yii2的csrf验证原理分析及token缓存解决方案 [ 2.0 版本 ]

本文主要分三个部分，首先简单介绍csrf，接着对照源码重点分析一下yii框架的验证原理，最后针对页面缓存导致的token被缓存提出一种可行的方案。涉及的知识点会作为附录附于文末。

1.CSRF描述

CSRF全称为“Cross-Site Request Forgery”，是在用户合法的SESSION内发起的攻击。黑客通过在网页中嵌入Web恶意请求代码，并诱使受害者访问该页面，当页面被访问后，请求在受害者不知情的情况下以受害者的合法身份发起，并执行黑客所期待的动作。以下HTML代码提供了一个“删除产品”的功能：

<a href="http://www.shop.com/delProducts.php?id=100" "javascript:return confirm('Are you sure?')">Delete</a>

假设程序员在后台没有对该“删除产品”请求做相应的合法性验证，只要用户访问了该链接，相应的产品即被删除，那么黑客可通过欺骗受害者访问带有以下恶意代码的网页，即可在受害者不知情的情况下删除相应的产品。

2.yii的csrf验证原理
/vendor/yiisoft/yii2/web/Request.php简写为Request.php

/vendor/yiisoft/yii2/web/Controller.php简写为Controller.php

开启csrf验证

在控制器里将enableCsrfValidation为true，则控制器内所有操作都会开启验证，通常做法是将enableCsrfValidation为false,而将一些敏感操作设为true，开启局部验证。

public $enableCsrfValidation = false;
/**
 * @param \yii\base\Action $action
 * @return bool
 * @desc: 局部开启csrf验证(重要的表单提交必须加入验证，加入$accessActions即可
 */
public function beforeAction($action){
    $currentAction = $action->id;
    $accessActions = ['vote','like','delete','download'];
    if(in_array($currentAction,$accessActions)) {
        $action->controller->enableCsrfValidation = true;
    }
    parent::beforeAction($action);
    return true;
}

生成token字段

在Request.php

首先通过安全组件Security获取一个32位的随机字符串，并存入cookie或session，这是原生的token.

/**
 * Generates  an unmasked random token used to perform CSRF validation.
 * @return string the random token for CSRF validation.
 */
protected function generateCsrfToken()
{
    $token = Yii::$app->getSecurity()->generateRandomString();
    if ($this->enableCsrfCookie) {
        $cookie = $this->createCsrfCookie($token);
        Yii::$app->getResponse()->getCookies()->add($cookie);
    } else {
        Yii::$app->getSession()->set($this->csrfParam, $token);
    }
    return $token;
}

接着通过一系列加密替换操作，生成加密后_csrfToken，这个是传给浏览器的token.
先随机产生CSRF_MASK_LENGTH(Yii2里默认是8位)长度的字符串 mask

对mask和token进行如下运算 str_replace('+', '.', base64_encode($mask . $this->xorTokens($token, $mask))); $this->xorTokens($arg1,$arg2) 是一个先补位异或运算

/**
 * Returns the XOR result of two strings.
 * If the two strings are of different lengths, the shorter one will be padded to the length of the longer one.
 * @param string $token1
 * @param string $token2
 * @return string the XOR result
 */
private function xorTokens($token1, $token2)
{
    $n1 = StringHelper::byteLength($token1);
    $n2 = StringHelper::byteLength($token2);
    if ($n1 > $n2) {
        $token2 = str_pad($token2, $n1, $token2);
    } elseif ($n1 < $n2) {
        $token1 = str_pad($token1, $n2, $n1 === 0 ? ' ' : $token1);
    }
    return $token1 ^ $token2;
}
public function getCsrfToken($regenerate = false)
{
    if ($this->_csrfToken === null || $regenerate) {
        if ($regenerate || ($token = $this->loadCsrfToken()) === null) {
            $token = $this->generateCsrfToken();
        }
        // the mask doesn't need to be very random
        $chars = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789_-.';
        $mask = substr(str_shuffle(str_repeat($chars, 5)), 0, static::CSRF_MASK_LENGTH);
        // The + sign may be decoded as blank space later, which will fail the validation
        $this->_csrfToken = str_replace('+', '.', base64_encode($mask . $this->xorTokens($token, $mask)));
    }

