如何防止在您的網站上重播攻擊

抵禦重放攻擊：一種基於令牌的簡單方法

重放攻擊，即攻擊者攔截並重發不屬於他們的網絡數據包，極其危險，有時甚至會造成嚴重損害。更令人擔憂的是，即使在加密通信信道上，攻擊者也可能在無需訪問解密密鑰的情況下發起此類攻擊。攻擊者只需竊聽您的線路並大致了解特定數據包集執行的任務，然後通過重發這些數據包或請求，就能中斷您的通信或造成更嚴重的損害。

本文將介紹一種簡單易行的基本方法，用於防止網站遭受重放攻擊。它還可以防止心煩意亂的用戶在錯誤時間不斷刷新瀏覽器而重複上次POST請求的惱人情況。

這遠非完整的解決方案。它存在缺陷和待解決的問題，但它讓您大致了解令牌和簡單協議如何增強網站安全性。示例代碼和實現使用ASP.NET和C#完成，但該概念可以部署到任何其他平台或編程語言。

一次性令牌的概念

本文中提供的解決方案的核心思想是將每個HTTP響應與一個令牌字符串綁定，該字符串僅對下一個POST請求有效。以下是所涉及步驟的簡單分解：

1. 客戶端通過鍵入URL或頁面或單擊鏈接來發出GET請求。
2. 服務器生成一個隨機令牌。隨後，它將令牌的副本存儲在會話中，並將令牌的副本嵌入到發送給客戶端的響應的<input type="hidden">標記中。
3. 客戶端處理內容，並在用戶單擊包含隨機生成令牌的按鈕時向服務器發送POST請求。
4. 服務器接收請求，只有當附加的令牌等於存儲在用戶會話中的令牌時，才繼續處理它。
5. 服務器使令牌失效並返回步驟2，在步驟2中，它使用新的隨機令牌制定響應。

這樣，即使惡意用戶攔截了發送到服務器的關鍵請求，也無法重複該請求，因為該請求包含的令牌在發送到服務器後將不再有效。對於粗心的用戶在向服務器發布信息後錯誤地按下F5鍵並重新發送請求的情況也是如此。

測試環境

為了實現一次性令牌的概念，我們將創建一個示例頁面，其中包含一個簡單的文本框和一個提交按鈕。我們還將添加一個標籤控件來顯示測試輸出。

後台代碼將是一個簡單的片段，顯示提交時間加上文本框中包含的數據。

這是初始GET請求後頁面的輸出：

提交頁面後，輸出將如下所示：

問題是，如果您刷新頁面，它將重新發布您的數據並重複上次請求，服務器將毫無問題地處理它。現在想像一下，如果您剛剛進行了一筆1,000,000美元的關鍵交易，並且無意中按下了鍵盤上的F5鍵。或者更糟糕的是，某些惡意用戶攔截您的請求，發現它是支付交易，並重複它以竊取您的資金並報復您。

解決方案

為了防止重複POST請求，我們更新標記以添加一個隱藏字段，該字段將存儲令牌。

接下來，我們將創建一個函數，該函數生成一個隨機令牌，並將其同時嵌入到隱藏字段和會話集合中。

之後，我們將更改Page_Load()函數，以便只有當發布的令牌等於存儲在會話中的令牌時，才顯示發布的數據。

最後，我們將覆蓋OnPreRender()函數，以便在最終輸出發送到客戶端之前生成一個新令牌。這就是使它成為一次性令牌的原因，因為它在每次發送新請求時都會更新。

現在，當您單擊按鈕提交表單時，它的工作方式與之前一樣。但是，如果您嘗試通過刷新頁面來模擬重放攻擊，您將收到以下錯誤，因為與表單一起發送的令牌不再等於存儲在服務器上的令牌：

通過這種方式，我們可以區分有效的按鈕點擊提交和錯誤重複的請求。

改進代碼

儘管此代碼解決了頁面的重放攻擊問題，但它仍有一些需要解決的問題：

• 它必須在所有頁面上重複
• 如果您在同一網站上打開了多個選項卡，它將不起作用，因為令牌在請求之間共享
• 它非常醜陋

作為一名狂熱的面向對象編程 (OOP) 愛好者，我一直在尋找利用這種最棒的編程範式的力量來重構和改進代碼的機會。

為了解決上述問題，我們首先要做的是定義一個類，該類將封裝令牌生成功能。我們將該類命名為TokenizedPage，並將其從System.Web.UI.Page派生，以便將來能夠將其用於頁面。

接下來，為了使代碼更易於閱讀和管理，我們將頁面令牌和會話令牌封裝到添加到TokenizedPage類的兩個不同的屬性中。為了使代碼易於在網頁中移植，我們將使用ViewState集合而不是隱藏輸入字段來存儲頁面令牌。我們還使用Page.Title屬性作為在會話中存儲令牌的鍵。這將改進我們的代碼，並將部分解決第二個問題，該問題會將我們網站的使用限制在瀏覽器的單個選項卡中。通過應用此更改，我們將能夠在不同的選項卡中打開網站的不同頁面，但我們將無法在單獨的選項卡中打開同一頁面的多個實例，因為它們仍然共享令牌。這個問題將在稍後解決。

