通过混淆命名空间绕过DOMPurify实现XSS

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0x00 前言

在本文中，我将与大家分享如何绕过DOMPurify。DOMPurify是一款常用的HTML过滤库，可以处理（来自用户的）不受信任的HTML片段，删除可能导致XSS的所有元素及属性。

简而言之，最终的绕过方法如下：

<form>
<math><mtext>
</form><form>
<mglyph>
<style></math><img src onerror=alert(1)>

以上代码没有任何冗余元素。为了理解具体的绕过原理，我们需要了解一下HTML规范中的一些有趣功能。

 

0x01 DOMPurify用法

我们先从基础开始，看一下DOMPurify的通常用法。假设我们在htmlMarkup中包含一段不可信的HTML，并且需要将其赋值给某个div，此时我们可以使用DOMPurify来过滤这段内容，赋值给div：

div.innerHTML = DOMPurify.sanitize(htmlMarkup)

在解析、序列化HTML以及处理DOM树时，这行代码背后实际上会执行如下操作：

1、htmlMarkup被解析成DOM树；

2、DOMPurify过滤DOM树（简而言之，这个过程中DOMPurify会遍历DOM树中的所有元素以及属性，删除不在允许列表中的所有节点）；

3、DOM树被序列化回HTML内容；

4、赋值给innerHTML后，浏览器会再次解析HTML内容；

5、经过解析的DOM树会被附加到文档的DOM树中。

来看个简单例子。假设我们初始的内容的A<img src=1 onerror=alert(1)>B。在第1个步骤中，该片段会被解析成如下树结构：

随后，经过DOMPurify过滤后，得到如下DOM树：

序列化后的结果为：

A<img src="1">B

这也是DOMPurify.sanitize的返回结果。随后这段内容会由浏览器再次解析，赋值给innerHTML：

DOM树与DOMPurify处理的DOM树一致，随后会被附加到目标文档中。

因此，以上过程可以按顺序简单总结成：解析->序列化->解析。大家从直觉上会认为DOM树经过序列化、再次解析后，应该会返回初始的DOM树，但事实并非如此。在HTML规范中，关于序列化HTML片段方面有如下警告信息：

这种算法（序列化HTML）的输出结果如果交给HTML解析器进行解析时，则可能不会返回原始的树结构。HTML解析器本身也有可能输出经过序列化、重解析操作后无法复原的树结构，虽然这种情况下通常不符合要求。

这里要划重点的是，这种序列化、重新解析的往复操作并不一定能返回原始的DOM树（这也是造成mutation XSS（突变型XSS）的根源）。通常情况下，这类情况由某些解析器、序列化器的错误而导致，但有两种情况比较特殊，符合上述警告信息所描述的场景。

 

0x02 嵌套FORM元素

其中有种场景与FORM元素有关。这是HTML中非常特殊的一个元素，该元素无法嵌套到自身中。在HTML规范中，明确说明FORM元素不可以是某个FORM元素的后继：

我们可以使用如下标记语言，通过各种浏览器来验证：

<form id=form1>
INSIDE_FORM1
<form id=form2>
INSIDE_FORM2

这个片段会生成如下DOM树：

第2个form在DOM树中会被完全忽略，就像从来没存在过一样。

接下来是比较有趣的部分。如果我们继续阅读HTML规范，会发现其中给出了一个示例，通过较不规范以及错误嵌套的标记成功创建了一个嵌套式表单。如下所示（直接摘抄自规范文档）：

<form id="outer"><div></form><form id="inner"><input>

结果会生成如下DOM树，其中包含一个嵌套式表单元素：

这并不是特定浏览器的bug，直接来自于HTML规范，在解析HTML的算法中也有描述。通常的原理为：

1、当我们打开<form>标签时，浏览器需要使用表单元素指针（标准中就是这么称呼）来记录该标签已被打开。如果该指针不为null，那么form元素就无法被创建。

2、当我们结束<form>标签时，表单元素指针始终会设置为null。

因此，回到这个片段：

<form id="outer"><div></form><form id="inner"><input>

首先，表单元素指针会指向id="outer"的元素，然后开始解析div，碰到</form>结束标签后，表单元素指针会被设置为null。由于指针为null，因此id="inner"的下一个表单可以被创建。由于目前我们位于div内，因此可以成功创建一个嵌套式form。