    return $this->_csrfToken;
}

验证token

在controller.php里调用request.php里的validateCsrfToken方法

/**
 * @inheritdoc
 */
public function beforeAction($action)
{
    if (parent::beforeAction($action)) {
        if ($this->enableCsrfValidation && Yii::$app->getErrorHandler()->exception === null && !Yii::$app->getRequest()->validateCsrfToken()) {
            throw new BadRequestHttpException(Yii::t('yii', 'Unable to verify your data submission.'));
        }
        return true;
    }
    
    return false;
}
public function validateCsrfToken($token = null)
{
    $method = $this->getMethod();
    if (!$this->enableCsrfValidation || in_array($method, ['GET', 'HEAD', 'OPTIONS'], true)) {
        return true;
    }

    $trueToken = $this->loadCsrfToken();//如果开启了enableCsrfCookie,CsrfToken就从cookie里取,否者从session里取(更安全)

    if ($token !== null) {
        return $this->validateCsrfTokenInternal($token, $trueToken);
    } else {
        return $this->validateCsrfTokenInternal($this->getBodyParam($this->csrfParam), $trueToken)
            || $this->validateCsrfTokenInternal($this->getCsrfTokenFromHeader(), $trueToken);
    }
}

获取客户端传入

$this->getBodyParam($this->csrfParam)

然后是validateCsrfTokenInternal

private function validateCsrfTokenInternal($token, $trueToken)
{
    if (!is_string($token)) {
        return false;
    }
    $token = base64_decode(str_replace('.', '+', $token));
    $n = StringHelper::byteLength($token);
    if ($n <= static::CSRF_MASK_LENGTH) {
        return false;
    }
    $mask = StringHelper::byteSubstr($token, 0, static::CSRF_MASK_LENGTH);
    $token = StringHelper::byteSubstr($token, static::CSRF_MASK_LENGTH, $n - static::CSRF_MASK_LENGTH);
    $token = $this->xorTokens($mask, $token);

    return $token === $trueToken;
}

加密时用的是
str_replace('+', '.', base64_encode(mask.mask.this->xorTokens(token,token,mask)));
解密
1.首先要把.替换成+
2.然后base64_decode
再 根据长度分别取出mask和mask和this->xorTokens(token,token,mask) ;
为了说明方便 this−>xorTokens(this−>xorTokens(token, $mask) 这里称作 token1
然后
进行mask和token1的异或运算,即得token
注意在加密时

token1=token^mask

所以
解密时

token=mask^token1=mask^(token^mask)

3.token缓存的解决方案

当页面整体被缓存后，token也被缓存导致验证失败，一种常见的解决思路是每次提交前重新获取token,这样就可以通过验证了。

附录：

str_pad()，该函数返回 input 被从左端、右端或者同时两端被填充到制定长度后的结果。如果可选的 pad_string 参数没有被指定，input 将被空格字符填充，否则它将被 pad_string 填充到指定长度；

str_shuffle() 函数打乱一个字符串，使用任何一种可能的排序方案。

因为yii2 csrf的验证的加解密 涉及到异或运算

所以需要先补充php里字符串异或运算的相关知识,不需要的可以跳过

^异或运算
不一样返回1 否者返回 0
在PHP语言中,经常用来做加密的运算,解密也直接用^就行
字符串运算时 利用字符的ascii码转换为2进制来运算
单个字符运算

1.对于单个字符和单个字符的
直接计算其结果即可 比如表里的a^b

2.对于长度一样的多个字符串 如表里的ab^cd
计算a^c对应的结果和和b^d对应的结果 对应的字符连接起来