摘  要： 提出了一種新的安全解決方案,，主要采用frame片段標(biāo)識(shí)符技術(shù)在瀏覽器端實(shí)現(xiàn)跨域數(shù)據(jù)通信,，在此基礎(chǔ)上主要關(guān)注3個(gè)安全因素：數(shù)據(jù)保密,、身份驗(yàn)證和數(shù)據(jù)完整。該方案不需要對(duì)當(dāng)前的瀏覽器環(huán)境進(jìn)行任何修改就可實(shí)現(xiàn)異源內(nèi)容相互間安全的通信,。
關(guān)鍵詞： 聚合,；安全；同源策略,；跨域通訊

    在Web2.0時(shí)代,，一種新型的基于Web的數(shù)據(jù)集成應(yīng)用程序——Mashup,，逐漸在Internet上變得越來越流行,。在IBM、微軟等企業(yè)的推動(dòng)下,，今后數(shù)年內(nèi)Mashup將成為主流應(yīng)用,。即使商業(yè)用戶的IT技術(shù)水平并不高，同樣也可創(chuàng)建符合自身需求的Mashup,，并將這些Mashup加以組合,，IT產(chǎn)業(yè)的安全性也將隨之大幅提高[1]。
    目前,，Mashup應(yīng)用仍然處于萌芽階段,，但Mashup和其他類型的Web應(yīng)用一樣,，也面臨著各種各樣的安全問題。因此,，本文主要分析了Mashup的安全問題,，并提出一種新的安全解決方案以提高M(jìn)ashup的安全性。
1 Mashup(聚合)的基本概念
    Mashup是一類Web應(yīng)用(或Web站點(diǎn)),，集成了來自多個(gè)源站點(diǎn)的內(nèi)容和代碼并將其集成到一個(gè)頁面中,，其主要目標(biāo)是為用戶提供一種更加集成和方便的使用體驗(yàn)[2]。例如,，www.housingmaps.com將Google Maps上的地圖與Craigslist(美國(guó)網(wǎng)上廣告公司)的房屋信息集成在一起,，因此，用戶可以從谷歌地圖上直觀地獲得不同地點(diǎn)的房屋價(jià)格信息并能據(jù)此進(jìn)行房屋租賃或銷售等業(yè)務(wù),。這種概念和呈現(xiàn)方式非常簡(jiǎn)單,，房屋價(jià)格信息和地圖數(shù)據(jù)集成之后提供的可視化功能非常強(qiáng)大。
    通常將上例中的www.housingmaps.com稱為集成者,，它集成了由第三方(如Google和Craigslist,，也稱為內(nèi)容提供者)提供的內(nèi)容和代碼，并為用戶提供了所需要的一站式的服務(wù),。而第三方提供的資源,，在Mashup中被稱為組件(由HTML與JavaScript組成，旨在被集成到集成者的網(wǎng)頁中,，它通常是客戶端的一些Web服務(wù)),。
    Mashup應(yīng)用通常主要有兩種框架結(jié)構(gòu)：服務(wù)器端框架和客戶端框架，如圖1所示,。

    服務(wù)器端框架是一種傳統(tǒng)的聚合方式,，首先在服務(wù)器端集成異源的內(nèi)容和服務(wù)，然后將集成后的頁面返回到瀏覽器,。圖1所示為框架中的集成者(i.com)實(shí)際上起到代理的作用,，因此，存在一些弊端：
    (1)對(duì)第三方資源的請(qǐng)求/響應(yīng)都需經(jīng)過i.com,，降低了性能,；
    (2)大量用戶可能導(dǎo)致過度的服務(wù)器負(fù)載，i.com易成為瓶頸點(diǎn),，可擴(kuò)展性差,；
    (3)i.com易成為黑客的攻擊點(diǎn)。
    近年來,，隨著Ajax技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,，Mashup應(yīng)用出現(xiàn)了客戶端框架，即在瀏覽器端集成異源的內(nèi)容和服務(wù),，例如www.housingmaps.com就采用此種框架,。同時(shí),，內(nèi)容提供者(即第三方)也更愿意提供客戶端的服務(wù)，如Google公司提供的Maps API就是一種非常流行的用于客戶端的組件,，集成者可以方便地將該組件集成到自己的Mashup應(yīng)用中,。由圖1可知，集成者(i.com)將來自異源的內(nèi)容和服務(wù)集成到一個(gè)網(wǎng)頁中,，集成者和組件,、組件與組件之間可以在瀏覽器端進(jìn)行通信，組件(如a.com)可以使用Ajax技術(shù)異步訪問服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁局部刷新的效果,，給用戶帶來更好的使用體驗(yàn),。基于此,，本文主要研究了客戶端框架下的安全應(yīng)用問題,。
