同源限制

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浏览器安全的基石是“同源政策”

同源限制

浏览器安全的基石是“同源政策”（same-origin policy）。很多开发者都知道这一点，但了解得不全面。

概述

含义

1995年，同源政策由 Netscape 公司引入浏览器。目前，所有浏览器都实行这个政策。

最初，它的含义是指，A 网页设置的 Cookie，B 网页不能打开，除非这两个网页“同源”。所谓“同源”指的是“三个相同”。

  • 协议相同
  • 域名相同
  • 端口相同（这点可以忽略，详见下文）

举例来说，http://www.example.com/dir/page.html这个网址，协议是http://，域名是www.example.com，端口是80（默认端口可以省略），它的同源情况如下。

  • http://www.example.com/dir2/other.html：同源
  • http://example.com/dir/other.html：不同源（域名不同）
  • http://v2.www.example.com/dir/other.html：不同源（域名不同）
  • http://www.example.com:81/dir/other.html：不同源（端口不同）
  • https://www.example.com/dir/page.html：不同源（协议不同）

注意，标准规定端口不同的网址不是同源（比如8000端口和8001端口不是同源），但是浏览器没有遵守这条规定。实际上，同一个网域的不同端口，是可以互相读取 Cookie 的。

目的

同源政策的目的，是为了保证用户信息的安全，防止恶意的网站窃取数据。

设想这样一种情况：A 网站是一家银行，用户登录以后，A 网站在用户的机器上设置了一个 Cookie，包含了一些隐私信息。用户离开 A 网站以后，又去访问 B 网站，如果没有同源限制，B 网站可以读取 A 网站的 Cookie，那么隐私就泄漏了。更可怕的是，Cookie 往往用来保存用户的登录状态，如果用户没有退出登录，其他网站就可以冒充用户，为所欲为。因为浏览器同时还规定，提交表单不受同源政策的限制。

由此可见，同源政策是必需的，否则 Cookie 可以共享，互联网就毫无安全可言了。

限制范围

随着互联网的发展，同源政策越来越严格。目前，如果非同源，共有三种行为受到限制。

（1） 无法读取非同源网页的 Cookie、LocalStorage 和 IndexedDB。

（2） 无法接触非同源网页的 DOM。

（3） 无法向非同源地址发送 AJAX 请求（可以发送，但浏览器会拒绝接受响应）。

另外，通过 JavaScript 脚本可以拿到其他窗口的window对象。如果是非同源的网页，目前允许一个窗口可以接触其他网页的window对象的九个属性和四个方法。

  • window.closed
  • window.frames
  • window.length
  • window.location
  • window.opener
  • window.parent
  • window.self
  • window.top
  • window.window
  • window.blur()
  • window.close()
  • window.focus()
  • window.postMessage()

上面的九个属性之中，只有window.location是可读写的，其他八个全部都是只读。而且，即使是location对象，非同源的情况下，也只允许调用location.replace()方法和写入location.href属性。

虽然这些限制是必要的，但是有时很不方便，合理的用途也受到影响。下面介绍如何规避上面的限制。

Cookie 是服务器写入浏览器的一小段信息，只有同源的网页才能共享。如果两个网页一级域名相同，只是次级域名不同，浏览器允许通过设置document.domain共享 Cookie。

举例来说，A 网页的网址是http://w1.example.com/a.html，B 网页的网址是http://w2.example.com/b.html，那么只要设置相同的document.domain，两个网页就可以共享 Cookie。因为浏览器通过document.domain属性来检查是否同源。

// 两个网页都需要设置
document.domain = 'example.com';

注意，A 和 B 两个网页都需要设置document.domain属性，才能达到同源的目的。因为设置document.domain的同时，会把端口重置为null，因此如果只设置一个网页的document.domain，会导致两个网址的端口不同，还是达不到同源的目的。

现在，A 网页通过脚本设置一个 Cookie。

document.cookie = "test1=hello";

B 网页就可以读到这个 Cookie。

var allCookie = document.cookie;

注意，这种方法只适用于 Cookie 和 iframe 窗口，LocalStorage 和 IndexedDB 无法通过这种方法，规避同源政策，而要使用下文介绍 PostMessage API。

另外，服务器也可以在设置 Cookie 的时候，指定 Cookie 的所属域名为一级域名，比如example.com。

Set-Cookie: key=value; domain=example.com; path=/

这样的话，二级域名和三级域名不用做任何设置，都可以读取这个 Cookie。

iframe 和多窗口通信

iframe元素可以在当前网页之中，嵌入其他网页。每个iframe元素形成自己的窗口，即有自己的window对象。iframe窗口之中的脚本，可以获得父窗口和子窗口。但是，只有在同源的情况下，父窗口和子窗口才能通信；如果跨域，就无法拿到对方的 DOM。

比如，父窗口运行下面的命令，如果iframe窗口不是同源，就会报错。

document
.getElementById("myIFrame")
.contentWindow
.document
// Uncaught DOMException: Blocked a frame from accessing a cross-origin frame.

