ESAPI学习笔记

时间：2023-03-08 20:22:24

     ESAPI是owasp提供的一套API级别的web应用解决方案，本人通过对ESAPI和其提供的demo源码学习发现，关键的不是对其所提供的API的使用，而是其web应用安全防御体系的构建的思想。比如，您不一定要使用ESAPI去实现日志系统，而是应该明白，一套好的日志系统应该是怎么样子的，应具备什么样的特性等。

此外，在引入使用时可能会遇到不少麻烦，所以读者应根据自身的业务特性和需求进行整合，而不是一味的去粘贴和拼接。

1、Authentication

测试用于登录认证的ESAPI接口的步骤：

1.1、创建用户（方法的实现请参考FileBasedAuthenticator .java）

         1.1.1、Authenticator instance = ESAPI.authenticator(); //实例化

         1.1.2、User user = instance.createUser(accountName, password, password);  //在users.txt         中创建一个新用户，【遗留问题：在createUser()中并未发现是写到users.txt文件】

         1.1.3、instance.getUser(accountName).enable(); //使能账户

         1.1.4、instance.getUser(accountName).unlock(); //解锁账户

1.2、用户登录（方法的实现请参考AbstractAuthenticator .java）

/*

         1.2.1、必须预先在ESAPI.properties文件中设置UsernameParameterName和PasswordParameterName参数，因为login()会使用这两个参数的值去http请求中获取用户输入的用户名和密码。比如说，如果UsernameParameterName的值为username，那么login()会在http请求中去找username字段并获取其值（用户名）。

         1.2.2、该函数用来检查发送该请求的用户是否已登录，如果没有就重定向让其登录，内部实现的具体步骤如下：

         1) 检查用户是否已登录并存在会话中

             a. 如果是，确认会话最长时间和闲置操作时间是否到达

             b. 如果步骤1满足条件则步骤可跳过

    2) 如果不满足步骤1，则需要对用户的凭证（用户名和密码）进行有效验证

             a.建议使用ESAPI接口

                       loginWithUsernameAndPassword(HttpServletRequest, HttpServletResponse)

                            接口来验证用户凭证

    3) 记录用户本次登录的主机IP

    4) 验证本次请求的方式是否是安全的（比如POST+SSL）

    5) 验证用户账户是否允许登录

             a. 验证用户没有被禁用、过期和锁定等

    6) 将用户分配到会话变量中 

*/

【遗留问题：同一个用户重复登录时，是否只创建一个、Session Management

2.1、用户登录后更新session id的接口（防止会话定置攻击）：

javax.servlet.http.HttpSession ESAPI.httpUtilities().changeSessionIdentifier(javax.servlet.http.HttpServletRequest request);

接口内部实现说明：将当前session数据拷贝到新session，并使当前session失效，并将新session绑定到当前user对象中，并返回新的session。

2.2、为URL增加CSRF token

2.2.1、为指定URL增加CSRF TOKEN

String transferFundsHref = "/SwingSet/main?function=TransferFunds&lab";

<a href='<%=ESAPI.httpUtilities().addCSRFToken(transferFundsHref)%>' >Transfer Funds</a>

说明：在url末尾添加的csrftoken值等于user.getCSRFToken()

2.2.2、在transferFundsHref的页面里验证request携带的和user的CSRF token是否一致。

ESAPI.httpUtilities().verifyCSRFToken();

         if ( !user.getCSRFToken().equals( token ) ) {   //验证两者是否一致

                            throw new IntrusionException("Authentication failed",

3、AccessControl

3.1、角色权限验证：

3.1.1、接口：ESAPI.accessController().assertAuthorizedForURL(java.lang.String url)

3.1.2、说明：检查当前用户对应的角色是否有权限访问url，权限的定义在esapi\fbac-policies\URLAccessRules.txt文件中。

3.1.3、接口源码分析：

ESAPI.accessController().assertAuthorizedForURL(string url)

         this.assertAuthorized("AC 1.0 URL", new Object[] {url});

/*

         在esapi\ESAPI-AccessControlPolicy.xml文件中获取name为“AC 1.0 URL”的访问控制信息：

ESAPI学习笔记

*/

                   AccessControlRule rule = (AccessControlRule)ruleMap.get(key);

