Django 安全性与防御性编程：如何保护 Django Web 应用

title: Django 安全性与防御性编程：如何保护 Django Web 应用
date: 2024/5/13 20:26:58
updated: 2024/5/13 20:26:58
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• 后端开发

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跨站请求伪造（CSRF）

跨站请求伪造（CSRF）是一种常见的网络攻击，它利用用户的身份和权限，欺骗服务器执行非预期的操作。Django 提供了一种内置的 CSRF 保护机制，可以帮助保护应用免受 CSRF 攻击。

Django 的 CSRF 保护机制是通过 CSRF 令牌（CSRF Token）实现的，它是一个加密字符串，包含了一些关于用户会话和请求的信息。在每个 POST、PUT、PATCH 和 DELETE 请求中，都需要在表单或 AJAX 请求中包含这个 CSRF 令牌，以便服务器可以验证请求的合法性。
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在 Django 中，可以通过以下几种方式获取 CSRF 令牌：

1. 在 HTML 模板中，使用 {% csrf_token %} 标签，在表单中插入 CSRF 令牌。

   <form method="post">
       {% csrf_token %}
       {{ form.as_p }}
       <button type="submit">提交</button>
   </form>
   

2. 在 AJAX 请求中，可以从 csrfmiddlewaretoken 的 cookie 中获取 CSRF 令牌，并在请求头中添加 X-CSRFToken 字段。

   function getCookie(name) {
       var cookieValue = null;
       if (document.cookie && document.cookie !== '') {
           var cookies = document.cookie.split(';');
           for (var i = 0; i < cookies.length; i++) {
               var cookie = cookies[i].trim();
               // Does this cookie string begin with the name we want?
               if (cookie.substring(0, name.length + 1) === (name + '=')) {
                   cookieValue = decodeURIComponent(cookie.substring(name.length + 1));
                   break;
               }
           }
       }
       return cookieValue;
   }
   
   function csrfSafeMethod(method) {
       // these HTTP methods do not require CSRF protection
       return (/^(GET|HEAD|OPTIONS|TRACE)$/.test(method));
   }
   
   $.ajaxSetup({
       beforeSend: function(xhr, settings) {
           if (!csrfSafeMethod(settings.type) && !this.crossDomain) {
               xhr.setRequestHeader("X-CSRFToken", getCookie('csrftoken'));
           }
       }
   });
   

3. 在 Django 视图函数中，可以使用 request.META 获取 CSRF 令牌，并在请求中验证它的合法性。

   from django.middleware.csrf import get_token
   
   def my_view(request):
       token = get_token(request)
       # ...
       if request.method == 'POST':
           # ...
           if not request.is_csrf_token_valid():
               return HttpResponseBadRequest('Invalid CSRF token.')
   

Django 的 CSRF 保护机制可以帮助开发人员快速实现安全的 Web 应用，但是也需要注意一些问题，例如在使用 AJAX 请求时，需要确保请求头中包含了 CSRF 令牌，否则服务器会拒绝处理该请求。同时，在使用 CSRF 令牌时，也需要注意防止 CSRF 令牌被泄露，例如在表单中使用 HTTP GET 方法时，需要注意 CSRF 令牌的隐藏性。

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总之，Django 的 CSRF 保护机制是一个强大的工具，可以帮助开发人员快速实现安全的 Web 应用，但是也需要注意一些问题，以确保 CSRF 令牌的安全性。

跨站脚本（XSS）

跨站脚本（XSS，Cross-site Scripting）攻击是一种常见的网络安全威胁，攻击者通过注入恶意脚本到用户的浏览器中，来窃取用户的敏感信息或者执行非授权操作。Django 提供了一套内置的安全特性来帮助防止 XSS 攻击，其中包括过滤器（filters）和模板标签（template tags）。

1. 内置过滤器： Django 的模板引擎（如 Django 的 {{ }} 模板标签）提供了 safe 过滤器，用于标记字符串为安全的，不会进行 HTML 实体转义。当需要在模板中显示用户输入的内容，但不想进行转义时，可以使用 safe 过滤器。

   <p>{{ user_input|safe }}</p>
   

   如果 user_input 可能包含恶意脚本，你需要确保它是可信的，或者在输出之前进行适当的清理和验证。

2. 模板标签： Django 提供了 safe 标签，可以将整个块标记为安全，不会进行转义。

   {% autoescape off %}
   <p>{{ user_input|safe }}</p>
   {% endautoescape %}
   

   这里 autoescape off 指令关闭了模板的自动转义功能，如果在块内部使用 safe 标签，可以确保用户输入不会被转义。

3. Content Security Policy (CSP) ： Django 的 django.middleware.clickjacking.XSSMiddleware 和 django.middleware.security.SecurityMiddleware 中包含了 Content Security Policy 的支持，可以限制页面可以加载的内容来源，防止恶意脚本的执行。

