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WordPress Nonce机制深度解析：wp_create_nonce与wp_verify_nonce

各位朋友，大家好！今天我们来深入探讨WordPress中一个非常重要的安全机制——Nonce（Number used once）。Nonce在WordPress中用于防止CSRF（Cross-Site Request Forgery，跨站请求伪造）攻击，确保用户操作的安全性。我们将重点分析wp_create_nonce和wp_verify_nonce这两个核心函数，理解它们的内部算法、安全特性以及潜在的风险。

1. Nonce的概念与作用

Nonce本质上是一个一次性使用的随机字符串。它的作用是为URL、表单或AJAX请求添加一个唯一的、不可预测的标识符，从而验证请求的合法性。

为什么需要Nonce？

设想一个场景：用户登录了银行网站，并且账户里有钱。攻击者诱骗用户点击一个恶意链接，该链接指向银行网站的转账功能，并伪造了转账请求。如果银行网站没有Nonce验证机制，攻击者就有可能在用户不知情的情况下完成转账。

Nonce的引入可以有效防止这种攻击。每次用户执行敏感操作时，服务器都会生成一个唯一的Nonce值，并将其嵌入到请求中。服务器在处理请求时，会验证Nonce值是否有效。如果Nonce值不正确或已过期，服务器会拒绝请求。

Nonce的核心特性：

唯一性： 每个操作或请求都应该拥有一个唯一的Nonce。
不可预测性： 攻击者无法预测下一个Nonce值，从而无法伪造请求。
时效性： Nonce通常具有一定的有效期，过期后失效，防止被重复利用。

2. `wp_create_nonce`：Nonce的生成

wp_create_nonce函数负责生成Nonce值。它的原型如下：

function wp_create_nonce( $action = -1 ) {
    $user = wp_get_current_user();
    $uid = (int) $user->ID;
    if ( empty( $uid ) ) {
        /** This filter is documented in wp-includes/pluggable.php */
        $uid = apply_filters( 'nonce_user_logged_out', $uid, $action );
    }

    $token = wp_get_session_token();
    $i = wp_nonce_tick();

    return substr( wp_hash( $i . '|' . $action . '|' . $uid . '|' . $token, 'nonce' ), -12, 10 );
}

让我们逐步分析这个函数的实现：

获取用户ID ($uid)： 首先，函数获取当前用户的ID。如果用户未登录，则 $uid 为 0。apply_filters( 'nonce_user_logged_out', $uid, $action )允许插件修改未登录用户的用户ID（通常用于缓存场景）。
获取Session Token ($token)： wp_get_session_token() 获取用户的会话令牌。这增加了Nonce的安全性，因为它将Nonce与用户的会话绑定在一起。如果用户注销，会话令牌会失效，相应的Nonce也会失效。
获取时间戳 ($i)： wp_nonce_tick() 函数返回一个基于时间戳的整数。这个函数是Nonce具有时效性的关键。
构建哈希输入字符串： 函数将时间戳、Action、用户ID和Session Token组合成一个字符串：$i . '|' . $action . '|' . $uid . '|' . $token。其中 $action 是一个字符串，用于区分不同的操作。强烈建议使用有意义的action，例如'edit_post_' . $post_id。
哈希计算： 使用 wp_hash() 函数对组合后的字符串进行哈希计算，使用的算法由WordPress核心决定，通常是MD5或SHA-256，取决于WordPress的版本和配置。wp_hash()函数内部会使用WordPress的salt，增加破解难度。
截取哈希值： 最后，函数截取哈希值的后10位作为最终的Nonce值。

wp_nonce_tick()的实现：

function wp_nonce_tick() {
    /**
     * Filters the lifespan of nonces in seconds.
     *
     * @since 2.5.0
     *
     * @param int $lifespan Nonce life span in seconds. Default 12 hours.
     */
    $nonce_life = apply_filters( 'nonce_life', DAY_IN_SECONDS / 2 );

    return ceil( time() / ( $nonce_life ) );
}

wp_nonce_tick() 函数返回一个整数，该整数表示当前时间段的序号。时间段的长度由 nonce_life 过滤器控制，默认为半天（12小时）。这意味着在同一个时间段内，生成的Nonce值是相同的。这允许用户在一定时间内多次执行相同的操作，而无需重新生成Nonce。

wp_hash()的实现

function wp_hash( $data, $scheme = 'auth' ) {
    static $wp_hasher;

    if ( empty( $wp_hasher ) ) {
        require_once ABSPATH . WPINC . '/class-phpass.php';
        $wp_hasher = new PasswordHash( 8, true );
    }

    return $wp_hasher->HashPassword( $data . $scheme );
}

wp_hash 使用 PasswordHash 类来生成哈希值。 PasswordHash 类是一个密码哈希类，它使用 bcrypt 算法或 portable hashes（如果 bcrypt 不可用）。$scheme 参数用于向哈希添加一个盐值，默认情况下，它会附加身份验证 cookie 盐值。

