努力之后，终于实现了websocket劫持功能，在Yak的mitm标准库中新增了wscallback与wsforcetext两个函数，我们来看一个简单的用例:

go fn{ mitm.Start(8084, mitm.wsforcetext(true),mitm.wscallback( fn(data, isRequest){ if isRequest { data = "Hijack request" } else { data = "Hijack Response" } return data }))}
for { time.sleep(1)}

wscallback参数接受一个函数作为参数，该函数拥有2个参数: data([]byte类型)和isRequest(bool类型)并接收一个返回值(必须存在返回值)，作为修改后的数据。

isRequest参数用于判断劫持到的是否为websocket请求(true即websocket请求，false为websocket响应)，data参数则为劫持到的原始数据。

接下来我们使用go来启动一个websocket的测试服务器，这里需要安装依赖:"github.com/gorilla/websocket":

package main
import ( "fmt" "net/http" "os" "time"
"github.com/gorilla/websocket")
func main() { var upgrader = websocket.Upgrader{}
f, err := os.CreateTemp("", "test-*.html") if err != nil { panic(err) } f.Write([]byte(`<!DOCTYPE html><html><head> <meta charset="UTF-8"/> <title>Sample of websocket with golang</title> <script src="http://apps.bdimg.com/libs/jquery/2.1.4/jquery.min.js"></script> <script> $(function() { var ws = new WebSocket('ws://' + window.location.host + '/ws'); ws.onmessage = function(e) { $('<li>').text(event.data).appendTo($ul); ws.send('{"message":"aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa"}'); }; var $ul = $('#msg-list'); }); </script></head><body><ul id="msg-list"></ul></body></html>`)) index := http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) { http.ServeFile(w, r, f.Name()) }) http.Handle("/", index) http.Handle("/index.html", index) http.HandleFunc("/ws", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) { // msg := &RecvMessage{}
ws, err := upgrader.Upgrade(w, r, nil) if err != nil { panic(err) return } defer ws.Close()
go func() { for { _, msg, err := ws.ReadMessage() if err != nil { panic(err) return } fmt.Printf("server recv from client: %s\n", msg) } }()
for { time.Sleep(time.Second) ws.WriteJSON(map[string]interface{}{ "message": fmt.Sprintf("Golang Websocket Message: %v", time.Now()), }) } })
err = http.ListenAndServe(":8884", nil) if err != nil { panic(err) }}

现在，我们访问http://127.0.0.1:8884，会发现屏幕会每秒输出一条json内容，例如:

{"message":"Golang Websocket Message: 2022-09-05 15:17:22.497926 +0800 CST m=+7.689153001"}

同时，在终端中会每秒输出一条以下内容:

server recv from client: {"message":"aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa"}

这时候我们挂上代理http://127.0.0.1:8084/,重启websocket服务器进行访问，然后会发现上述的内容都会发生改变，屏幕输出的内容变为:

Hijack Response

同时，终端输出的内容变为:

server recv from client: Hijack request

这说明我们成功对websocket的请求与响应进行了劫持!

02

直接发起websocket请求

还是使用上述的websocket的测试服务器作为服务端，启动。

Yak中编写如下代码，运行:

rsp, req, err = poc.Websocket(`GET /ws HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:8884
Accept-Encoding: gzip, deflate
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: LIb4U+i+y+phoP4B2y6uoA==
Sec-WebSocket-Version: 13
Upgrade: websocket

`, poc.websocketFromServer(func(data, cancel){
    dump(data)
}), poc.websocketOnClient(func(wsClient) {
    go fn {
        for {
                wsClient.WriteText(`{"message": "hello"}`)
                time.Sleep(1)
        }
    }
}))
die(err)

解释一下上述代码，poc.Websocket指定了这个请求需要去对websocket请求进行收发处理，其实际上是 poc.Http(`...`,poc.websocket(true)) 的简写。第一个参数是我们熟悉的websocket升级请求，后面跟着的是可选参数函数:

1. poc.websocketFromServer，这个函数接受一个函数作为参数，其中data为从服务端接收到的数据，cancel是一个无参数函数，用于直接中断websocket连接。

1. poc.websocketOnClient，这个函数接受一个函数作为参数，其中 wsClient是一个结构体，可以直接使用其的一些方法，如:

1. c.Stop(),结束websocket连接

2. c.Write([]byte),往websocket写入内容

3. c.WriteText([]byte),同 c.Write([]byte)

4. ...

通过程序输出可以看到我们正常建立了websocket连接并完成了收发。

新版Yakit的websocket劫持尝鲜

Yak版本 1.1.2

Yakit版本 1.1.2

01

websocket劫持

正常启动Yakit的MITM，然后也启动上文提到的websocket服务器:

挂载代理访问http://127.0.0.1:8884/，出现websocket升级的请求，手动放行:

等待websocket协议升级完成后，我们成功劫持到了websocket的请求，按下劫持响应并修改请求内容，最后按下提交数据:

可以看到服务器已经接收到修改过后的请求:

同时我们拦截到了服务器的响应，修改响应内容然后按下提交数据:

发现浏览器中显示我们修改过后的响应:

02

websocket fuzzer

在MITM中的HTTP History找到websocket的升级响应，按下FUZZ按钮:

跳转到websocket fuzzer页面，我们尝试建立连接:

建立websocket连接完成后可以在右侧看到实时的服务器请求与响应:

我们尝试在下方发送数据框发送websocket请求:

可以看到成功发送websocket请求:

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