4. HTML5 模式： Django 的 X_FRAME_OPTIONS 设置可以控制页面是否可以嵌入到其他页面中，防止点击劫持（Clickjacking）攻击，这是一种变相的 XSS 攻击。

5. 输入验证： 在接收用户输入时，始终进行适当的验证和清理，确保数据的格式和内容符合预期，避免恶意脚本的注入。

尽管 Django 提供了这些内置的保护机制，但开发人员仍然需要保持警惕，因为攻击者可能会使用各种手段绕过这些防御。在处理用户输入时，始终遵循“最小权限原则”，只允许必要的数据和功能，并且在必要时使用第三方库（如 django-csp 或 django-xss-filter）进行额外的安全增强。

SQL注入

Django 使用 Object-Relational Mapping (ORM) 技术，可以有效帮助开发人员避免 SQL 注入攻击。ORM 是一种在应用程序中使用高级编程语言（如 Python）来操作数据库的方法，它可以将 SQL 语句的构造转移到框架内部，从而减少直接编写 SQL 语句的需求。

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Django 的 ORM 将参数化查询作为默认行为，这意味着在构造 SQL 语句时，用户提供的数据会被自动转义，避免了直接将用户输入拼接到 SQL 语句中，这是 SQL 注入攻击的主要入口。

以下是使用 Django ORM 时应该遵循的安全最佳实践：

1. 使用 ORM 而不是原生 SQL：尽可能地使用 Django ORM 来操作数据库，而不是直接编写原生 SQL 语句。ORM 会帮助你自动转义用户输入，避免 SQL 注入攻击。

2. 使用参数化查询：当需要使用原生 SQL 时，始终使用参数化查询，避免将用户输入直接拼接到 SQL 语句中。例如，使用 Django 的 execute 方法：

   from django.db import connection
   
   with connection.cursor() as cursor:
       cursor.execute("SELECT * FROM myapp_model WHERE id = %s", [user_id])
       result = cursor.fetchone()
   

   这里，%s 是一个占位符，[user_id] 是一个列表，其中包含用户输入的数据，ORM 会自动将其转义，避免 SQL 注入攻击。

3. 使用预定义的查询：使用 Django ORM 提供的查询方法，如 get、filter、exclude 等，而不是直接使用原生的 SQL 查询。这些查询方法也会自动转义用户输入，避免 SQL 注入攻击。

4. 输入验证：在接收用户输入时，始终进行适当的验证和清理，确保数据的格式和内容符合预期，避免恶意输入。

虽然 Django ORM 可以有效帮助开发人员避免 SQL 注入攻击，但不能完全消除这种风险。因此，在处理用户输入时，始终应该遵循“最小权限原则”，只允许必要的数据和功能，并在必要时使用第三方库（如 django-sql-security）进行额外的安全增强。

文件上传攻击

Django 提供了一些内置的安全特性来帮助处理文件上传，以减少文件上传攻击的风险。以下是一些关键的安全措施和最佳实践：

1. 文件存储和路径安全：

   • 避免使用用户提供的文件名：不要直接使用用户上传的文件名来保存文件，因为这可能导致路径遍历攻击。应该生成一个随机的文件名，并确保文件存储在安全的目录中。
   • 限制文件存储位置：确保文件存储在应用程序的受控目录中，避免将文件存储在可由Web服务器直接访问的位置，这样可以防止直接访问上传的文件。

2. 文件类型和大小限制：

   • 检查文件类型：使用 mimetype、content_type 或文件的扩展名来验证文件类型，确保只接受预期的文件类型。
   • 限制文件大小：在 settings.py 中设置 FILE_UPLOAD_MAX_MEMORY_SIZE 和 FILE_UPLOAD_MAX_NUMBER_PER_FIELD 来限制单个文件上传的大小和每个表单字段可以上传的文件数量。

3. 文件内容验证：

   • 检查文件内容：对于某些文件类型（如图像），可以使用库（如 PIL）来检查文件内容是否符合预期格式，以防止嵌入恶意代码。

4. 使用 Django 的 FileField 和 ImageField：

   • 这些字段类型提供了内置的验证，可以检查文件的 mimetype 和大小。

5. 安全处理上传的文件：

   • 不要执行不可信的文件：永远不要在服务器上执行用户上传的文件，这可能导致代码执行攻击。
   • 隔离上传文件：如果可能，将上传的文件存储在隔离的环境中，以减少潜在的安全风险。

6. 使用 Django 的中间件和视图：

   • Django 的中间件可以用来在文件上传到视图之前进行额外的安全检查。
   • 使用 Django 的视图装饰器，如 @login_required，来确保只有认证用户才能上传文件。

7. 定期更新和安全审计：

   • 定期更新 Django 和所有依赖库，以确保使用最新的安全修复。
   • 进行安全审计，检查文件上传功能是否存在潜在的安全漏洞。

通过遵循这些最佳实践，可以大大降低文件上传攻击的风险。然而，安全是一个持续的过程，需要不断地评估和改进。

HTTPOnly cookie

Django 框架支持 HTTPOnly cookie，这是一种有助于提高网站安全性的措施。HTTPOnly cookie 是一种特殊的 cookie，它通过在设置 cookie 时添加 HttpOnly 标志来实现。这个标志告诉浏览器，该 cookie 不应该通过客户端脚本（如 JavaScript）访问。

