1. 引言
随着Web应用程序的不断发展和普及，对其安全性的关注也日益增加。Web应用程序的后台管理模块通常采用Session来保存用户的登录状态，并通过Session变量来判断用户的操作权限。然而，这种便捷的身份验证机制也带来了潜在的安全风险。在现代Web应用程序和网站中，经常会出现许多开发者往往未加关注的漏洞[1]。如果黑客成功获取了登录用户的Session_id值，他们就可以通过伪造该Session_id来冒充合法用户，从而获得与该用户相同的权限，进而访问后台管理程序，执行管理操作。这对于整个应用系统来说，无疑是一个致命的安全隐患，可能导致数据泄露、系统被篡改甚至完全控制。
有学者回顾了2016年至2023年期间通过适当的研究筛选程序挑选出的约30项研究，描述了中间人攻击和会话劫持研究的总体趋势[2]。多年来，HTML和CSS的功能得到了增强，以创建响应速度更快的网页，但所有这些网页创建更多的是信息共享，并没有真正处理用户输入问题[3]。本文将深入探讨PHP应用程序开发中Session欺骗攻击的原理与防范。通过与传统的Session欺骗攻击防范方法对比，分析其局限性，重点阐述增加Referer验证实现Session欺骗防范。本文旨在更有效地抵御Session欺骗攻击，显著提升Web应用程序的安全性。
2. PHP Session简介
PHP是一种被广泛使用的开源服务器端脚本语言和运行在Web服务器端的HTML内嵌式脚本语言，提供了简单、实用的动态主页解决方案，能够实现边开发边应用及跨平台运行，语法设计简单。同时，作为开源软件，PHP的源代码完全公开，用户可免费获取安装包，在Windows或UNIX/Linux平台上快速搭建运行环境，具有良好的跨平台性和广泛的应用基础。但是PHP语言的脆弱性，使有效发现Web漏洞成为网站安全的重中之重[4]。在PHP中，Session用于在用户访问网站期间记录其状态信息。从进入网站开始到会话结束的整个过程，用户可在Session中注册变量，这些变量存储在服务器端，安全性高、生命周期内可在多个页面中共享使用。
当启动Session时，服务器会生成一个唯一的Session_id，并通过Cookie方式发送到客户端浏览器。用户再次访问时，浏览器会将Session_id返回，服务器由此识别并调用对应的会话数据，实现用户状态的持续追踪。
通常情况下，在网站上的一个PHP页面中的变量是不能在另一个PHP页面中共享数据的。然而，有了Session后，Session中注册的变量可以作为用户的个人全局变量使用，使得用户存储在Session中的变量可以在其他PHP页面中被存取和修改。利用这一特性，Session被广泛应用于用户身份认证、程序状态记录、PHP页面之间参数传递。
Session是另一种维护用户状态的技术手段，与Cookie的不同之处在于，其信息储存在服务器端，用户无直接查看权限[5]。Session机制极大地提高了Web应用程序的交互性和用户体验，但其安全性也一直是Web开发中需要重点关注的问题。
3. Session欺骗的实现
Session欺骗是指攻击者利用非法手段获得用户当前正在使用的Session_id，之后利用这个Session_id来访问站点，从而获得合法用户的身份，进而对Web应用程序进行恶意操作。
当用户访问Web站点并启用Session会话时，服务器会为该用户生成一个唯一的Session_id。这个Session_id通常会存储在用户浏览器端的Cookie中。如果黑客通过某种手段(例如XSS跨站脚本攻击、网络监听、中间人攻击等)成功获取了存储在用户浏览器端Cookie中的Session_id值，他们就可以利用这个Session_id来冒充正常用户。
Session欺骗攻击对Web应用程序来说是一个致命的安全隐患。它不仅会导致用户数据泄露、系统完整性被破坏，还可能对整个服务器的基础设施造成严重威胁，因此，针对Session欺骗的防范措施显得尤为重要。
4. Session欺骗的防范措施
在Session欺骗的防范措施中，传统的防范方法主要有三种：给Session设置生存时间防范、检测User-Agent一致性防范，以及重置Session_id值防范。从理论上来讲，这些防范方法只是增加了黑客攻击的难度，并不能完全防范Session欺骗攻击。下面将详细介绍这几种防范措施及其对应的程序实现代码，并分析它们的优缺点。
4.1. 给Session设置生存时间进行防范
Session的有效生存时间是控制其安全性的一个重要参数。在PHP中，Session的默认有效生存时间通常是1440秒(即24分钟)。通过设置Session的准确生存时间，可以有效防止Session_id被窃取后被长期非法使用。当Session_id的生存时间到期后，即使黑客获取了该ID，也无法再继续使用它进行欺骗。
需要注意的是，直接修改php.ini文件会影响到服务器上所有的Web应用。如果不想影响其他Web应用，可以通过程序控制的方法，仅对当前应用进行限定。以下是相应的程序代码实现：
<?php
function check_time() //检查生存时间的函数{
$expires = 20; //超时时间变量，此处设置为20秒超时，可自行调整设置
if (isset($_SESSION['last_time'])) {
$tm = time() - $_SESSION['last_time']; //计算离上次访问的时间间隔
if ($tm >= $expires) {