现在，如果我们尝试序列化生成的DOM树，会得到如下标记语言：

<form id="outer"><div><form id="inner"><input></form></div></form>

需要注意的是，这次其中并没有包含任何错误嵌套的标记。当这个片段再次被解析时，会创建如下DOM树：

以上可以表明，经过序列化、重解析后，我们并不一定能返回原始的DOM树。更有趣的是，这是符合标准的一种突变情况。

当我发现到这一点后，意识到有可能滥用这种特性来绕过HTML过滤器。经过长时间思索后，我偶然发现了在HTML规范中存在另一个异常点。在继续讨论这个问题前，我们先来聊聊HTML规范中我最喜欢的一个潘多拉魔盒：外部内容（foreign content）。

 

0x03 外部内容

外部内容就像一把瑞士军刀，可以用来破坏解析器及过滤器。我之前曾在DOMPurify的绕过方式以及Ruby过滤库的绕过方式中用过这种方法。

HTML解析器可以使用3个命名空间元素来创建DOM树：

默认情况下，所有元素都位于HTML命名空间中。然而，如果解析器遇到了<svg>或者<math>元素，就会“切换到”SVG以及MathML命名空间。这些命名空间都会产生外部内容。

在外部内容中，标记语言的解析过程与普通的HTML不一样。在解析<style>元素时能更清晰地看到这种不同点。在HTML命名空间中，<style>只能包含文本，没有后继，并且HTML实体不会被解码。而在外部内容中并非如此：外部内容的<style>可以包含子元素，实体也会被解码。

考虑如下标记语言：

<style><a>ABC</style><svg><style><a>ABC

会被解析成如下DOM树：

备注：从现在开始，本文中DOM树内的所有元素都将包含一个命名空间。因此，html style表示HTML命名空间中有个style元素，而svg style表示SVG命名空间中有个<style>元素。

生成的DOM树也验证了我的分析：html style只包含文本内容，而svg style在会像普通元素一样被解析。

继续分析，我们很自然就会猜想：如果我们位于<svg>或者<math>中，那么所有元素也会位于非HTML命名空间中，然而事实并非如此。HTML标准中包含名为MathML text integration point（MathML文本集成点）以及HTML integration point（HTML集成点）的元素，这些元素的子元素都具有HTML命名空间（但某些情况除外，下面我会列出来）。

考虑如下示例：

<style></style>
<mtext><style></style>

以上内容会被解析成如下DOM树：

请注意观察，在MathML命名空间中，style元素是math的直接子元素，而mtext中的style元素则处于HTML命名空间中。这是因为mtext属于MathML文本集成点，因此解析器会切换命名空间。

MathML文本集成点包括：

  • math mi
  • math mo
  • math mn
  • math ms

HTML集成点包括：

  • math annotation-xml，如果其包含encoding属性，并且属性值等于text/html或者application/xhtml+xml
  • svg foreignObject
  • svg desc
  • svg title最后

我曾经坚信MathML文本集成点或者HTML集成点的所有子元素默认情况下都具有HTML命名空间，事实狠狠打了我的脸。HTML规范指出，默认情况下，MathML文本集成点的子元素都位于HTML命名空间中，但有两种情况除外：mglyph以及malignmark。只有当这两者是MathML文本集成点的直接子元素时才会触发例外情况。

