Django 安全性與防禦性編程：如何保護 Django Web 應用

title: Django 安全性與防禦性編程：如何保護 Django Web 應用
date: 2024/5/13 20:26:58
updated: 2024/5/13 20:26:58
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後端開發

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SQL
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跨站請求僞造（CSRF）

跨站請求僞造（CSRF）是一種常見的網絡攻擊，它利用用戶的身份和權限，欺騙服務器執行非預期的操作。Django 提供了一種內置的 CSRF 保護機制，可以幫助保護應用免受 CSRF 攻擊。

Django 的 CSRF 保護機制是通過 CSRF 令牌（CSRF Token）實現的，它是一個加密字符串，包含了一些關於用戶會話和請求的信息。在每個 POST、PUT、PATCH 和 DELETE 請求中，都需要在表單或 AJAX 請求中包含這個 CSRF 令牌，以便服務器可以驗證請求的合法性。
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在 Django 中，可以通過以下幾種方式獲取 CSRF 令牌：

在 HTML 模板中，使用 {% csrf_token %} 標籤，在表單中插入 CSRF 令牌。

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

在 AJAX 請求中，可以從 csrfmiddlewaretoken 的 cookie 中獲取 CSRF 令牌，並在請求頭中添加 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'));
        }
    }
});

在 Django 視圖函數中，可以使用 request.META 獲取 CSRF 令牌，並在請求中驗證它的合法性。

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 保護機制可以幫助開發人員快速實現安全的 Web 應用，但是也需要注意一些問題，例如在使用 AJAX 請求時，需要確保請求頭中包含了 CSRF 令牌，否則服務器會拒絕處理該請求。同時，在使用 CSRF 令牌時，也需要注意防止 CSRF 令牌被泄露，例如在表單中使用 HTTP GET 方法時，需要注意 CSRF 令牌的隱藏性。

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總之，Django 的 CSRF 保護機制是一個強大的工具，可以幫助開發人員快速實現安全的 Web 應用，但是也需要注意一些問題，以確保 CSRF 令牌的安全性。

跨站腳本（XSS）

跨站腳本（XSS，Cross-site Scripting）攻擊是一種常見的網絡安全威脅，攻擊者通過注入惡意腳本到用戶的瀏覽器中，來竊取用戶的敏感信息或者執行非授權操作。Django 提供了一套內置的安全特性來幫助防止 XSS 攻擊，其中包括過濾器（filters）和模板標籤（template tags）。

內置過濾器： Django 的模板引擎（如 Django 的 {{ }} 模板標籤）提供了 safe 過濾器，用於標記字符串爲安全的，不會進行 HTML 實體轉義。當需要在模板中顯示用戶輸入的內容，但不想進行轉義時，可以使用 safe 過濾器。
```
<p>{{ user_input|safe }}</p>
```
如果 user_input 可能包含惡意腳本，你需要確保它是可信的，或者在輸出之前進行適當的清理和驗證。
模板標籤： Django 提供了 safe 標籤，可以將整個塊標記爲安全，不會進行轉義。
```
{% autoescape off %}
<p>{{ user_input|safe }}</p>
{% endautoescape %}
```
這裏 autoescape off 指令關閉了模板的自動轉義功能，如果在塊內部使用 safe 標籤，可以確保用戶輸入不會被轉義。
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，可以限制頁面可以加載的內容來源，防止惡意腳本的執行。
HTML5 模式： Django 的 X_FRAME_OPTIONS 設置可以控制頁面是否可以嵌入到其他頁面中，防止點擊劫持（Clickjacking）攻擊，這是一種變相的 XSS 攻擊。
輸入驗證：在接收用戶輸入時，始終進行適當的驗證和清理，確保數據的格式和內容符合預期，避免惡意腳本的注入。

儘管 Django 提供了這些內置的保護機制，但開發人員仍然需要保持警惕，因爲攻擊者可能會使用各種手段繞過這些防禦。在處理用戶輸入時，始終遵循“最小權限原則”，只允許必要的數據和功能，並且在必要時使用第三方庫（如 django-csp 或 django-xss-filter）進行額外的安全增強。

SQL注入

Django 使用 Object-Relational Mapping (ORM) 技術，可以有效幫助開發人員避免 SQL 注入攻擊。ORM 是一種在應用程序中使用高級編程語言（如 Python）來操作數據庫的方法，它可以將 SQL 語句的構造轉移到框架內部，從而減少直接編寫 SQL 語句的需求。

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Django 的 ORM 將參數化查詢作爲默認行爲，這意味着在構造 SQL 語句時，用戶提供的數據會被自動轉義，避免了直接將用戶輸入拼接到 SQL 語句中，這是 SQL 注入攻擊的主要入口。