2 瀏覽器的安全模型及Mashup的應(yīng)用安全
2.1 同源策略與“全有或全無”模型
    目前由瀏覽器所實(shí)現(xiàn)的安全模型是同源策略，最早出自Netscape Navigator2.0,。這里的同源是指同協(xié)議,、同域名和同端口[3]。如果2個(gè)網(wǎng)頁具有相同的協(xié)議,、域名和端口,，則認(rèn)為它們是同源的。所謂同源策略,，是指由某一來源的腳本不允許讀取或設(shè)置來自另一不同來源的文檔的屬性,。該機(jī)制將異源的Web應(yīng)用程序分離開，即如果多個(gè)瀏覽器窗口,、<frame>或<iframe>元素(下文統(tǒng)一用<frame>表示)中的文檔是從不同的服務(wù)器下載的,，則它們無法相互訪問數(shù)據(jù)和腳本，瀏覽器的腳本只被允許訪問來自同源的資源(如DOM和Cookie等資源),，并能創(chuàng)建XMLHttpRequest對(duì)象異步訪問文檔來源所指服務(wù)器的資源,。例如，<frame>A(來自http://a.com)不能訪問
<frame>B(來自http://b.com)中的任何DOM元素,，反之亦然,。來自a.com的腳本也只能創(chuàng)建XMLHttpRequest對(duì)象異步訪問a.com，而不能異步訪問b.com,。
    但上文所提的同源策略有一個(gè)例外,，文檔中包含的腳本資源文件和圖像文件被視為文檔的組成部分,，因此認(rèn)為與文檔是同源的,，即使它們實(shí)際上存在于不同的網(wǎng)域中。例如,，a.com/service.html中包含<script src=“http://b.com/lib.js”>,，雖然lib.js來自b.com,，但被認(rèn)為是a.com/service.html的組成部分，即lib.js與service.html是同源的,，都來自a.com,，因此lib.js(雖然來自b.com)中的腳本也就能夠訪問a.com/service.html的DOM等資源，并能創(chuàng)建XMLHttpRequest對(duì)象異步訪問a.com,。
    同源策略比較適用于Internet發(fā)展的早期,。由于這時(shí)很少網(wǎng)站將重要的應(yīng)用邏輯放在瀏覽器端，即使有,，這些網(wǎng)站也只限于自己的服務(wù)器而不同第三方打交道,，因此，同源策略能有效避免惡意的攻擊,。但I(xiàn)nternet發(fā)展到今天,，情況已有了很大的不同。許多集成者更愿意集成多個(gè)來源的內(nèi)容到他們的站點(diǎn)中,，為用戶提供定制化和更有附加值的服務(wù),。由前面的分析可知，Mashup的本質(zhì)就是要集成多個(gè)來源的內(nèi)容和服務(wù),，而同源策略卻是不允許使用來自不同源的內(nèi)容,。這導(dǎo)致在開發(fā)Mashup應(yīng)用時(shí)只能采用“全有或全無”模型，即站點(diǎn)a.com或者完全不信任來自站點(diǎn)b.com的內(nèi)容,，在集成時(shí)將來自b.com的內(nèi)容隔離在<frame>元素中,；或者完全信任來自站點(diǎn)b.com的腳本，在集成時(shí)將來自站點(diǎn)b.com的腳本放到<script>標(biāo)記中,，而這些腳本能完全訪問來自a.com的資源,。因此，需要實(shí)現(xiàn)一種方法使得瀏覽器能夠支持合法的跨域數(shù)據(jù)訪問,，但是無需犧牲終端用戶的安全和對(duì)自身數(shù)據(jù)的控制,。
2.2 Mashup應(yīng)用安全
    Mashup擁有兩個(gè)最本質(zhì)的特性：互通信能力和安全性?；ネㄐ拍芰κ侵讣烧吲c組件或組件間相互通信的能力,。在簡(jiǎn)單的Mashup中，可能不需要這種互通信能力,，此時(shí)可將組件包含在<frame>中,，利用同源策略來隔離異源的資源以達(dá)到保護(hù)的目的。但在越來越趨于復(fù)雜的Mashup應(yīng)用中,，集成者與組件間確實(shí)需要相互通信的能力,。安全性要求來自某源的組件不能存取來自另一源的組件的保密信息，如DOM、cookies等信息,。根據(jù)同源策略及“全有或全無”模型,，當(dāng)不同來源的組件集成到集成者的同一網(wǎng)頁時(shí)，相互之間不能通信,，除非采取一些技術(shù)手段來繞過同源策略的限制,。結(jié)果通常造成開發(fā)人員被迫必須在安全性和功能之間進(jìn)行權(quán)衡，導(dǎo)致為了滿足功能而犧牲應(yīng)用的安全性,。為此,，已經(jīng)存在的Mashup應(yīng)用采用了許多繞開同源策略的措施：