/*

    将key对应的（此例key等于"AC 1.0 URL"）对应的访问控制信息（如上图）作为     AccessControlRule接口的构造函数的入参（参考   AccessControlRule.java），   即顺序调用了以下3个函数：

    void setPolicyParameters(P policyParameter);//P为访问控制信息

    P getPolicyParameters();//该函数未重写，默认为空，故不执行

    boolean isAuthorized(R runtimeParameter)；//此处R为空，故在下面调用

*/

       isAuthorized = rule.isAuthorized(runtimeParameter);

/*

    此处runtimeParameter等于string url，经过setPolicyParameters()的设置，此  处调用isAuthorized()实际上等于调用FileBaseACRs.java中定义的   isAuthorizedForURL()，即实际效果等于：isAuthorizedForURL(string url)，请参   考第4、5点的分析。

*/

 

3.1.4、void setPolicyParameters()的分析（源码在DelegatingACR.java）：

void setPolicyParameters(DynaBeanACRParameter policyParameter)

    delegateClassName =

       policyParameter.getString("delegateClass", "").trim()；

    methodName =

       policyParameter.getString("delegateMethod", "").trim();

    parameterClassNames =

       policyParameter.getStringArray("parameterClasses");

/*

    由以上截图可知，此例的delegateClassName为：

    org.owasp.esapi.reference.accesscontrol.FileBasedACRs；

    methodName为：isAuthorizedForURL；

    parameterClassNames为：java.lang.String

*/

    Class delegateClass = getClass(delegateClassName, "delegate");

    Class parameterClasses[] = getParameters(parameterClassNames);

/*

    通过getClass获取FileBasedACRs类，【疑问：parameterClasses[]是什么呢？】

*/

         this.delegateMethod = delegateClass.getMethod(methodName, parameterClasses);

/*

    根据方法名来从FileBasedACRs类中获取方法，此例实际为isAuthorizedForURL()

*/

 

3.1.5、boolean isAuthorized ()的源码分析

boolean isAuthorized(Object[] runtimeParameters)

         return ((Boolean)delegateMethod.invoke(delegateInstance,

                                               runtimeParameters)).booleanValue();

/*

    调用FileBasedACRs类中定义的回调函数，此例实际为isAuthorizedForURL()，   runtimeParameters为要检查的内容，比如要访问的URL、service、function和file等， 此列为URL。

*/

 

3.1.6、boolean isAuthorizedForURL()的源码分析

    urlMap = loadRules("URLAccessRules.txt");

/*

    故实际定义URL访问控制权限的文件是URLAccessRules.txt，其它类似的还有 FunctionAccessRules.txt和DataAccessRules.txt等等，由以上的分析可知，实 

    际上最终会对哪个权限控制文件做检查是由void assertAuthorized(Object key,  

    Object runtimeParameter)的key决定的，key的值都在ESAPI-AccessControlPolicy.xml 文件中定义了，目前可能的值为"AC 1.0 Data"、"AC 1.0 File"、"AC 1.0 Function"、"AC 1.0   Service"、"AC 1.0 URL"。

    补充说明： ESAPI提供的顶层接口（比如assertAuthorizedForURL()等）已经帮我们定义  好了要调用的key值了（如本例），因此实际上只需要修改权限控制文件  （URLAccessRules.txt、FunctionAccessRules.txt等）就可以了。

*/

                   return matchRule(urlMap, url);

/*

         在URLAccessRules.txt检查当前用户的角色以及该角色是否有访问url的权限，

    URLAccessRules.txt内容如下图所示：

    ESAPI学习笔记

*/    

【遗留问题】：

         是不是在过滤器中设置ESAPI的ESAPI.authenticator().login()和ESAPI.accessController().assertAuthorizedForURL()就可以解决每一个请求的认证和权限验证问题了？

3.2、直接对象引用：

3.2.1、使用随机映射表对象的样例代码：

<%@ page import="org.owasp.esapi.reference.RandomAccessReferenceMap"%>

<%

         Set fileSet = new HashSet();

         ArrayList list = new ArrayList();

         list.add(msgID0);     //将需要映射的资源的直接引用名（此处为message id）添加到list

         list.add(msgID1);

         ……

         fileSet.addAll(list);

         RandomAccessReferenceMap MsgIDMap = new RandomAccessReferenceMap(fileSet);

         /*调用ESAPI接口生成随机映射表对象*/

         HttpSession sess =          ESAPI.httpUtilities().getCurrentRequest().getSession(false);

    sess.setAttribute("MsgIDMap ", MsgIDMap);