来考虑如下标记语言：

<mtext>
<mglyph></mglyph>
<a><mglyph>

请注意，mglyph为mtext的直接子元素，位于MathML命名空间中，而另一个mglyph则为html的子元素，位于HTML命名空间中。

假设我们面对的是一个“当前元素”，想确定其命名空间。此时我已经制定了一些经验法则：

1、当前元素位于其父元素的命名空间中，除非满足如下条件。

2、如果当前元素为<svg>或者<math>，并且其父元素位于HTML命名空间中，那么当前元素则位于SVG或者MathML命名空间中。

3、如果父元素或者当前元素为HTML集成点，那么除非当前元素为<svg>或者<math>，否则将位于HTML命名空间中。

4、如果父元素或者当前元素为MathML集成点，那么除非当前元素为<svg>、<math>、<mglyph>或者<malignmark>，否则将位于HTML命名空间中。

5、如果当前元素为<b>、<big>、<blockquote>、<body>、<br>、<center>、<code>、<dd>、<div>、<dl>、<dt>、<em>、<embed>、<h1>、<h2>、<h3>、<h4>、<h5>、<h6>、<head>、<hr>、<i>、<img>、<li>、<listing>、<menu>、<meta>、<nobr>、<ol>、<p>、<pre>、<ruby>、<s>、<small>、<span>、<strong>、<strike>、<sub>、<sup>、<table>、<tt>、<u>、<ul>、<var>或者<font>，并且定义了color、face或者size属性，那么栈上的所有元素都会被闭合，直至碰到MathML文本集成点、HTML集成点或者HTML命名空间中的元素为止。然后，当前元素也会位于HTML命名空间中。

当我在HTML规范中找到mglyph这个瑰宝时，马上就意识到这是滥用html form突变来绕过过滤器的绝佳方法。

 

0x04 绕过DOMPurify

现在让我们回到绕过DOMPurify的payload上来：

<form><math><mtext></form><form><mglyph><style></math><img src onerror=alert(1)>

这个payload用到了错误嵌套的html form元素，也包含mglyph元素，会生成如下DOM树：

这个DOM树人畜无害，所有元素都位于DOMPurify的允许列表中。要注意的是，mglyph位于HTML命名空间中，而看上去像是XSS的payload则是html style中的一个文本。由于这里有个嵌套html form，因此在重解析时会出现突变。

因此这里DOMPurify不会执行任何操作，会返回经过序列化的HTML：

<form><math><mtext><form><mglyph><style></math><img src onerror=alert(1)></style></mglyph></form></mtext></math></form>

这个片段包含嵌套form标签，因此当被赋值给innerHTML时，会被解析成如下DOM树：

因此现在第二个html form没有被创建，mglyph为mtext的直接子元素，意味着其位于MathML命名空间中。因此，style同样位于MathML命名空间中，其内容也不会被当成文本来解析。随后，</math>会闭合<math>元素，现在img会在HTML命名空间中创建，导致XSS。

 

0x05 总结

总结一下，这种绕过方式主要结合了以下几点：

1、DOMPurify的典型使用场景导致HTML标记语言被解析两次。

2、HTML规范中包含特殊情况，可以用来创建嵌套form元素。然而在重新解析时，第二个form会被忽略。

3、mglyph以及malignmark是HTML标准中的特殊元素。如果这两者为MathML文本集成点的直接子元素，那么即使其他标签默认情况下位于HTML命名空间中，这两者也将处于MathML命名空间中。

4、结合上述几点，我们可以创建一段标记语言，其中包含2个form元素以及初始位于HTML命名空间的mglyph元素，在重新解析时，后者将位于MathML命名空间中，使后续的style标签采用不同方式解析，导致XSS。

当Cure53针对我的绕过方式进行更新后，大家又找到了另一种绕过方式：

大家可以研究下为什么这个payload能行之有效。我提示一下：其原理与我在本文中找到的bug一样。

这种绕过方式也让我意识到，如下模式很容易造成XSS突变：

div.innerHTML = DOMPurify.sanitize(html)

这由整体的设计思路所决定，因此找到另一个例子也只是时间问题。这里我强烈建议大家在使用DOMPurify时，传入RETURN_DOM或者RETURN_DOM_FRAGMENT选项，这样就不会执行序列化、再解析的过程。

（完）