上面命令中，父窗口想获取子窗口的 DOM，因为跨域导致报错。

反之亦然，子窗口获取主窗口的 DOM 也会报错。

window.parent.document.body
// 报错

这种情况不仅适用于iframe窗口，还适用于window.open方法打开的窗口，只要跨域，父窗口与子窗口之间就无法通信。

如果两个窗口一级域名相同，只是二级域名不同，那么设置上一节介绍的document.domain属性，就可以规避同源政策，拿到 DOM。

对于完全不同源的网站，目前有两种方法，可以解决跨域窗口的通信问题。

  • 片段识别符（fragment identifier）
  • 跨文档通信API（Cross-document messaging）

片段识别符

片段标识符（fragment identifier）指的是，URL 的#号后面的部分，比如http://example.com/x.html#fragment的#fragment。如果只是改变片段标识符，页面不会重新刷新。

父窗口可以把信息，写入子窗口的片段标识符。

var src = originURL + '#' + data;
document.getElementById('myIFrame').src = src;

上面代码中，父窗口把所要传递的信息，写入 iframe 窗口的片段标识符。

子窗口通过监听hashchange事件得到通知。

window.onhashchange = checkMessage;
 
function checkMessage() {
  var message = window.location.hash;
  // ...
}

同样的，子窗口也可以改变父窗口的片段标识符。

parent.location.href = target + '#' + hash;

window.postMessage()

上面的这种方法属于破解，HTML5 为了解决这个问题，引入了一个全新的API：跨文档通信 API（Cross-document messaging）。

这个 API 为window对象新增了一个window.postMessage方法，允许跨窗口通信，不论这两个窗口是否同源。举例来说，父窗口aaa.com向子窗口bbb.com发消息，调用postMessage方法就可以了。

// 父窗口打开一个子窗口
var popup = window.open('http://bbb.com', 'title');
// 父窗口向子窗口发消息
popup.postMessage('Hello World!', 'http://bbb.com');

postMessage方法的第一个参数是具体的信息内容，第二个参数是接收消息的窗口的源（origin），即“协议 + 域名 + 端口”。也可以设为*，表示不限制域名，向所有窗口发送。

子窗口向父窗口发送消息的写法类似。

// 子窗口向父窗口发消息
window.opener.postMessage('Nice to see you', 'http://aaa.com');

父窗口和子窗口都可以通过message事件，监听对方的消息。

// 父窗口和子窗口都可以用下面的代码，
// 监听 message 消息
window.addEventListener('message', function (e) {
  console.log(e.data);
},false);

message事件的参数是事件对象event，提供以下三个属性。

  • event.source：发送消息的窗口
  • event.origin: 消息发送者的源（origin），即协议、域名、端口。
  • event.data: 消息内容

下面的例子是，子窗口通过event.source属性引用父窗口，然后发送消息。

window.addEventListener('message', receiveMessage);
function receiveMessage(event) {
  event.source.postMessage('Nice to see you!', '*');
}

上面代码有几个地方需要注意。首先，receiveMessage函数里面没有过滤信息的来源，任意网址发来的信息都会被处理。其次，postMessage方法中指定的目标窗口的网址是一个星号，表示该信息可以向任意网址发送。通常来说，这两种做法是不推荐的，因为不够安全，可能会被恶意利用。

event.origin属性可以过滤非许可地址发来的消息。

window.addEventListener('message', receiveMessage);
function receiveMessage(event) {
  if (event.origin !== 'http://aaa.com') return;
  if (event.data === 'Hello World') {
    event.source.postMessage('Hello', event.origin);
  } else {
    console.log(event.data);
  }
}

LocalStorage

通过window.postMessage，读写其他窗口的 LocalStorage 也成为了可能。

下面是一个例子，主窗口写入 iframe 子窗口的localStorage。

window.onmessage = function(e) {
  if (e.origin !== 'http://bbb.com') {
    return;
  }
  var payload = JSON.parse(e.data);
  localStorage.setItem(payload.key, JSON.stringify(payload.data));
};

