CSRF攻击预防的Token生成原理

作者：糖果

以往我们讲到CSRF，谈及都是CSRF的攻击原理，这次讲一下预防CSRF，生成Token背后的
加密原理和具体实现例示。

1.Token构成。

从需求功能上来讲，为了防止CSRF工具，token需要具有不重复，另外，还含有特定的功能
信息，比如过期时间戳。

下面的图描述了一个token的数据构成：

Token的数据结构。

-----------------------------------------------------------------------------
|             msg                  |        separator       |           signature                    |
-----------------------------------------------------------------------------
|     key     |   timestamp  |              .               |    Base64(sha256(msg))        |
-----------------------------------------------------------------------------

token由三部分组成：a).msg b). separator c).signature。

a). msg部分：而msg本身也有两部分组成：一部分，随机字符的主体，另一部分是过期时间戳。

b). 分隔符号：用符号分隔msg部分，和加密后生成的signature签名部分，这里用的是”.“

c). 签名signature。
signature签名，是对上面提到的msg，按照msg中提到的msg的信息部分，按照特定的秘锁进行加密。

token = base64(msg)格式化..base64(sha256("秘锁", msg))

2.Token的加密。
首先，是按照合适得加密方法对数据进行加密。这里我们通用的就使用了sha256散列算法，然后进行BASE64的格式转换。然后，我们需要在token串中隐含过期时间的设定，从需求上讲，每条与服务器交互的token有是有过期时间的，超过这个时间范围，就无效了，需要重新从服务器中取得。

3.Token的验证。

当用户从客户端，得到了token,再次提交给服务器的时候，服务器需要判断token的有效性，否则不加判断直接处理数据，token的生成就无意义了。

验证的过程是:

a). token解包。

先把接受到的token，进行分解。“.”为分隔符，分为msg部分+signature签名部分。

b). 比对签名。

对msg部分进行base64解码, decode_base64(msg)然后在对解码后的msg明文，进行同样的encode_base64(sha256(msg))加密。
秘锁相同，然后，判断加密后的数据和客户端传过来的token.signature的部分是否一致。如果一致，说明这个token是有效的。

c). 判断时间过期。
如果是有效的,取出msg.timestamp，和当前系统时间进行比较，如果过期时间小于当前时间，那这个token是过期的，需要重新的取得token。

原理都通用，此处使用lua对上处理过程进行描述。

local gen_token = function(key, expires)
    --做成一个过期时间戳。
    if expires == nil then
     expires = os.time() + 60 + 60 * 8
    end
   
    --对msg部分进行base64编码。
    local msg = encode_base64(
     json.encode({
         key = key,
         expires = expires
     }))
     
   --进行sha256哈希。
    local signature = encode_base64(hmac_sha256('testkey', msg))
    
    --拼接成一条token。
    return msg .. "." ..signature
end


local  val_token = function(key,token)
    --对输入数据的判空操作
    if not (token) then
     return nil, 'mssing csrf token'
    end
    
    --对token的msg部分，signature签名部分进行拆分。
    local msg, sig = token:match("^(.*)%.(.*)$")
    if not (msg) then
         return nil, "malformed csrf token"
    end


    sig = encoding.decode_base64(sig)
    --对解包后msg，按照相同的加密key:"testkey"，重新进行sha256哈希，比对signature，
    --如果不一致，说明这个token中的数据有问题，无效的token。
    if not (sig == hmac_sha256('testkey', msg)) then
         return nil, "invalid csrf token(bad sig)"
    end


    --对msg进行base64解码，判断其中的key和传入的key是否一致。
    --如果不一致说明token也是无效的。
    msg =json.decode(decode_base64(msg))
    if not (msg.key == key) then
     return nil, "invalid csrf token (bad key)"    
    end
    
    --取出msg部分的时间戳，判断是否大于当前时间，如果大于，说明token过期无效了。
    if not (not msg.expires or msg.expires > os.time()) then
         return nil, "csrf token expired"
    end
end

下面是关于Lua语言加密库，lua语言有别于其他语言，没有同意的官方指定加密库，为了便于读者，看后实践，下面对lua的加密库进行了补充描述。lua语言是一种弱类型的语言，简单明了，对于描述某些课题，便于表述，类似于伪语言，操作起来也很轻便，便于实践推敲算法。即使之后不适用lua，也可以很方面的迁移到其他语言。

我们在开发的工作中，难免要对一些数据进行加密处理，而加密模块的使用有是就必不可少。在lua官方的WIKI列表中就列出了，很多lua程序写的加密库，这写加密库有的是用纯lua写的，也有用lua调用C的程序实现加密。不过有些时候甄选这些库还是需要花一些时间精力，只是需要测试一下这是加密算是否是好用的。这是lua组织列出的一览列表。

http://lua-users.org/wiki/CryptographyStuff

说一下为什么要加密，我们面临的任务是什么！我们现在面临的任务是，要对一段字符串进行sha256算法加密。
我们从列表中选出了几个支持sha256加密的包，并说明一下这几个工具包。

1.SecureHashAlgorithm和SecureHashAlgorithmBW

2.Lcrypt

网站：

http://www.eder.us/projects/lcrypt/

3.LuaCrypto

luarocks install luacrypto 

我们选用这个包进行加密处理。
LuaCrypto其实是openssl库的前端lua调用，依赖openssl，openssl库显然会支持sha256加密，相对也比一般的第三方实现更可靠。
写一个简单的加密程序：

local crypto = require("crypto")
local hmac = require("crypto.hmac")
local ret = hmac.digest("sha256", "abcdefg", "hmackey")
print(ret)

ret的返回结果是，如下这个字符串。

704d25d116a700656bfa5a6a7b0f462efdc7df828cdbafa6fbf8b39a12e83f24

我们需要改造一下代码，在调用digest的时候指定输出的形式是raw二进制数据形式，然后在编码成base64的数据形式。

local ret = hmac.digest("sha256", "abcdefg", "hmackey",rawequal)
print(ret)

这时候的输出结果是：

cE0l0RanAGVr+lpqew9GLv3H34KM26+m+/izmhLoPyQ=
lua-base64

使用的是下面的库，lua库就是这样，有很多功能程序有很多的实现，并且很多非官方的第三方实现。

https://github.com/toastdriven/lua-base64

作者：糖果
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