总结：

wp_create_nonce 通过结合用户ID、会话令牌、时间戳和Action，并使用哈希算法生成一个唯一的、不可预测的Nonce值。这个Nonce值具有一定的时效性，并且与用户的会话绑定在一起，从而提高了安全性。

组成部分	说明	安全性作用
用户ID	当前用户的ID，如果没有登录，则为0。	防止未经授权的用户执行操作。
Session Token	用户的会话令牌。	将Nonce与用户的会话绑定在一起，如果用户注销，会话令牌会失效，相应的Nonce也会失效。
时间戳	基于时间戳的整数，通过`wp_nonce_tick()`函数生成。	使Nonce具有时效性，防止被重复利用。
Action	一个字符串，用于区分不同的操作。	允许为不同的操作生成不同的Nonce，防止一个Nonce被用于执行多个操作。
Salt	由WordPress的核心提供的Salt。	使哈希值更难破解。

3. `wp_verify_nonce`：Nonce的验证

wp_verify_nonce 函数负责验证Nonce值的有效性。它的原型如下：

function wp_verify_nonce( $nonce, $action = -1 ) {
    $user = wp_get_current_user();
    $uid = (int) $user->ID;
    if ( empty( $uid ) ) {
        /** This filter is documented in wp-includes/pluggable.php */
        $uid = apply_filters( 'nonce_user_logged_out', $uid, $action );
    }

    $token = wp_get_session_token();
    $i = wp_nonce_tick();

    // Nonce generated 0-12 hours ago
    $expected = substr( wp_hash( $i . '|' . $action . '|' . $uid . '|' . $token, 'nonce' ), -12, 10 );
    if ( hash_equals( $expected, $nonce ) ) {
        return 1;
    }

    // Nonce generated 12-24 hours ago
    $expected = substr( wp_hash( ( $i - 1 ) . '|' . $action . '|' . $uid . '|' . $token, 'nonce' ), -12, 10 );
    if ( hash_equals( $expected, $nonce ) ) {
        return 2;
    }

    return false;
}

让我们逐步分析这个函数的实现：

获取用户ID ($uid)： 与 wp_create_nonce 相同，函数首先获取当前用户的ID。
获取Session Token ($token)： 与 wp_create_nonce 相同，函数获取用户的会话令牌。
获取当前时间戳 ($i)： 与 wp_create_nonce 相同，函数使用 wp_nonce_tick() 获取当前时间戳。
计算预期的Nonce值： 函数使用当前时间戳、Action、用户ID和Session Token，以及与wp_create_nonce相同的哈希算法，计算出一个预期的Nonce值。
比较Nonce值： 函数使用 hash_equals() 函数将用户提供的Nonce值与预期的Nonce值进行比较。hash_equals() 函数是一个安全的字符串比较函数，可以防止时序攻击。
验证过去的时间段： 为了允许一定的延迟，函数还会验证过去一个时间段内的Nonce值。如果用户在当前时间段开始之前执行了操作，并且请求在当前时间段内才到达服务器，那么Nonce值仍然有效。
返回结果： 如果Nonce值有效，函数返回 1（当前时间段）或 2（过去的时间段）。如果Nonce值无效，函数返回 false。

hash_equals() 函数：

hash_equals() 函数是一个安全的字符串比较函数，可以防止时序攻击。时序攻击是指攻击者通过测量比较两个字符串所需的时间来推断字符串的内容。hash_equals() 函数通过确保比较两个字符串所需的时间与字符串的内容无关来防止这种攻击。

总结：

wp_verify_nonce 函数通过重新计算预期的Nonce值，并将其与用户提供的Nonce值进行比较，来验证Nonce值的有效性。该函数还考虑了过去一个时间段内的Nonce值，以允许一定的延迟。使用 hash_equals() 函数可以防止时序攻击。

步骤	说明	安全性作用
获取用户ID	获取当前用户的ID，如果没有登录，则为0。	验证请求是否由授权用户发起。
获取Session Token	获取用户的会话令牌。	验证请求是否来自有效的会话。
获取时间戳	获取当前时间戳，以及过去一个时间段的时间戳。	允许一定的时间延迟，同时防止Nonce被无限期地使用。
计算预期的Nonce	使用与`wp_create_nonce`相同的算法，根据用户ID、Session Token、时间戳和Action计算预期的Nonce值。	确保Nonce值与服务器端生成的值一致。
安全比较	使用`hash_equals()`函数比较用户提供的Nonce值与预期的Nonce值。	防止时序攻击。

4. Nonce的使用示例

以下是一些使用Nonce的示例：

表单提交：

<form method="post" action="options.php">
    <?php wp_nonce_field( 'update_options' ); ?>
    <input type="hidden" name="action" value="update_options" />
    <input type="text" name="option1" value="<?php echo esc_attr( get_option( 'option1' ) ); ?>" />
    <input type="submit" value="Save Changes" />
</form>