以下是使用 Django ORM 時應該遵循的安全最佳實踐：

使用 ORM 而不是原生 SQL：儘可能地使用 Django ORM 來操作數據庫，而不是直接編寫原生 SQL 語句。ORM 會幫助你自動轉義用戶輸入，避免 SQL 注入攻擊。
使用參數化查詢：當需要使用原生 SQL 時，始終使用參數化查詢，避免將用戶輸入直接拼接到 SQL 語句中。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()
```
這裏，%s 是一個佔位符，[user_id] 是一個列表，其中包含用戶輸入的數據，ORM 會自動將其轉義，避免 SQL 注入攻擊。
使用預定義的查詢：使用 Django ORM 提供的查詢方法，如 get、filter、exclude 等，而不是直接使用原生的 SQL 查詢。這些查詢方法也會自動轉義用戶輸入，避免 SQL 注入攻擊。
輸入驗證：在接收用戶輸入時，始終進行適當的驗證和清理，確保數據的格式和內容符合預期，避免惡意輸入。

雖然 Django ORM 可以有效幫助開發人員避免 SQL 注入攻擊，但不能完全消除這種風險。因此，在處理用戶輸入時，始終應該遵循“最小權限原則”，只允許必要的數據和功能，並在必要時使用第三方庫（如 django-sql-security）進行額外的安全增強。

文件上傳攻擊

Django 提供了一些內置的安全特性來幫助處理文件上傳，以減少文件上傳攻擊的風險。以下是一些關鍵的安全措施和最佳實踐：

文件存儲和路徑安全：
- 避免使用用戶提供的文件名：不要直接使用用戶上傳的文件名來保存文件，因爲這可能導致路徑遍歷攻擊。應該生成一個隨機的文件名，並確保文件存儲在安全的目錄中。
- 限制文件存儲位置：確保文件存儲在應用程序的受控目錄中，避免將文件存儲在可由Web服務器直接訪問的位置，這樣可以防止直接訪問上傳的文件。
文件類型和大小限制：
- 檢查文件類型：使用 mimetype、content_type 或文件的擴展名來驗證文件類型，確保只接受預期的文件類型。
- 限制文件大小：在 settings.py 中設置 FILE_UPLOAD_MAX_MEMORY_SIZE 和 FILE_UPLOAD_MAX_NUMBER_PER_FIELD 來限制單個文件上傳的大小和每個表單字段可以上傳的文件數量。
文件內容驗證：
- 檢查文件內容：對於某些文件類型（如圖像），可以使用庫（如 PIL）來檢查文件內容是否符合預期格式，以防止嵌入惡意代碼。
使用 Django 的 FileField 和 ImageField：
- 這些字段類型提供了內置的驗證，可以檢查文件的 mimetype 和大小。
安全處理上傳的文件：
- 不要執行不可信的文件：永遠不要在服務器上執行用戶上傳的文件，這可能導致代碼執行攻擊。
- 隔離上傳文件：如果可能，將上傳的文件存儲在隔離的環境中，以減少潛在的安全風險。
使用 Django 的中間件和視圖：
- Django 的中間件可以用來在文件上傳到視圖之前進行額外的安全檢查。
- 使用 Django 的視圖裝飾器，如 @login_required，來確保只有認證用戶才能上傳文件。
定期更新和安全審計：
- 定期更新 Django 和所有依賴庫，以確保使用最新的安全修復。
- 進行安全審計，檢查文件上傳功能是否存在潛在的安全漏洞。

通過遵循這些最佳實踐，可以大大降低文件上傳攻擊的風險。然而，安全是一個持續的過程，需要不斷地評估和改進。

Django 框架支持 HTTPOnly cookie，這是一種有助於提高網站安全性的措施。HTTPOnly cookie 是一種特殊的 cookie，它通過在設置 cookie 時添加 HttpOnly 標誌來實現。這個標誌告訴瀏覽器，該 cookie 不應該通過客戶端腳本（如 JavaScript）訪問。

以下是 HTTPOnly cookie 的一些關鍵點：

防止 XSS 攻擊： HTTPOnly cookie 可以防止跨站腳本（XSS）攻擊，因爲攻擊者無法通過注入惡意腳本來讀取用戶的 cookie。這有助於保護用戶的會話信息不被竊取。
增強會話安全：當用戶登錄到一個網站時，服務器通常會創建一個會話 cookie，用於在後續請求中識別用戶。如果這個 cookie 是 HTTPOnly 的，那麼即使網站存在 XSS 漏洞，攻擊者也無法通過 JavaScript 獲取這個 cookie。
Django 中的設置： Django 默認會爲 session cookie 和 CSRF token cookie 啓用 HTTPOnly 標誌。你可以在 Django 的設置文件 settings.py 中找到以下配置：
```
SESSION_COOKIE_HTTPONLY = True
CSRF_COOKIE_HTTPONLY = True
```
這些設置確保了 Django 生成的 session cookie 和 CSRF token cookie 都是 HTTPOnly 的。