    (1)Ajax代理，Mashup服務(wù)器端框架經(jīng)常使用的一種方法[4],。例如,，由于同源策略的限制，a.com/service.html中的JavaScript代碼是不能訪問位于b.com中的某一Web服務(wù)ServiceB的,，但可以在a.com中建立新的Web服務(wù)ServiceProxy,，則a.com/service.html可通過Ajax訪問a.com/ServiceProxy，而ServiceProxy的功能就是將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給b.com/ServiceB,，由ServiceB產(chǎn)生的響應(yīng)結(jié)果再按原路徑返回給a.com/service.html,。
    (2)<frame>片段標(biāo)識(shí)符技術(shù)，Mashup客戶端框架經(jīng)常使用的方法,。通過frame.src屬性的片段標(biāo)識(shí)符(URL中#符號(hào)后的部分),，使用了頁面腳本和隱藏的<frame>標(biāo)記之間進(jìn)行通信以繞過同源策略的限制。
    當(dāng)前開發(fā)Mashup時(shí),，集成者通常將第三方提供的組件封裝到<frame>標(biāo)記中,，利用同源策略所提供的安全機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)安全的目的,。但集成者與組件間通常更需要協(xié)作,，筆者認(rèn)為在瀏覽器端利用<frame>片段標(biāo)識(shí)符技術(shù)進(jìn)行通信時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足以下3個(gè)主要的安全因素：
    (1)數(shù)據(jù)保密。在Mashup應(yīng)用中,，經(jīng)常有這樣的場(chǎng)景：如用戶可能在某一網(wǎng)頁中輸入內(nèi)容,，并希望此內(nèi)容將只提供給特定的組件，而不被其他第三方截獲,?；蛘撸烧?、組件提供者和用戶可能共享一個(gè)秘密信息,，而不希望此信息被無關(guān)的第三方截獲。因此,，在瀏覽器端實(shí)現(xiàn)消息傳遞機(jī)制時(shí),，應(yīng)能保證消息只能被相關(guān)的參與方獲取,，而其他無關(guān)的第三方不能截獲到此消息。
    (2)身份驗(yàn)證,。參與通信的雙方能夠相互進(jìn)行身份驗(yàn)證是瀏覽器端消息傳遞機(jī)制另一個(gè)很重要的安全要求。在Mashup應(yīng)用中進(jìn)行身份驗(yàn)證主要是指通信雙方能驗(yàn)證彼此的域名,。
    (3)數(shù)據(jù)完整,。數(shù)據(jù)完整是指集成者和組件提供者提供給用戶的內(nèi)容是沒有被攻擊者篡改過的，也即意味著被攻擊者篡改過的消息能被檢測(cè)出來,。
3 <frame>片段標(biāo)識(shí)符安全通信技術(shù)
3.1 基于<frame>片段標(biāo)識(shí)符的跨域數(shù)據(jù)訪問
    <frame>標(biāo)記能夠在一個(gè)HTML文件中封裝和顯示另一個(gè)完整的HTML文件,。通常稱<frame>所在的網(wǎng)頁為父頁面，而<frame>所包含的網(wǎng)頁(通過向frame.src屬性指定一個(gè)URL來確定)稱為子頁面,。
    目前開發(fā)Mashup應(yīng)用時(shí),，集成者通常將組件封裝到<frame>標(biāo)記中。當(dāng)<frame>的源URL與其父頁面同源時(shí),，根據(jù)同源策略,，父頁面中的JavaScript可通過<frame>的DOM訪問它的所有內(nèi)容。同樣,，<frame>也可以通過其父頁面的DOM訪問父頁面的所有內(nèi)容,。然而，當(dāng)異源時(shí),，父頁面不能訪問<frame>的內(nèi)容,，<frame>也無法訪問父頁面的內(nèi)容。此時(shí),，可利用frame.src屬性的片段標(biāo)識(shí)符(如http://a.com/proxy.html#data_here,，#符號(hào)后的data_here就是要傳遞的數(shù)據(jù))來實(shí)現(xiàn)跨域數(shù)據(jù)訪問。<frame>的外部代碼(如主頁面中的Javascript代碼)不能讀取frame.src,，但可以重寫frame.src,，此即frame.src屬性的只寫特性。