在options.php中：

if ( isset( $_POST['action'] ) && $_POST['action'] == 'update_options' ) {
    if ( ! wp_verify_nonce( $_POST['_wpnonce'], 'update_options' ) ) {
        wp_die( 'Security check failed' );
    }

    // Update options
    update_option( 'option1', sanitize_text_field( $_POST['option1'] ) );
}

URL参数：

<a href="<?php echo esc_url( add_query_arg( array( 'action' => 'delete_post', 'post_id' => $post_id, '_wpnonce' => wp_create_nonce( 'delete_post_' . $post_id ) ), admin_url( 'admin-ajax.php' ) ) ); ?>">Delete Post</a>

在admin-ajax.php中：

if ( isset( $_GET['action'] ) && $_GET['action'] == 'delete_post' ) {
    $post_id = intval( $_GET['post_id'] );
    if ( ! wp_verify_nonce( $_GET['_wpnonce'], 'delete_post_' . $post_id ) ) {
        wp_die( 'Security check failed' );
    }

    // Delete post
    wp_delete_post( $post_id );
}

AJAX请求：

jQuery.post(
    ajaxurl,
    {
        'action': 'my_ajax_action',
        'data':   'some value',
        '_wpnonce': '<?php echo wp_create_nonce( 'my_ajax_action' ); ?>'
    },
    function(response) {
        alert('The server responded: ' + response);
    }
);

在服务器端：

add_action( 'wp_ajax_my_ajax_action', 'my_ajax_callback' );

function my_ajax_callback() {
    check_ajax_referer( 'my_ajax_action' );
    $data = $_POST['data'];
    // ... process data ...
    wp_send_json_success( $data );
}

注意这里使用了check_ajax_referer()函数，它实际上是对wp_verify_nonce的封装，专门用于验证AJAX请求中的Nonce。

5. Nonce的安全性分析与潜在风险

虽然Nonce机制可以有效地防止CSRF攻击，但仍然存在一些潜在的风险：

Nonce泄露： 如果Nonce值被泄露，攻击者就可以利用该Nonce值伪造请求。因此，应该避免在公共场合（如日志文件或客户端代码中）暴露Nonce值。
Action值冲突： 如果不同的操作使用了相同的Action值，攻击者就可以利用一个操作的Nonce值来执行另一个操作。因此，应该为每个操作使用唯一的Action值。
时间同步问题： 如果服务器和客户端的时间不同步，Nonce验证可能会失败。因此，应该确保服务器和客户端的时间保持同步。
弱哈希算法： 如果使用的哈希算法较弱，攻击者可能会通过碰撞攻击来伪造Nonce值。因此，应该使用安全的哈希算法，如SHA-256。
Session Token泄露: 如果Session Token泄露，攻击者可以完全绕过Nonce机制，因为他可以伪造任何请求。确保Session Token的安全至关重要。

如何提高Nonce的安全性：

使用唯一的Action值： 为每个操作使用唯一的Action值，防止Nonce被用于执行其他操作。
使用安全的哈希算法： 使用安全的哈希算法，如SHA-256，防止碰撞攻击。
保护Session Token： 确保Session Token的安全，防止被泄露。
定期更新Nonce： 即使没有执行任何操作，也应该定期更新Nonce值，以防止Nonce被长期利用。
使用HTTPS： 使用HTTPS可以防止中间人攻击，从而保护Nonce值和Session Token不被泄露。

6. WordPress Nonce与其他安全机制的结合

Nonce机制通常与其他安全机制结合使用，以提高整体安全性。例如：

输入验证和过滤： 在处理用户输入之前，应该对其进行验证和过滤，以防止XSS（Cross-Site Scripting，跨站脚本攻击）攻击和SQL注入攻击。
权限控制： 应该根据用户的角色和权限来控制用户可以执行的操作。
安全审计： 应该定期进行安全审计，以发现潜在的安全漏洞。

7. 总结与建议

我们详细分析了 WordPress 中 Nonce 机制的实现原理和安全特性，以及 wp_create_nonce 和 wp_verify_nonce 两个核心函数的工作方式。理解 Nonce 的生成、验证过程以及潜在风险，能够帮助我们更好地利用这一机制，构建更安全的 WordPress 应用。

几点建议：

始终为敏感操作添加Nonce验证。
为不同的操作使用唯一的Action值。
定期审查和更新Nonce的安全性配置。
与其他安全机制结合使用，提高整体安全性。

希望今天的分享对大家有所帮助。谢谢大家！

WordPress Nonce机制深度解析：wp_create_nonce与wp_verify_nonce

1. Nonce的概念与作用

2. wp_create_nonce：Nonce的生成

3. wp_verify_nonce：Nonce的验证