接下來，我們添加一個名為IsTokenValid的只讀布爾屬性，它遵循IsPostBack和IsValid等其他Page屬性的示例。此屬性的目的是確保頁面令牌等於會話令牌。

最後，我們添加GenerateRandomToken()函數和OnPreRender()事件的覆蓋，就像在測試環境中所做的那樣。

現在，為了使用一次性令牌模式，我們只需要創建一個新頁面，將其從TokenizedPage派生，並在需要一次性令牌時使用IsTokenValid即可。

好多了。

使其更好

此代碼的一個問題是，如果您在瀏覽器中有兩個指向同一頁面的選項卡，則發布一個選項卡將使另一個選項卡的令牌失效，因為它們使用相同的會話令牌鍵。這可以通過添加令牌ID來解決，這將確保在一個選項卡中發生的每個請求-響應序列都使用自己的一組唯一令牌，並且不會干擾同一頁面上的其他請求。首先要做的是返回TokenizedPage類並添加TokenID屬性。此屬性在第一次在初始GET請求中調用時生成一個隨機ID，並將其存儲在ViewState集合中以供將來重用。

接下來，我們將更改SessionHiddenToken屬性以使用TokenId屬性，而不是使用Page.Title屬性。

妙的是，由於我們使用了抽象和封裝原則（再次感謝OOP的好處），我們不需要進行任何其他更改，新機制將與我們從TokenizedPage派生的所有頁面一起工作。

剩餘問題

關於一次性令牌模式就是這樣了。還剩下兩個問題：

• 對於每個會話（更準確地說，是發送到每個會話的GET請求的數量），將生成無限數量的令牌ID。這可以通過實現堆棧或緩存機制來解決，該機制在超過數量限製或在特定持續時間內未使用時彈出較舊的ID。我將把實現留給您。
• 默認隨機數生成器並非您所說的最安全可靠的隨機性來源，並且精明的黑客可能能夠預測令牌序列。但是，如果您使用SSL加密，他們無論如何都無法獲得令牌。

您是否有任何要添加的增強功能，或者想分享其在其他平台和編程語言中的實現？請在下面的評論部分留言。

關於防止網站重放攻擊的常見問題解答 (FAQ)

什麼是重放攻擊以及它是如何工作的？

重放攻擊是一種網絡攻擊形式，其中有效的數據傳輸被惡意或欺詐性地重複或延遲。攻擊者通過攔截數據並重新傳輸數據來執行此操作，這可能是通過IP數據包替換進行偽裝攻擊的一部分。這對通信和數據的安全性構成嚴重威脅。

如何檢測重放攻擊？

檢測重放攻擊可能具有挑戰性，因為正在傳輸的數據是有效的，並且最初是由授權用戶發送的。但是，有一些跡象可以表明重放攻擊。這些包括注意到重複的傳輸或數據傳輸的延遲。此外，實施諸如時間戳和序列號之類的安全措施可以幫助檢測重放攻擊。

重放攻擊的後果是什麼？

重放攻擊的後果可能很嚴重，具體取決於被攔截數據的性質。它可能導致未經授權訪問敏感信息、欺詐性交易，甚至違反安全系統。這可能導致財務損失、聲譽受損和潛在的法律影響。

如何防止我的網站遭受重放攻擊？

有幾種策略可以防止重放攻擊。這些包括使用安全的通信協議（如SSL或TLS）、實施時間戳或序列號以及使用一次性密碼或隨機數。此外，定期監控和審核您的網絡流量可以幫助檢測和防止重放攻擊。

什麼是隨機數以及它如何防止重放攻擊？

隨機數是一個隨機或偽隨機數，在通信會話中僅使用一次。它通過確保每次數據傳輸都是唯一的來防止重放攻擊，即使相同的數據被發送多次也是如此。這使得攻擊者無法成功重放數據傳輸。

SSL或TLS如何防止重放攻擊？

SSL（安全套接字層）和TLS（傳輸層安全性）是提供網絡安全通信的加密協議。它們通過加密正在傳輸的數據以及使用序列號和時間戳的組合來確保每次數據傳輸的唯一性來防止重放攻擊。

時間戳在防止重放攻擊中起什麼作用？

時間戳可以在防止重放攻擊中發揮關鍵作用。通過向每次數據傳輸添加時間戳，您可以確保每次傳輸都是唯一的，並且無法成功重放。如果檢測到重放傳輸，則可以根據時間戳輕鬆識別並丟棄它。

重放攻擊可以對任何網站進行嗎？

是的，重放攻擊可能會對任何沒有適當安全措施的網站進行。但是，傳輸敏感信息（如財務數據或個人信息）的網站尤其容易受到攻擊。

重放攻擊常見嗎？

雖然不像其他一些類型的網絡攻擊那樣常見，但重放攻擊確實會發生，並且可能造成嚴重後果。因此，採取措施防止它們非常重要。

防止重放攻擊的一些最佳實踐是什麼？

防止重放攻擊的一些最佳實踐包括使用安全的通信協議、實施時間戳或序列號、使用一次性密碼或隨機數以及定期監控和審核您的網絡流量。此外，教育您的用戶了解安全的重要性並鼓勵他們使用安全的密碼也可以幫助防止重放攻擊。

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