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最近在做一個網站的後端開發。因為初期只有我一個人做，所以技術選擇上很自由。在 web 伺服器上我選擇了Tornado。雖然曾經也讀過它的原始碼，並做過一些小的 demo，但畢竟這是第一次在工作中使用，難免又發現了一些值得分享的東西。

1. 防範跨站偽造請求（Cross-site request forgery，簡稱 CSRF 或 XSRF）。
   CSRF 的意思簡單來說就是，攻擊者偽造真實使用者來發送請求。
   
   舉例來說，假設某個銀行網站有這樣的 URL：
   

   http://bank.example.com/withdraw?amount=1000000&for=Eve

   當這個銀行網站的使用者訪問該 URL 時，就會給 Eve 這名使用者一百萬元。使用者當然不會輕易地點選這個 URL，但是攻擊者可以在其他網站上嵌入一張偽造的圖片，將圖片地址設為該 URL：
   

   <img src="http://bank.example.com/withdraw?amount=1000000&for=Eve">

   那麼當用戶訪問那個惡意網站時，瀏覽器就會對該 URL 發起一個 GET 請求，於是在使用者毫不知情的情況下，一百萬就被轉走了。
   
   要防範上述攻擊很簡單，不允許通過 GET 請求來執行更改操作（例如轉賬）即可。不過其他型別的請求照樣也不安全，假如攻擊者構造這樣一個表單：
   

   <form
    
    action="http://bank.example.com/withdraw" method="post">
       <p>轉發抽獎送 iPad 啊！</p>
       <input type="hidden" name="amount" value="1000000">
       <input type="hidden" name="for" value="Eve">
       <input type="submit" value="轉發">
   </form>

   不明真相的使用者點了下“轉發”按鈕，結果錢就被轉走了…
   
   要杜絕這種情況，就需要在非 GET 請求時新增一個攻擊者無法偽造的欄位，處理請求時驗證這個欄位是否修改過。
   Tornado 的處理方法很簡單，在請求中增加了一個隨機生成的 _xsrf 欄位，並且 cookie 中也增加這個欄位，在接收請求時，比較這 2 個欄位的值。
   由於非本站的網頁是不能獲取或修改 cookie 的，這就保證了 _xsrf 無法被第三方網站偽造（HTTP 嗅探例外）。
   當然，使用者自己是可以隨意獲取和修改 cookie 的，不過這已經不屬於 CSRF 的範疇了：使用者自己偽造自己所做的事情，當然由他自己來承擔。
   
   要使用該功能的話，需要在生成 tornado.web.Application 物件時，加上 xsrf_cookies=True 引數，這會給使用者生成一個名為 _xsrf 的 cookie 欄位。
   此外還需要你在非 GET 請求的表單里加上 xsrf_form_html()，如果不用 Tornado 的模板的話，在 tornado.web.RequestHandler 內部可以用 self.xsrf_form_html() 來生成。
   
   對於 AJAX 請求來說，基本上是不需要擔心跨站的，所以 Tornado 1.1.1 以前的版本並不對帶有 X-Requested-With: XMLHTTPRequest 的請求做驗證。
   後來 Google 的工程師指出，惡意的瀏覽器外掛可以偽造跨域 AJAX 請求，所以也應該進行驗證。對此我不置可否，因為瀏覽器外掛的許可權可以非常大，偽造 cookie 或是直接提交表單都行。
   不過解決辦法仍然要說，其實只要從 cookie 中獲取 _xsrf 欄位，然後在 AJAX 請求時加上這個引數，或者放在 X-Xsrftoken 或 X-Csrftoken 請求頭裡即可。嫌麻煩的話，可以用 jQuery 的 $.ajaxSetup() 來處理：
   

   $.ajaxSetup({
       beforeSend: function
    
   (jqXHR, settings) {
           type = settings.type
           if (type != 'GET' && type != 'HEAD' && type != 'OPTIONS') {
               var pattern = /(.+; *)?_xsrf *= *([^;" ]+)/;
               var xsrf = pattern.exec(document.cookie);
               if (xsrf) {
                   jqXHR.setRequestHeader('X-Xsrftoken', xsrf[2]);
               }
           }
   }});

   
   此外再順便談談跨站指令碼（Cross-site scripting，簡稱 XSS）。和 CSRF 相反的是，XSS 是利用被攻擊網站自身的漏洞，在該網站上注入攻擊者想執行的指令碼程式碼，讓瀏覽該網站的使用者執行。
   不過只要不讓使用者隨意輸入 HTML（例如對 < 和 > 進行轉義），對 HTML 元素的屬性做驗證（例如屬性裡的引號要轉義，src 和 事件處理等屬性不能隨意填寫 JavaScript 程式碼等），並檢查 CSS（含 style 屬性）中的 expression 即可避免。
   
2. 防止偽造 cookie。
   前面提到的 CSRF 和 XSS 都是攻擊者在使用者不知情的情況下，冒用他的名義來進行操作；而偽造 cookie 則是攻擊者自己主動偽造其他使用者來進行操作。
   舉例來說，假設網站的登入驗證就是檢查 cookie 中的使用者名稱，只要符合的話，就認為該使用者已登入。那麼攻擊者只要在 cookie 中設定 username=admin 之類的值，就可以冒充管理員來操作了。
   