以下是 HTTPOnly cookie 的一些关键点：

1. 防止 XSS 攻击： HTTPOnly cookie 可以防止跨站脚本（XSS）攻击，因为攻击者无法通过注入恶意脚本来读取用户的 cookie。这有助于保护用户的会话信息不被窃取。

2. 增强会话安全： 当用户登录到一个网站时，服务器通常会创建一个会话 cookie，用于在后续请求中识别用户。如果这个 cookie 是 HTTPOnly 的，那么即使网站存在 XSS 漏洞，攻击者也无法通过 JavaScript 获取这个 cookie。

3. Django 中的设置： Django 默认会为 session cookie 和 CSRF token cookie 启用 HTTPOnly 标志。你可以在 Django 的设置文件 settings.py 中找到以下配置：

   SESSION_COOKIE_HTTPONLY = True
   CSRF_COOKIE_HTTPONLY = True
   

   这些设置确保了 Django 生成的 session cookie 和 CSRF token cookie 都是 HTTPOnly 的。

4. 手动设置 HTTPOnly cookie： 如果你需要在 Django 视图中手动设置 cookie，并且希望它是 HTTPOnly 的，你可以这样做：

   response = HttpResponse()
   response.set_cookie('my_cookie', 'value', httponly=True)
   

   在这个例子中，my_cookie 将被设置为 HTTPOnly cookie。

虽然 HTTPOnly cookie 提供了额外的安全层，但它并不能完全防止所有类型的攻击。例如，它不能防止中间人攻击或通过其他方式（如网络嗅探）获取 cookie。因此，除了使用 HTTPOnly cookie 之外，还应该采取其他安全措施，如使用 HTTPS、实施内容安全策略（CSP）等，以进一步提高网站的安全性。

密码安全性

Django 提供了内置的安全密码存储功能，这是通过其内置的 django.contrib.auth 库中的 User 模型和密码哈希处理机制实现的。当用户注册并设置密码时，Django并不会直接存储明文密码，而是存储密码的哈希值和一个随机盐值（salt）。

以下是 Django 安全密码存储的关键点：

1. 哈希算法： Django 使用了 bcrypt 和 PBKDF2（取决于你的 Django 版本）这样的安全哈希算法来加密密码。这些算法经过精心设计，即使攻击者知道哈希值，也无法轻易地通过暴力破解或彩虹表来恢复原始密码。

2. 盐值： 每个用户的密码哈希值都会与一个唯一的随机盐值结合，这样即使相同的密码，由于盐值不同，生成的哈希值也会不同。这进一步增加了破解的难度。

3. set_password() 方法： 当用户设置密码时，Django 提供了 set_password() 方法，它会自动处理密码的哈希和盐值生成。示例代码如下：

   user = User.objects.create_user(username='myuser', password='mypassword')
   user.set_password('mypassword')
   user.save()
   

4. 验证密码： 当用户尝试登录时，Django 会计算他们提供的密码与数据库中存储的哈希值和盐值的匹配。这通过 authenticate() 函数完成，而不是直接比较密码。

5. check_password() 方法： 为了验证密码，可以使用 check_password() 方法，如：

   if user.check_password('mynewpassword'):
       # 密码正确
   else:
       # 密码错误
   

通过这种方式，Django 有效地保护了用户的密码，即使数据库被泄露，攻击者也无法直接获取到用户的密码，从而提高了安全性。

安全会话

Django 使用加密和签名的方式来保护会话数据，以确保会话的安全性。下面是 Django 中安全会话的实现方式：

1. 加密会话数据： Django 默认会将会话数据加密后存储在用户的浏览器中。这样即使用户可以查看浏览器的 cookie 数据，也无法直接读取和理解其中的内容。Django 使用密钥来加密和解密会话数据，确保数据的机密性。
2. 签名会话数据： 除了加密数据外，Django 还会对会话数据进行签名。签名是通过使用密钥和哈希算法来生成一个签名值，用于验证数据的完整性和真实性。如果会话数据在传输过程中被篡改，签名验证将失败，从而防止数据被篡改。
3. SESSION_ENGINE 设置： 在 Django 的设置文件中，可以通过 SESSION_ENGINE 设置来选择会话引擎。默认情况下，Django 使用 django.contrib.sessions.backends.db 作为会话引擎，将加密和签名的会话数据存储在数据库中。也可以选择其他会话引擎，如 django.contrib.sessions.backends.cache 或 django.contrib.sessions.backends.file。
4. SESSION_COOKIE_SECURE 设置： 可以通过设置 SESSION_COOKIE_SECURE = True 来确保会话 cookie 只能通过 HTTPS 连接传输，增加会话数据的安全性。
5. SESSION_COOKIE_HTTPONLY 设置： 同样可以通过设置 SESSION_COOKIE_HTTPONLY = True 来禁止 JavaScript 访问会话 cookie，减少 XSS 攻击的可能性。

通过加密和签名会话数据，Django 确保了用户的会话信息在传输和存储过程中的安全性，防止敏感数据泄露和篡改。这是保护用户隐私和确保系统安全的重要措施之一。