這樣,，<frame>的外部代碼就可以根據(jù)已知文檔的URL,，構(gòu)造“URL+#+要傳遞的數(shù)據(jù)”字符串，指定給frame.src屬性,，并將觸發(fā)子頁面的onLoad事件,，于是在子頁面的onLoad事件處理程序中可接受父頁面?zhèn)鬟^來的數(shù)據(jù)并決定下一步的操作。如圖2所示,，集成者i.com/main.html由于同源策略的限制,，在瀏覽器端不能訪問a.com的資源。因此,，可通過以下步驟實(shí)現(xiàn)i.com/main.html將數(shù)據(jù)data_here傳送給a.com,。
    (1)i.com/main.html(即父頁面,，包含frame1元素)設(shè)置frame1.src=“http://a.com/proxy.html#data_here”。
    (2)frame1下載頁面a.com/proxy.html,。通過frame.src來傳遞數(shù)據(jù)可以使用#將數(shù)據(jù)加到frame的URL結(jié)尾來實(shí)現(xiàn),。
    (3)子頁面(a.com/proxy.html)的onLoad事件被激活。此時(shí),，可通過window.location.hash取出i.com/main.html傳遞過來的數(shù)據(jù)data_here,。
    (4)由于frame1和組件a.com同源，故能相互訪問彼此的資源,，即組件a.com也就能訪問i.com/main.html傳過來的數(shù)據(jù)data_here,。
    當(dāng)組件a.com處理完數(shù)據(jù)data_here后，需要將數(shù)據(jù)data_toI傳遞給父頁面i.com/main.html,，也可以通過frame1來傳遞嗎,？答案是否定的，frame1不能給它的父頁面?zhèn)鬟f任何消息,，因?yàn)樗鼈兾挥诓煌脑?。但是frame1(a.com)可以包含另一個(gè)frame2，圖2中,，frame1通過設(shè)置frame2.src為父頁面的URL(即i.com),。這時(shí)，i.com/main.html包括frame1(域?yàn)閍.com),，而frame1又包含frame2(域?yàn)閕.com),。同時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)frame2.parent.parent正是i.com/main.html,，且frame2和main.html同源,，因此在frame2中可以通過frame2.parent.parent訪問main.html的任何內(nèi)容，調(diào)用main.html中的JavaScript函數(shù),。實(shí)現(xiàn)步驟如下：
    (1)組件a.com通過在frame1(a.com/proxy.html)中設(shè)置frame2.src=“http://i.com/proxy.html#data_toI”,；
    (2)frame2下載頁面i.com/proxy.html。之后子頁面的onLoad事件被激活,，在onLoad事件中可通過window.location.hash取得組件a.com傳過來的數(shù)據(jù)data_toI,。
    (3)由于frame2(i.com/proxy.html)和i.com/main.html同源，故在frame2中可調(diào)用main.html的receiveFromA函數(shù)將數(shù)據(jù)data_toI傳遞給main.html,。

    但上述使用<frame>片段標(biāo)識(shí)符的跨域數(shù)據(jù)訪問存在一個(gè)安全問題：不確定數(shù)據(jù)的來源,。當(dāng)main.html通過frame1.src向組件a.com傳送數(shù)據(jù)data_here時(shí)，由于同源策略的安全機(jī)制,，雖然可以保證數(shù)據(jù)能被組件a.com獲得,。但是，當(dāng)組件a.com得到數(shù)據(jù)data_here時(shí),，沒有直接的方法得知數(shù)據(jù)的來源,。而在大多數(shù)情況下,，不確定來源的數(shù)據(jù)是不安全的。因此,，必須要有能實(shí)現(xiàn)對(duì)通信雙方的身份進(jìn)行驗(yàn)證的方法克服此安全漏洞,。受TCP三次握手的啟發(fā)，本文提出一種利用共享密鑰技術(shù)在瀏覽器端實(shí)現(xiàn)跨域通信雙方身份驗(yàn)證的方法,，如圖3所示,。