Session_unset(); //如果访问超时，则删除Session变量。
Session_destroy(); // 销毁Session，彻底清除会话数据
exit('登录超时错误。');
}
}
$_SESSION['last_time'] = time(); //将当前时间存在Session变量中
}
?>
在需要防护的后台程序中调用该函数check_time()，即可起到判断时间是否超时，在两次访问的时间间隔超过20秒，程序就会清除Session变量，起到后台防护的作用，此法不能完全防范黑客攻击，超时时间设定得当，可以增加黑客入侵的难度，如果黑客取得了用户的Session_id值，只要在设定的时间间隔内欺骗，仍然能实现入侵。此法的弊端是当超时时间设定过长，黑客渗透的时间更充裕，安全性差些；若超时时间设定过短，安全性高些，但会影响用户后台操作的连贯性，用户在后台程序中停留的时间超时，就会退出后台登录状态，用户体验感会变差。
4.2. 检测User-Agent一致性进行防范
第一种给Session设置生存时间进行防范方法并不能完全抵御Session欺骗攻击，为了进一步增加黑客攻击的难度，可以采用检测User-Agent一致性进行防护。User-Agent是HTTP请求头中的一个字段，它包含了发起请求的客户端(通常是浏览器)的类型、版本、操作系统等信息。不同用户浏览器的请求头部信息数据通常是不同的，因此，在防范Session欺骗中，可以通过判断用户的User-Agent头部信息是否一致来增强防护。
以下是相应的程序代码实现：
<?php
function check_uagent() //检查User_Agent的一致性{
if (isset($_SESSION['uagent'])) {
// 比较当前User-Agent的MD5哈希值与Session中保存的哈希值
if ($_SESSION['uagent'] != md5($_SERVER['HTTP_USER_AGENT'])) {
Session_unset(); // 头部信息不一致，删除Session变量。
Session_destroy(); // 销毁Session，彻底清除会话数据
exit('客户端信息异常。');
}
} else {
// 若没有保存头部信息在Session变量中，则将信息保存(首次访问)
$_SESSION['uagent'] = md5($_SERVER['HTTP_USER_AGENT']);
}
}
?>
在需要防护的后台程序中调用该函数check_uagent()，即可判断用户前后访问时用户头部信息是否一致，黑客Session欺骗攻击时，若访问服务器的头部信息和正常用户访问时的头部信息不一致，会出现“客户端信息异常”的提示，阻止黑客的访问请求。但是请求头部的信息可以伪造，若黑客获取Session_id的同时，再获取用户的User-Agent数据，就可伪造User-Agent信息绕过该函数的防范，实现欺骗攻击。
4.3. 重置Session_id值防范
重置Session_id (Session Regeneration)是一种旨在降低Session_id被盗用后欺骗成功概率的防范措施。其核心思想是在用户执行某些敏感操作(如登录成功、权限变更)或定期地重新生成一个新的Session_id，并使旧的Session_id失效。这样，即使黑客获取了旧的Session_id，也无法再使用它进行有效的欺骗。
在PHP中，重置Session_id的语句非常简单：
Session_regenerate_id(true);
这种防范措施并不完全可靠，只要用户没有刷新Session_id，黑客就可以通过获得Cookie中保存的重置Session_id进行伪造，实现欺骗攻击，但是加上重置语句可以增加Session欺骗攻击的难度。
5. 改进方案
5.1. 增加Referer验证
从前面三种防范方法可以看出，黑客可以通过伪造Session_id和User-Agent信息实现欺骗攻击，为了增加黑客欺骗攻击的难度，本文提出了采用Referer验证来加强Session欺骗的防范，增加了程序的安全性，防范代码如下：
<?php
function check_referer() //检查来源访问页面是否一致
{
if(isset($_SESSION['referer']))
{
$temp=explode("/", $_SERVER['HTTP_REFERER']); //获得上次请求url
$refer="/" . end($temp); //从上次请求的URL中取出网页文件名
//判断上次访问的网页文件名和Session中存的网页文件名是否一致
if ($_SESSION['referer'] ！=$refer ) )
{
Session_unset(); //来源页面不一致，删除Session变量。
exit('客户端信息来源错误。');
}
}
//将当前页面URL保存在Session变量中，以备下次访问时检查请求来源是否一致。
$_SESSION['referer'] = $_SERVER['REQUEST_URI'];
}
?>
上面的代码，通过判断用户上次访问页面是否一致，来确定用户的操作是否为正常操作，黑客不知道用户最后访问的PHP页面，无法伪造相关信息，提高攻击难度。
5.2. 综合防护策略