         /*

                   此时应将映射表对象存放到安全的地方，比如：session

         */

         String indirect = instance.getIndirectReference(msgID0));

         /*

                   获取要被访问的资源的间接引用值，该值由ESAPI接口随机生成，并且每次进行映        射时值都会动态产生变化，因此，如果用户每次登录时进行重映射，那么用户在浏                   览器端看到的间接引用值也会每次都不一样，也大大增加了防御CSRF攻击的能力。

         */

         String href = "http://www.test.com?messageid=";

%>

        

         <a href="<%=href + indirect %>">点击读取消息；

         /*

                   将提供给用户读取消息的链接返回给用户，用户最终看到的链接将带上间接引用值。

                   例如：http://www.test.com?messageid=DfDsQK

         */

【说明】：当要映射的资源较多时，使用资源映射表可能会消耗较多的内存。

【遗留问题】：同一个用户重复登录都要重新映射？不同类型的资源（比如消息、Input Validation

4.1、使用自定义的正则表达式规则验证用户的输入数据。

4.1.1、接口说明：

接口1：

java.lang.String getValidInput(java.lang.String context, java.lang.String input, java.lang.String type, int maxLength, boolean allowNull)

功能说明：使用esapi/validation.properties文件中定义的正则表达式去验证用户的输入数据。

参数说明：

context：任意定义的字符串，主要用于日志打印信息。

Input：需要验证的输入字符。

Type：选择需要使用的一种正则表达式（见4.1.2）。

MaxLenth：允许输入字符的最大长度。

AllowNull：是否允许输入空字符（true为允许，false为不允许）。

返回：经过规范化和验证过滤后的字符串【遗留问题：实际验证时好像未返回字符串】

 

接口2：

isValidInput(java.lang.String context, java.lang.String input, java.lang.String type, int maxLength, boolean allowNull)

功能与getValidInput()一样，但不返回字符串，仅验证通过时返回true，否则返回false。

4.1.2、validation.properties文件的正则表达式定义如下：

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4.1.3、样例代码：

String input = request.getParameter("input");

type = "SafeString"; //使用validation.properties文件定义的SafeString正则表达式规则

         try {

                   ESAPI.validator().getValidInput(

                                     "Swingset Validation Secure Exercise", input, type,

                                     200, false);

         } catch (ValidationException e) {

                   /*当检测到输入字符串不匹配正则表达式时产生该异常，应进行适当处理*/

                   input = "Validation attack detected";

                   request.setAttribute("userMessage", e.getUserMessage());

                   request.setAttribute("logMessage", e.getLogMessage());

         } catch (Exception e) {

                   input = "exception thrown";

                   request.setAttribute("logMessage", e.getMessage());

         }

 

接口3：void assertValidFileUpload(java.lang.String context,

java.lang.String filepath, java.lang.String filename, java.io.File parent, byte[] content, int maxBytes, java.util.List<java.lang.String> allowedExtensions, boolean allowNull)

功能说明：对上传文件的路径、文件名、扩展名和文件大小进行检查。

参数说明：略。

函数分析：

void assertValidFileUpload(String context, String directorypath, String filename, File parent, byte[] content, int maxBytes, List<String> allowedExtensions, boolean allowNull)

                  、Output Encoding/Escaping

5.1、Canonicalize

术语解释：canonicalize是指将数据转换或解码成一个常见字符集的过程。这里的数据可以是经过多重混合编码的。比如：%3cscript%3ealert(%22xss%22)%3c%2fscript%3e还原成<script>alert("xss")</script>。：java.lang.String

canonicalize(java.lang.String input, boolean strict)

功能说明：将编码过的数据还原为其最简化的形式。

参数说明：

Input：输入数据。

strict：指定是否对输入数据进行多重和混合编码的检测，true时将触发IntrusionException，但不返回数据，而false将直接返回条规则定义的安全上下文以外，其它上下文都是无法安全地转义的，应避免出现，比如：

<script>...【用户数据】...</script>  //直接输出到js标签内

<!--...【用户数据】...-->           //直接输出到注释内

<div ... 【用户数据】...=test />     //直接输出到标签属性名

<..【用户数据】... href="/test" />   //作为标签名使用

<style>...【用户数据】...</style>    //直接输出到CSS

……

5.3、对输出到解析器的数据进行编码/转义：

接口1：java.lang.String encodeForSQL(Codec codec, java.lang.String input)