上面代码中，子窗口将父窗口发来的消息，写入自己的 LocalStorage。

父窗口发送消息的代码如下。

var win = document.getElementsByTagName('iframe')[0].contentWindow;
var obj = { name: 'Jack' };
win.postMessage(
  JSON.stringify({key: 'storage', data: obj}),
  'http://bbb.com'
);

加强版的子窗口接收消息的代码如下。

window.onmessage = function(e) {
  if (e.origin !== 'http://bbb.com') return;
  var payload = JSON.parse(e.data);
  switch (payload.method) {
    case 'set':
      localStorage.setItem(payload.key, JSON.stringify(payload.data));
      break;
    case 'get':
      var parent = window.parent;
      var data = localStorage.getItem(payload.key);
      parent.postMessage(data, 'http://aaa.com');
      break;
    case 'remove':
      localStorage.removeItem(payload.key);
      break;
  }
};

加强版的父窗口发送消息代码如下。

var win = document.getElementsByTagName('iframe')[0].contentWindow;
var obj = { name: 'Jack' };
// 存入对象
win.postMessage(
  JSON.stringify({key: 'storage', method: 'set', data: obj}),
  'http://bbb.com'
);
// 读取对象
win.postMessage(
  JSON.stringify({key: 'storage', method: "get"}),
  "*"
);
window.onmessage = function(e) {
  if (e.origin != 'http://aaa.com') return;
  console.log(JSON.parse(e.data).name);
};

AJAX

同源政策规定，AJAX 请求只能发给同源的网址，否则就报错。

除了架设服务器代理（浏览器请求同源服务器，再由后者请求外部服务），有三种方法规避这个限制。

  • JSONP
  • WebSocket
  • CORS

JSONP

JSONP 是服务器与客户端跨源通信的常用方法。最大特点就是简单易用，没有兼容性问题，老式浏览器全部支持，服务端改造非常小。

它的做法如下。

第一步，网页添加一个<script>元素，向服务器请求一个脚本，这不受同源政策限制，可以跨域请求。

<script src="http://api.foo.com?callback=bar"></script>

注意，请求的脚本网址有一个callback参数（?callback=bar），用来告诉服务器，客户端的回调函数名称（bar）。

第二步，服务器收到请求后，拼接一个字符串，将 JSON 数据放在函数名里面，作为字符串返回（bar({...})）。

第三步，客户端会将服务器返回的字符串，作为代码解析，因为浏览器认为，这是<script>标签请求的脚本内容。这时，客户端只要定义了bar()函数，就能在该函数体内，拿到服务器返回的 JSON 数据。

下面看一个实例。首先，网页动态插入<script>元素，由它向跨域网址发出请求。

function addScriptTag(src) {
  var script = document.createElement('script');
  script.setAttribute('type', 'text/javascript');
  script.src = src;
  document.body.appendChild(script);
}
 
window.onload = function () {
  addScriptTag('http://example.com/ip?callback=foo');
}
 
function foo(data) {
  console.log('Your public IP address is: ' + data.ip);
};

上面代码通过动态添加<script>元素，向服务器example.com发出请求。注意，该请求的查询字符串有一个callback参数，用来指定回调函数的名字，这对于 JSONP 是必需的。

服务器收到这个请求以后，会将数据放在回调函数的参数位置返回。

foo({
  'ip': '8.8.8.8'
});

由于<script>元素请求的脚本，直接作为代码运行。这时，只要浏览器定义了foo函数，该函数就会立即调用。作为参数的 JSON 数据被视为 JavaScript 对象，而不是字符串，因此避免了使用JSON.parse的步骤。

WebSocket

WebSocket 是一种通信协议，使用ws://（非加密）和wss://（加密）作为协议前缀。该协议不实行同源政策，只要服务器支持，就可以通过它进行跨源通信。

下面是一个例子，浏览器发出的 WebSocket 请求的头信息（摘自维基百科）。

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
Origin: http://example.com

上面代码中，有一个字段是Origin，表示该请求的请求源（origin），即发自哪个域名。

正是因为有了Origin这个字段，所以 WebSocket 才没有实行同源政策。因为服务器可以根据这个字段，判断是否许可本次通信。如果该域名在白名单内，服务器就会做出如下回应。

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

CORS

CORS 是跨源资源分享（Cross-Origin Resource Sharing）的缩写。它是 W3C 标准，属于跨源 AJAX 请求的根本解决方法。相比 JSONP 只能发GET请求，CORS 允许任何类型的请求。