然而Referer验证仍存在局限，如字段缺失(如书签访问、HTTPS跳转、浏览器设置等)或被篡改(如攻击者伪造、代理修改等)，仍可能被绕过。因此，应综合Session有效期控制、User-Agent校验、CSRF Token等多重防范措施，并合理设置Referer策略，对敏感页面严格验证，对公共页面适当放宽。同时，记录异常日志，提升整体安全性。为增强Web应用安全性，用户可根据需要将防范方法集成到一个函数中，在需要防范的页面中调用该函数即可。整合后的代码如下：
function Session_protect() //防范Session欺骗攻击
{
check_time(); //设置生存时间进行防范
check_uagent();//检查user_agent的一致性进行防范
Session_regenerate_id(true); //重置Session_id值防范
check_referer(); //检查用户请求来源页面是否一致进行防范
}
在需要防范Session欺骗的页面中加入如下代码，调用Session_protect函数，即可实现综合防护。
Session_start(); //启用Session会话
Session_protect(); //防范Session欺骗攻击
将所有防范措施集合到一个函数中，可以提高代码的复用性和管理效率。然而，在实际应用中，需要根据具体情况调整这些防范措施的启用时机和严格程度。例如：
1) Session_regenerate_id(true)：不一定适合在每次页面加载时都调用，因为它可能会在某些情况下影响用户体验或与某些框架的会话管理机制冲突。更推荐在用户登录成功后或权限发生变化时调用。
2) check_referer()：对于某些应用场景可能过于严格，导致合法用户被误判。对于公共页面，Referer验证可能没有必要；对于后台管理页面，则可以适当启用。
因此，虽然提供了整合代码，但开发者在实际部署时应根据应用程序的特点、安全需求和用户体验进行灵活配置和调整。
5.3. 实验数据与对比分析
为了验证Referer验证在防护Session欺骗中的效果，我们设计了基于Apache和PHP的实验环境，搭建了一个包含登录与后台管理页面的Web系统，并引入Burp Suite、Postman和自定义脚本进行攻击模拟。
实验包括四种防护策略：
1) 无防护：不部署任何防护作为对照组；
2) 传统组合：包括Session有效期限制、User-Agent检测、Session_id重置；
3) 仅Referer信息验证；
4) 综合防护：结合上述所有措施。
攻击方式包括Session_id窃取、伪造、User-Agent与Referer欺骗，以及模拟合法用户行为，并记录攻击成功率及用户体验影响，见表1。
Table 1. Comparison of protection strategies
表1. 防护策略对比
防护策略 |
Session欺骗攻击成功率(%) |
用户体验影响(1~5，5为最高影响) |
备注 |
无防护措施 |
100% |
1 |
攻击者可轻易冒充合法用户 |
传统防护组合 |
20% |
2 |
攻击者仍可通过快速欺骗或
伪造User-Agent绕过，但难度增加 |
Referer验证 |
60% |
4 |
对伪造Referer的攻击有效，
但对缺失Referer的正常用户影响较大 |
综合防护策略 |
5% |
3 |
显著降低攻击成功率，
但仍需平衡用户体验与安全性 |
实验结果表明，在无任何防护措施的情况下，Session欺骗攻击的成功率高达100%；采用传统防护(如Session有效期限制、User-Agent检测和Session_id重置)可将成功率降至20%，但由于User-Agent易被伪造，仍存在风险；单独使用Referer验证时，攻击成功率为60%，虽能防御部分伪造攻击，但对正常用户的访问造成较大影响；综合多种防护措施后，攻击成功率降至5%，安全性显著提升，虽然对用户体验有一定影响。可见，Referer验证具备一定效果，但必须与其他手段配合使用，构建多层次的防护体系，才能在保障Web应用安全的同时，兼顾用户体验。
6. 结语
本文深入探讨了Web应用程序开发中Session欺骗攻击的原理与防范。我们详细阐述了三种传统的防范方法：设置Session生存时间、检测User-Agent一致性，以及重置Session_id，并分析了它们的局限性。在此基础上，本文提出并详细分析了增加Referer信息验证来加强对Session欺骗的防范，并给出了详细的实现代码和调用方法。通过实验数据对比，我们发现单一的Referer验证虽有其独到之处，但在实际应用中存在Referer字段缺失和被篡改的局限性。然而，当将Referer验证与其他传统防范方法(如时间限定、User-Agent检测、Session_id重置)集成到一个防护模块中时，能够显著提升Web应用程序抵御Session欺骗攻击的能力，有效增加了应用程序的安全性。本文提出的综合防范策略为Web应用程序的安全性提供了更强大的保障。在编写Web应用程序时，开发者应根据应用程序的特点、安全需求和用户体验，灵活配置和调整这些防范措施的启用时机和严格程度。虽然本文以PHP编程为例，但其防范思路和多层防御理念同样适用于其他动态网页编程语言(例如ASP、JSP等)，为解决Web应用中的安全问题提供了普适性的指导。
基金项目
2024年度江西省教育厅科学技术研究项目“基于多源数据的网络安全可视化系统的研究与应用”(项目编号：GJJ2406808)；2022年度江西省教育厅科学技术研究项目“对地方高校网络应用的完善与开发”(项目编号：GJJ2202113)。