功能说明：对SQL查询语句中用户控制的输入数据进行编码/转义。

参数说明：

codec：编码器，编码器的种类请参考在线接口文档àorg.owasp.esapi.codecs，针对数据查询的编码器有：java.lang.String encodeForOS(Codec codec, java.lang.String input)

功能说明：对传递给OS shell的输入数据进行编码/转义。

参数说明：

codec：编码器，编码器的种类请参考在线接口文档àorg.owasp.esapi.codecs，针对OS command shell的编码器有：java.lang.String encodeForLDAP(java.lang.String input)

功能说明：对LDAP查询数据的编码/转义。

参数说明：LDAP查询输入数据

 

更多API请参考在线接口文档：org.owasp.esapiàEncoder。

6、Cryptography

6.1、加、解密

接口1：CipherText encrypt(PlainText plaintext)

功能说明：对plaintext数据进行加密，加密的算法/模式/填充方式和加密密钥在ESAPI.properties文件中定义（默认AES128/CBC/PKCS5Padding）。

参数说明：

plaintext：需要加密的明文数据：PlainText decrypt(CipherText ciphertext)

功能说明：对ciphertext数据进行解密。

参数说明：

ciphertext：需要解密的密文：java.lang.String hash(java.lang.String plaintext,java.lang.String salt,int iterations)

功能说明：对数据进行哈希。

参数说明：

plaintext：需要hash的数据：获取随机字符串：

以下参考《web安全开发指南v1.1》

接口：java.lang.String  ESAPI.randomizer().getRandomString(int length,char[] characterSet)

说明：从固定字符数组characterset中获取长度为length的随机字符串，本接口可用于生成各种自定义长度和复杂度的随机token，比如CSRF同步token等。

样例代码：

    char[] CHAR_DIGITS = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8'};

    char[] CHAR_LETTERS = { 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h', 'i'};

    char[] CHAR_ALPHANUMERICS = StringUtilities.union(CHAR_LETTERS,           CHAR_DIGITS);

         ESAPI.randomizer().getRandomString(6,CHAR_ALPHANUMERICS);

执行结果样例：0edec6，cjefic等6位随机字符串。

 

接口2：获取随机GUID：

接口：位的GUID格式的随机字符串。

样例代码：略

执行结果样例：53110e13-804a-4041-a547-09399c2791ea等

 

接口3：获取随机整数：

接口：int ESAPI.randomizer().getRandomInteger(int min,int max)

说明：获取min到max范围的随机整数。

样例代码：ESAPI.randomizer().getRandomInteger(-100,100)

执行结果样例：-11、55等。

 

接口4：获取随机文件名：

接口：java.lang.String  getRandomFilename(java.lang.String extension)

说明：生成随机字符串作为文件名，并添加extension作为文件扩展名。

样例代码：ESAPI.randomizer().getRandomFilename("exe")

执行结果样例：X4f0cafF0Mkj.exe、CzkmUsLKFx7c.exe等。

 

接口5：获取随机长整数：

接口：long ESAPI.randomizer().getRandomLong()

说明：获取随机长整数。

样例代码：略

执行结果样例：8712910770684726225、6703356794875845559等。

 

更多随机函数接口请参考：

http://owasp-esapi-java.googlecode.com/svn/trunk_doc/latest/index.html

org.owasp.esapiàRandomizer

7、Error Handling and Logging

7.1、日志记录

7.1.1、日志接口说明：        

ESAPI日志接口定义了6个级别的日志等级：

  • fatal (highest value)
  • error
  • warning
  • info
  • debug
  • trace (lowest value)

同时也预定义了4类日志事件：SECURITY_SUCCESS, SECURITY_FAILURE, EVENT_SUCCESS, EVENT_FAILURE，用于区分安全相关的事件和普通事件。

和日志相关的配置参数在ESAPI.properties设置，可配置参数：

Logger.ApplicationName：应用程序名，表示日志是哪个应用程序产生的。

Logger.LogEncodingRequired：true表示当日志包含特殊字符时自动进行转义后再记录。

Logger.LogApplicationName：true表示在日志中记录应用程序吗。

Logger.LogServerIP：true表示在日志中记录服务器的IP。

Logger.LogFileName：日志的名称（必须预先在存在）。

Logger.MaxLogFileSize：单个日志文件的最大容量，超过时自动切到另外一个日志文件。

7.1.2、接口：

原型：

         Logger  getLogger(java.lang.String moduleName)

