HTTP协议安全头部X-Content-Type-Options引入的问题
本文于2016年4月完成，发布在个人博客网站上。 考虑个人博客因某种原因无法修复，于是在博客园安家，之前发布的文章逐步搬迁过来。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>
<img alt="FileDownload" src="https://www.cnblogs.com/<%=request.getContextPath()%>/GetPicture">
<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;
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。
[*]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
[*]修改$CATALINA_BASE/conf/web.xml，启用HttpHeaderSecurityFilter
<filter>
<filter-name>httpHeaderSecurity</filter-name>
<filter-class>org.apache.catalina.filters.HttpHeaderSecurityFilter</filter-class>
<async-supported>true</async-supported>
</filter>使用浏览器的调试面板观察Tomcat响应浏览器请求时的HTTP头部
Cache-Control:private
Content-Length:5103
Date:Mon, 02 May 2016 05:42:00 GMT
Expires:Thu, 01 Jan 1970 08:00:00 CST
Server:Apache-Coyote/1.1
Strict-Transport-Security:max-age=30;includeSubDomains
X-Content-Type-Options:nosniff
X-Frame-Options:SAMEORIGIN
X-XSS-Protection:1; mode=block此时，使用浏览器访问页面时，图片不能正常呈现。
[*]修改$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>
</filter> blockContentTypeSniffingEnabled false 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。
[*]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
[*]一些安全相关的HTTP响应头
[*]header的安全配置指南
[*]ZT header的安全配置指南
[*]减少 MIME 类型的安全风险
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