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HTTP协议安全头部X-Content-Type-Options引入的问题

摘要：
目前，HTTP协议的以下安全标头已启用：严格传输安全X帧选项X内容类型选项X XSS保护的范围相对较小。逐一排除故障后，发现上述问题与X-Content-Type-Options有关。因此，决定仍然启用HTTP安全标头的输出，但禁用X-Content-Type-Options。富文本编辑器中的图片可以正常显示，同时，安全性不会受到很大影响。

前段时间测试MM反馈了一个问题，在富文本编辑器里上传的图片无法正常呈现。因为Jackie在本机的环境上没有观察类似的现象，而恰好那天测试环境的某个重要配项被改错了，于是Jackie想当然的归类为配置项错误引入的问题。但修改完测试环境的配置项后，测试反馈富文本编辑器内图片无法呈现的现象依然存在。

这下就有点麻烦了，问题是在版本上线的前一天晚上发现的，如果问题不能尽快处理，势必对第二天的版本上线产生影响。虽然逢上线必加班至深夜，但也不能让问题挂在Jackie手里。

时间紧急，问题诡异，Jackie马上放下手头的工作，全力投入分析工作中。

排查过程
  • 如前所述，配置项修改正确后，问题现象仍然存在，因此首先排除了配置项配置引入问题的可能。
  • 请测试MM帮忙复现问题，仔细观察之后，发现使用不同浏览器访问问题页面时可以观察到不同的现象：
    • 使用Chrome访问页面时，富文本编辑器内的图片可以正常呈现。
    • 使用IE9、IE11访问页面时，富文本编辑器内的图片无法呈现。从浏览器的呈现效果看，貌似是图片加载失败；但在调试器的网络面板查看页面资源的加载情况，可以观察到浏览器发起了图片的获取请求，而Web应用确实返回了图片信息；但就是没有呈现出来。
    • 直接把富文本编辑器的内图片的URL复制出来，贴到浏览器的地址栏里访问，图片可以正常呈现。
  • 在生产环境和体验环境上做对比验证，使用IE9、IE11访问这两个环境，查看富文本编辑器内的图片，没有观察到前述的问题，因此可以判定测试MM在测试环境上发现的问题是最近引入的，时间范围不超过2个星期，因为那段时间项目组早已切换为两周一迭代的节奏。
  • 检查富文本编辑器相关代码的提交记录，发现最近的提交记录远在几个月前，因此基本可以排除富文本编辑器自身代码的问题。
  • 肿么搞呢？似乎进入了死胡同。看来常规的方法都不见效，只能逐一排查代码提交记录了。

幸运的是提交记录不多，10分钟之内被Jackie扫描了一遍；大部分提交记录都是清白了，唯一可疑的提交记录来自于Jackie本人，果然这个问题只能由Jackie来定位和分析。为了解决AppScan报告中提到的“HTTP响应缺少安全头部”的警告，Jackie在发现问题的那天早上修改了Tomcat的配置，增加了安全头部相关的过滤器，而晚上留在办公室加班，目的就是要确认前述的警告是否已消除。

为了确认前述问题和HTTP安全头部的相关性，Jackie手工修改测试环境上Tomcat的配置，去掉了增加安全头部的过滤器，重启Tomcat后尝试重现问题，惊喜的发现，富文本编辑器内的图片恢复正常呈现，这说明HTTP响应增加安全头部之后，对基本功能产生了影响。

当前启用了HTTP协议的安全头部的如下几个：

  • Strict-Transport-Security
  • X-Frame-Options
  • X-Content-Type-Options
  • X-XSS-Protection

范围比较小，逐个排查之后，发现前述问题现象和X-Content-Type-Options相关，因此决定仍然启用HTTP安全头部的输出，但禁用X-Content-Type-Options，富文本编辑器内的图片可以正常呈现，同时不会对安全性造成很大的影响。

本来觉得修改Tomcat的配置和业务不相关，不会有什么问题，也没有过基本功能，结果偏偏天不遂人愿，还真让测试MM发现个诡异问题。看来侥幸心理不能有，该做的工作不能省，否则就得加班、加倍的补回来。

下面使用最少的样例代码来说明问题是如何发生的。

问题是如何发生的

准备复现环境

jsp页面

<%@ page session="false" pageEncoding="UTF-8" contentType="text/html; charset=UTF-8" %>
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
    <head>
        <meta charset="UTF-8" />
        <title><%=request.getServletContext().getServerInfo() %></title>
    </head>
        <div>
            <img alt="FileDownload" src="<%=request.getContextPath()%>/GetPicture">
        </div>
    <body>

    </body>
</html>

GetPicture的实现

如下这段代码的实现存在问题，使用流方式返回数据时，没有显式指定Content-Type。

package com.struts2.servlets;

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;

import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

import org.apache.commons.io.IOUtils;

public class GetPictureServlet extends HttpServlet {

    private static final long serialVersionUID = -5935833295545479697L;
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
            throws ServletException, IOException {          
        String path = req.getServletContext().getRealPath("");

        byte[] buffer = new byte[4096];
        int count = 0;
        InputStream is = null;
        OutputStream os = null;

        try
        {
            is = new FileInputStream(new File(path, "tomcat.png"));
            os = resp.getOutputStream();

            while ((count = is.read(buffer)) > 0) {
                os.write(buffer, 0, count);
            }
        }
        catch (IOException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        finally
        {
            IOUtils.closeQuietly(is);
            IOUtils.closeQuietly(os);
        }
    }
}

web.xml

<servlet>
    <servlet-name>GetPictureServlet</servlet-name>
    <servlet-class>com.struts2.servlets.GetPictureServlet</servlet-class>
</servlet>
<servlet-mapping>
    <servlet-name>GetPictureServlet</servlet-name>
    <url-pattern>/GetPicture</url-pattern>
</servlet-mapping>