参数说明：

         moduleName：logger使用来标记该日志是应用程序的哪个模块产生的。

原型：

         Void fatal(Logger.EventType type, java.lang.String message)

参数说明：

Type：事件类型。

Message：要记录的日志信息。

与logger相关的方法和参数请参考ESAPI在线帮忙文档：

org.owasp.esapiàlogger

7.1.2、样例代码：

         WriterAppender appender = new WriterAppender(new SimpleLayout(), out);

         org.apache.log4j.Logger.getRootLogger().addAppender(appender);

 

         Logger logger = ESAPI.getLogger("LoggingTutorialModule");

         logger.fatal(Logger.SECURITY_FAILURE, " <script>alert('123')</script>");

         logger.debug(Logger.EVENT_SUCCESS, " <scr<script>ipt>alert('abc')</script> ");

 

         org.apache.log4j.Logger.getRootLogger().removeAppender(appender);

 

7.1.3、输出结果：

181681687 [http-8443-2] FATAL SwingSetInteractive:LoggingTutorialModule  - [SECURITY FAILURE Anonymous:308755@unknown -> /SwingSetInteractive/LoggingTutorialModule] &lt;script&gt;alert('123')&lt;/script&gt; (Encoded)

 

181681687 [http-8443-2] DEBUG SwingSetInteractive:LoggingTutorialModule  - [EVENT SUCCESS Anonymous:308755@unknown -> /SwingSetInteractive/LoggingTutorialModule] &lt;scr&lt;script&gt;ipt&gt;alert('abc')&lt;/script&gt;  (Encoded)

 

在与具体业务相结合时，应提供足够的信息作为回溯的依据，应提供的信息如下：

导致事件发生的源对象（比如用户id，用户名等）；

         对事件的描述；

         事件的结果（成功或失败）；

         事件的严重等级（在具体的业务事件中定义，然后调用ESAPI接口执行）；

         事件的类型（在具体的业务事件中定义，然后调用ESAPI接口执行）；

         发生事件的源IP和目标主机IP；

         发生事件的时间。

7.2、错误处理

8、Data Protection

8.1、数据缓存

接口：

void setNoCacheHeaders(javax.servlet.http.HttpServletResponse response)

功能说明：为指定的response设置Cache-Control和、Http Security

9.1、URL重定向

9.1.1、接口：

void sendRedirect(javax.servlet.http.HttpServletResponse response,java.lang.String location)

功能说明：对需要重定向的参数进行判断，如果重定向的URL不符合"Redirect"正则表达式的要求，则触发异常，并重定向回主页。

参数说明：

response：指定的http response，当该参数为空时表示当前request的对应的response。

location：重定向的URL。

样例代码：

<%

         String redirect = request.getParameter("redirect");

         if (redirect != null){

                 //response.sendRedirect(redirect);

                 ESAPI.httpUtilities().sendRedirect(redirect);

         }

%>

9.1.2、对sendRedirect的源代码分析：

void sendRedirect(javax.servlet.http.HttpServletResponse response,java.lang.String location)

         ESAPI.validator().isValidRedirectLocation("Redirect", location, false)

                   ESAPI.validator().isValidInput( context, input, "Redirect", 512, allowNull);

                            /*通过ESAPI.properties文件中的Redirect正则表达式进行过滤判断：

                            Validator.Redirect=^/SwingSet/.+，此处使用的是相对路径，表示ESAPI只允许                                重定向到当前站点的URL*/

    response.sendRedirect(location);

 

10、：

void addCookie(javax.servlet.http.Cookie cookie)

功能描述：添加新的cookie，并为新cookie设置http only和secure属性。

 

接口2：void addHeader(java.lang.String name,java.lang.String value)

功能描述：为当前response添加新的header。

 

接口3：void assertSecureRequest() throws AccessControlException

功能描述：检查当前request是否是安全的（ssl+post），如果不是则产生异常，服务器应调用该接口对所有包含敏感数据的request做检查，保证敏感数据不会被嗅探、记录到日志。

 

接口4：void assertSecureChannel() throws AccessControlException

功能描述：检查当前request是否是通过SSL传输，如果不是则产生异常，服务器应调用该接口对所有包含敏感数据的request做检查，保证敏感数据不会被嗅探。

 

接口5：java.lang.String getCookie(java.lang.String name)

功能描述：根据cookie name来获取cookie的值。

 

接口6：java.lang.String getHeader(java.lang.String name)

功能描述：根据header name获取当前request的header值

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