父頁面i.com/main.html首先產(chǎn)生密鑰SK1，并使用<frame>片段標(biāo)識(shí)符技術(shù)將SK1傳遞給子頁面frame1(a.com/proxy.html),。接收方frame1可通過將密鑰SK1作為數(shù)據(jù)包的一部分傳回main.html以證明接收方frame1確實(shí)來源為a.com,。但是frame1還需要證明發(fā)送方是來自于i.com,，因此,，frame1又產(chǎn)生一個(gè)新的密鑰SK2，并將SK1和SK2一起傳送給main.html,，若main.html能將SK2作為密鑰再傳給frame1就能證明發(fā)送方main.html確實(shí)來自i.com,。至此，main.html和frame1都擁有了密鑰SK2,，故可將SK2作為共享密鑰,，并使用它來完成接下來的通信。圖3所示main.html將“SK2＋要傳的數(shù)據(jù)”作為數(shù)據(jù)包傳給frame1,，frame1將先驗(yàn)證密鑰是否等于SK2,，如果是，則接受傳過來的數(shù)據(jù),。因此,，對(duì)于惡意的攻擊可以很容易被識(shí)別和去除。

3.2 安全分析
    從數(shù)據(jù)保密,、身份驗(yàn)證和數(shù)據(jù)完整3個(gè)方面來分析上述基于<frame>片段標(biāo)識(shí)符的跨域數(shù)據(jù)訪問方案的安全性,。
    (1)數(shù)據(jù)保密。利用瀏覽器提供的同源策略限制和frame.src的只寫特性來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保密性,。在父頁面和<frame>之間傳送的數(shù)據(jù)不會(huì)被父頁面上其他的DOM元素看到,，因?yàn)?lt;frame>與父頁面處在不同的源。而且數(shù)據(jù)不出現(xiàn)在瀏覽器緩存中,，數(shù)據(jù)也不會(huì)跨過網(wǎng)絡(luò),，因此可以認(rèn)為數(shù)據(jù)包只能被接收的<frame>或來自a.com的其它頁面觀察到。
    (2)身份驗(yàn)證,。圖3中利用共享密鑰的技術(shù)能保證瀏覽器客戶端跨域通信雙方身份的驗(yàn)證,。frame1只有當(dāng)其將父頁面?zhèn)鬟^來的密鑰SK1再傳回父頁面時(shí)，才能讓它的身份得到驗(yàn)證,；類似的,，父頁面也只有將密鑰SK2傳回frame1時(shí),，才能驗(yàn)證它的身份。之后,，通過利用父頁面和frame1的共享密鑰SK2來保證雙方通信的機(jī)密性,。
    (3)數(shù)據(jù)完整。攻擊者篡改過的數(shù)據(jù)能被檢測(cè)出來,。要篡改通信的數(shù)據(jù),，攻擊者需要知道共享密鑰SK2，否則在目的地,，傳過來的數(shù)據(jù)包將被拒絕并被丟棄,。因此，沒有經(jīng)過身份驗(yàn)證的組件是不能篡改數(shù)據(jù)的,。
    當(dāng)前所有瀏覽器端所實(shí)現(xiàn)的安全模型是同源策略,，其導(dǎo)致了異源內(nèi)容間只能是“完全信任”或“完全不信任”的結(jié)果。隨之帶來的問題是：Mashup不能在實(shí)現(xiàn)功能性需求的同時(shí)也能很好地解決安全問題,。因此,，需要瀏覽器實(shí)現(xiàn)一種新的安全模型，使得瀏覽器能夠支持合法的跨域數(shù)據(jù)訪問,，而無需犧牲終端用戶的安全,。但是，主流瀏覽器要實(shí)現(xiàn)新的安全模型并在業(yè)內(nèi)普遍使用需要幾年的時(shí)間,，同時(shí)一些研究者提出的解決方案中或者要求改進(jìn)當(dāng)前的瀏覽器環(huán)境,；或者不能提供一個(gè)靈活和安全的點(diǎn)到點(diǎn)的域間通信機(jī)制[5-6]。本文提出了一種新的域間通信機(jī)制,，它不需要對(duì)當(dāng)前的瀏覽器環(huán)境進(jìn)行任何修改就可適用,，并且主要考慮了3個(gè)安全因素：數(shù)據(jù)保密、身份驗(yàn)證和數(shù)據(jù)完整,。在不遠(yuǎn)的將來,，通過不斷改善瀏覽器技術(shù)，及增加新的Web標(biāo)準(zhǔn)使Mashup更加安全,，Mashup方式也將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用,。
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