使用浏览器观察

重温一些安全相关的HTTP响应头中对X-Content-Type-Options的介绍。

互联网上的资源有各种类型，通常浏览器会根据响应头的Content-Type字段来分辨它们的类型。例如：”text/html”代表html文档，”image/png”是PNG图片，”text/css”是CSS样式文档。然而，有些资源的Content-Type是错的或者未定义。这时，某些浏览器会启用MIME-sniffing来猜测该资源的类型，解析内容并执行。

使用浏览器调试面板来观察HTTP响应的头部，对上文做验证。

  1. 未启用HttpHeaderSecurityFilter时，HTTP响应的头部如下 
    Content-Length:5103
Date:Mon, 02 May 2016 05:07:22 GMT
Server:Apache-Coyote/1.1
  2. 修改$CATALINA_BASE/conf/web.xml，启用HttpHeaderSecurityFilter
    <filter>
    <filter-name>httpHeaderSecurity</filter-name>
    <filter-class>org.apache.catalina.filters.HttpHeaderSecurityFilter</filter-class>
    <async-supported>true</async-supported>        
</filter>

    使用浏览器的调试面板观察Tomcat响应浏览器请求时的HTTP头部

    Cache-Control:private
Content-Length:5103
Date:Mon, 02 May 2016 05:42:00 GMT
Expires:Thu, 01 Jan 1970 08:00:00 CST
Server:Apache-Coyote/1.1
Strict-Transport-Security:max-age=30;includeSubDomains
X-Content-Type-Options:nosniff
X-Frame-Options:SAMEORIGIN
X-XSS-Protection:1; mode=block

    此时，使用浏览器访问页面时，图片不能正常呈现。

  3. 修改$CATALINA_BASE/conf/web.xml，禁用X-Content-Type-Options特性 
    <filter>
    <filter-name>httpHeaderSecurity</filter-name>
    <filter-class>org.apache.catalina.filters.HttpHeaderSecurityFilter</filter-class>
    <async-supported>true</async-supported>           
    <init-param>
        <param-name>blockContentTypeSniffingEnabled</param-name>
        <param-value>false</param-value>
    </init-param>
</filter>

    使用浏览器的调试面板观察Tomcat响应浏览器请求时的HTTP头部

    Cache-Control:private
Content-Length:5103
Date:Mon, 02 May 2016 05:50:39 GMT
Expires:Thu, 01 Jan 1970 08:00:00 CST
Server:Apache-Coyote/1.1
Strict-Transport-Security:max-age=30;includeSubDomains
X-Frame-Options:SAMEORIGIN
X-XSS-Protection:1; mode=block

    此时，使用浏览器访问页面时，图片可以正常呈现。

  4. 修改$CATALINA_BASE/conf/web.xml，恢复X-Content-Type-Options特性 
    <filter>
    <filter-name>httpHeaderSecurity</filter-name>
    <filter-class>org.apache.catalina.filters.HttpHeaderSecurityFilter</filter-class>
    <async-supported>true</async-supported>           
</filter>

    修改GetPictureServlet类的实现，写入图片流前先设置HTTP响应头部Content-Type，取值为image/png

    resp.setHeader("Content-Type", "image/png");

    使用浏览器的调试面板观察Tomcat响应浏览器请求时的HTTP头部

    Cache-Control:private
Content-Length:5103
Content-Type:image/png
Date:Thu, 05 May 2016 15:38:12 GMT
Expires:Thu, 01 Jan 1970 08:00:00 CST
Server:Apache-Coyote/1.1
Strict-Transport-Security:max-age=30;includeSubDomains
X-Content-Type-Options:nosniff
X-Frame-Options:SAMEORIGIN
X-XSS-Protection:1; mode=block

    此时，使用浏览器访问页面时，图片可以正常呈现。

结论

按照减少 MIME 类型的安全风险的介绍，IE的行为受X-Content-Type-Options的影响，如果Web应用没有返回Content-Type，那么IE9、IE11将拒绝加载相关资源。

如果服务器发送响应头 “X-Content-Type-Options: nosniff”，则 script 和 styleSheet 元素会拒绝包含错误的 MIME 类型的响应。这是一种安全功能，有助于防止基于 MIME 类型混淆的攻击。

从前述的测试结果看，的确证实了X-Content-Type-Options对IE9、IE11的影响。

但仍有不明之事，文章减少 MIME 类型的安全风险只提到了script和stylesheet标签，没有提到img标签，不了解为什么X-Content-Type-Options对图片的加载也会产生影响。后来使用Windows 10的Edge做验证，发现Edge也存在相同的问题，只要启用了X-Content-Type-Options，那么图片必定呈现不出来。Jackie猜，这也许是文档太旧了，或者是Jackie没有找到最新的文档。

另外按照Jerry Qu的文章一些安全相关的HTTP响应头的描述，X-Content-Type-Options应该会影响Chrome的行为，但从测试结果看，使用img标签加载图片时，如果Web应用没有返回Content-Type，无论是否启用X-Content-Type-Options，Chrome都可以正常呈现图片，这一点比较奇怪。

参考资料

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