   要防止 cookie 被偽造，首先需要提到設定 cookie 時的兩個引數：secure 和 httponly。這兩個引數並不在 tornado.web.RequestHandler.set_cookie() 的引數列表裡，而是作為關鍵字引數傳遞，並在 Cookie.Morsel._reserved 中定義的。
   前者是指這個 cookie 只能通過安全連線傳遞（即 HTTPS），這就使得嗅探者無法截獲該 cookie；後者則要求其只能在 HTTP 協議下訪問（即無法通過 JavaScript 來獲取 document.cookie 中的該欄位，並且設定後也不會通過 HTTP 協議向伺服器傳送），這便使得攻擊者無法簡單地通過 JavaScript 指令碼來偽造 cookie。
   
   不過對於惡意的攻擊者，這兩個引數並不能杜絕 cookie 被偽造。為此就需要對 cookie 做個簽名，一旦被修改，伺服器端可以判斷出來。
   Tornado 中提供了 set_secure_cookie() 這個方法來對 cookie 做簽名。簽名時需要提供一串祕鑰（生成 tornado.web.Application 物件時的 cookie_secret 引數），這個祕鑰可以通過如下程式碼來生成：
   

   base64.b64encode(uuid.uuid4().bytes + uuid.uuid4().bytes)

   這個引數可以隨機生成，但如果同時有多個 Tornado 程序來服務的話，或者有時會重啟的話，還是共用一個常量比較好，並且注意不要洩露。
   
   這個簽名用的是 HMAC 演算法，hash 演算法採用的是 SHA1。簡單來說就是把 cookie 名、值和時間戳的 hash 作為簽名，再把“值|時間戳|簽名”作為新的值。這樣伺服器端只要拿祕鑰再次加密，比較簽名是否有變化過即可判斷真偽。
   值得一提的是讀原始碼時還發現這樣一個函式：
   

   def _time_independent_equals(a, b):
       if len(a) != len(b):
           return False
       result = 0
       if type(a[0]) is int:  # python3 byte strings
           for x, y in zip(a, b):
               result |= x ^ y
       else:  # python2
           for x, y in zip(a, b):
               result |= ord(x) ^ ord(y)
       return result == 0

   讀了半天也沒發現和普通的字串比較有什麼優點，直到看了 StackOverflow 上的答案才知道：為了避免攻擊者通過測試比較時間來判斷正確的位數，這個函式讓比較的時間比較恆定，也就杜絕了這種情況。（話說這答案看得我各種佩服啊，搞安全的專家果然不是我那麼膚淺的…）
   

class RequestHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def write_error(self, status_code, **kwargs):
        if status_code == 404:
            self.render('404.html')
        elif status_code == 500:
            self.render('500.html')
        else:
            super(RequestHandler, self).write_error(status_code, **kwargs)

class PageNotFoundHandler(RequestHandler):
    def get(self):
        raise tornado.web.HTTPError(404)

tornado.web.ErrorHandler = PageNotFoundHandler

application = tornado.web.Application([
    # ...
    ('.*', PageNotFoundHandler)
])

1. 需要定義 handler 的 get_current_user() 方法，例如：
   

   def get_current_user(self):
       return self.get_secure_cookie('user_id', 0)

   它的返回值為假時，就會跳轉到登入頁面了。
   
2. 建立 application 時設定 login_url 引數：
   

   application = tornado.web.Application(
       [
           # ...
       ],
       login_url = '/login'
   )

3. 定義 handler 的 get_login_url() 方法。
   如果不能使用預設的 login_url 引數（例如普通使用者和管理員需要不同的登入地址），那麼可以覆蓋 get_login_url() 方法：
   

   class AdminHandler(RequestHandler):
       def get_login_url(self):
           return '/admin/login'

class LoginHandler(RequestHandler):
    def get(self):
        if self.get_current_user():
            self.redirect('/')
            return
        self.render('login.html')

    def post(self):
        if self.get_current_user():
            raise tornado.web.HTTPError(403)
        # check username and password
        if success:
            self.redirect(self.get_argument('next', '/'))

def authenticated(method):
    """Decorate methods with this to require that the user be logged in."""
    @functools.wraps(method)
    def wrapper(self, *args, **kwargs):
        if not self.current_user:
            if self.request.headers.get('X-Requested-With') == 'XMLHttpRequest': # jQuery 等庫會附帶這個頭
                self.set_header('Content-Type', 'application/json; charset=UTF-8')
                self.write(json.dumps({'success': False, 'msg': u'您的會話已過期，請重新登入！'}))
                return
            if self.request.method in ("GET", "HEAD"):
                url = self.get_login_url()
                if "?" not in url:
                    if urlparse.urlsplit(url).scheme:
                        # if login url is absolute, make next absolute too
                        next_url = self.request.full_url()
                    else:
                        next_url = self.request.uri
                    url += "?" + urllib.urlencode(dict(next=next_url))
                self.redirect(url)
                return
            raise tornado.web.HTTPError(403)
        return method(self, *args, **kwargs)
    return wrapper

if __name__ == '__main__':
    from tornado.httpserver import HTTPServer
    from tornado.netutil import bind_sockets

    sockets = bind_sockets(80)
    server = HTTPServer(application, xheaders=True)
    server.add_sockets(sockets)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

if settings.IPV4_ONLY:
    import socket
    sockets = bind_sockets(80, family=socket.AF_INET)
else:
    sockets = bind_sockets(80)

if __name__ == '__main__':
    if settings.IPV4_ONLY:
        import socket
        sockets = bind_sockets(80, family=socket.AF_INET)
    else:
        sockets = bind_sockets(80)
    if not settings.DEBUG_MODE:
        import tornado.process
        tornado.process.fork_processes(0) # 0 表示按 CPU 數目建立相應數目的子程序
    server = HTTPServer(application, xheaders=True)
    server.add_sockets(sockets)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()