手動設置 HTTPOnly cookie：如果你需要在 Django 視圖中手動設置 cookie，並且希望它是 HTTPOnly 的，你可以這樣做：
```
response = HttpResponse()
response.set_cookie('my_cookie', 'value', httponly=True)
```
在這個例子中，my_cookie 將被設置爲 HTTPOnly cookie。

雖然 HTTPOnly cookie 提供了額外的安全層，但它並不能完全防止所有類型的攻擊。例如，它不能防止中間人攻擊或通過其他方式（如網絡嗅探）獲取 cookie。因此，除了使用 HTTPOnly cookie 之外，還應該採取其他安全措施，如使用 HTTPS、實施內容安全策略（CSP）等，以進一步提高網站的安全性。

密碼安全性

Django 提供了內置的安全密碼存儲功能，這是通過其內置的 django.contrib.auth 庫中的 User 模型和密碼哈希處理機制實現的。當用戶註冊並設置密碼時，Django並不會直接存儲明文密碼，而是存儲密碼的哈希值和一個隨機鹽值（salt）。

以下是 Django 安全密碼存儲的關鍵點：

哈希算法： Django 使用了 bcrypt 和 PBKDF2（取決於你的 Django 版本）這樣的安全哈希算法來加密密碼。這些算法經過精心設計，即使攻擊者知道哈希值，也無法輕易地通過暴力破解或彩虹表來恢復原始密碼。
鹽值：每個用戶的密碼哈希值都會與一個唯一的隨機鹽值結合，這樣即使相同的密碼，由於鹽值不同，生成的哈希值也會不同。這進一步增加了破解的難度。
set_password() 方法：當用戶設置密碼時，Django 提供了 set_password() 方法，它會自動處理密碼的哈希和鹽值生成。示例代碼如下：
```
user = User.objects.create_user(username='myuser', password='mypassword')
user.set_password('mypassword')
user.save()
```
驗證密碼：當用戶嘗試登錄時，Django 會計算他們提供的密碼與數據庫中存儲的哈希值和鹽值的匹配。這通過 authenticate() 函數完成，而不是直接比較密碼。
check_password() 方法：爲了驗證密碼，可以使用 check_password() 方法，如：
```
if user.check_password('mynewpassword'):
    # 密碼正確
else:
    # 密碼錯誤
```

通過這種方式，Django 有效地保護了用戶的密碼，即使數據庫被泄露，攻擊者也無法直接獲取到用戶的密碼，從而提高了安全性。

安全會話

Django 使用加密和簽名的方式來保護會話數據，以確保會話的安全性。下面是 Django 中安全會話的實現方式：

加密會話數據： Django 默認會將會話數據加密後存儲在用戶的瀏覽器中。這樣即使用戶可以查看瀏覽器的 cookie 數據，也無法直接讀取和理解其中的內容。Django 使用密鑰來加密和解密會話數據，確保數據的機密性。
簽名會話數據：除了加密數據外，Django 還會對會話數據進行簽名。簽名是通過使用密鑰和哈希算法來生成一個簽名值，用於驗證數據的完整性和真實性。如果會話數據在傳輸過程中被篡改，簽名驗證將失敗，從而防止數據被篡改。
SESSION_ENGINE 設置：在 Django 的設置文件中，可以通過 SESSION_ENGINE 設置來選擇會話引擎。默認情況下，Django 使用 django.contrib.sessions.backends.db 作爲會話引擎，將加密和簽名的會話數據存儲在數據庫中。也可以選擇其他會話引擎，如 django.contrib.sessions.backends.cache 或 django.contrib.sessions.backends.file。
SESSION_COOKIE_SECURE 設置：可以通過設置 SESSION_COOKIE_SECURE = True 來確保會話 cookie 只能通過 HTTPS 連接傳輸，增加會話數據的安全性。
SESSION_COOKIE_HTTPONLY 設置：同樣可以通過設置 SESSION_COOKIE_HTTPONLY = True 來禁止 JavaScript 訪問會話 cookie，減少 XSS 攻擊的可能性。

通過加密和簽名會話數據，Django 確保了用戶的會話信息在傳輸和存儲過程中的安全性，防止敏感數據泄露和篡改。這是保護用戶隱私和確保系統安全的重要措施之一。

Django 安全性與防禦性編程：如何保護 Django Web 應用

跨站請求僞造（CSRF）

跨站腳本（XSS）

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