Python程序猿必知的新型字符串格式漏洞

Posted 2020-08-28

本文对Python开发中引入的一种格式化字符串的新型语法的安全漏洞进行了深入的分析，并提供了相应的安全解决方案。

当我们对不可信的用户输入使用str.format的时候，将会带来安全隐患——对于这个问题，其实我早就知道了，但是直到今天我才真正意识到它的严重性。因为攻击者可以利用它来绕过Jinja2沙盒，这会造成严重的信息泄露问题。同时，我在本文最后部分为str.format提供了一个新的安全版本。

需要提醒的是，这是一个相当严重的安全隐患，这里之所以撰文介绍，是因为大多数人很可能不知道它是多么容易被利用。

核心问题

从Python 2.6开始，Python受.NET启发而引入了一种格式化字符串的新型语法。当然，除了Python之外，Rust及其他一些编程语言也支持这种语法。借助于.format()方法，该语法可以应用到字节和unicode字符串(在Python 3中，只能用于unicode字符串)上面，此外，它还能映射为更加具有可定制性的string.Formatter API。

该语法的一个特点是，人们可以通过它确定出字符串格式的位置和关键字参数，并且随时可以显式对数据项重新排序。此外，它甚至可以访问对象的属性和数据项——这是导致这里的安全问题的根本原因。

总的来说，人们可以利用它来进行以下事情：

>>> ’class of {0} is {0.__class__}’.format(42)

"class of 42 is"

实质上，任何能够控制格式字符串的人都有可能访问对象的各种内部属性。

问题出在哪里?

第一个问题是，如何控制格式字符串。可以从下列地方下手：

1.字符串文件中不可信的翻译器。我们很可能通过它们得手，因为许多被翻译成多种语言的应用程序都会用到这种新式Python字符串格式化方法，但是并非所有人都会对输入的所有字符串进行全面的审查。

2.用户暴露的配置。 由于一些系统用户可以对某些行为进行配置，而这些配置有可能以格式字符串的形式被暴露出来。需要特别提示的是，我就见过某些用户可以通过Web应用程序来配置通知邮件、日志消息格式或其他基本模板。

危险等级

如果只是向该格式字符串传递C解释器对象的话，倒是不会有太大的危险，因为这样的话，你最多会暴露一些整数类之类的东西。

然而，一旦Python对象被传递给这种格式字符串的话，那就麻烦了。这是因为，能够从Python函数暴露的东西的数量是相当惊人的。 下面是假想的Web应用程序的情形，这种情况下能够泄露密钥：

CONFIG = {

’SECRET_KEY’: ’super secret key’

}

class Event(object):

def __init__(self, id, level, message):

self.id = id

self.level = level

self.message = message

def format_event(format_string, event):

return format_string.format(eventevent=event)

如果用户可以在这里注入format_string，那么他们就能发现下面这样的秘密字符串：

{event.__init__.__globals__[CONFIG][SECRET_KEY]}

将格式化作沙箱化处理

那么，如果需要让其他人提供格式化字符串，那该怎么办呢? 其实，可以利用某些未公开的内部机制来改变字符串格式化行为。

from string import Formatter

from collections import Mapping

class MagicFormatMapping(Mapping):

"""This class implements a dummy wrapper to fix a bug in the Python

standard library for string formatting.

See http://bugs.python.org/issue13598 for information about why

this is necessary.

"""

def __init__(self, args, kwargs):

self._args = args

self._kwargs = kwargs

self._last_index = 0

def __getitem__(self, key):

if key == ’’:

idx = self._last_index

self._last_index += 1

try:

return self._args[idx]

except LookupError:

pass

key = str(idx)

return self._kwargs[key]

def __iter__(self):

return iter(self._kwargs)

def __len__(self):

return len(self._kwargs)

# This is a necessary API but it’s undocumented and moved around

# between Python releases

try:

from _string import formatter_field_name_split

except ImportError:

formatter_field_name_split = lambda

x: x._formatter_field_name_split()

class SafeFormatter(Formatter):

def get_field(self, field_name, args, kwargs):

first, rest = formatter_field_name_split(field_name)

obj = self.get_value(first, args, kwargs)

for is_attr, i in rest:

if is_attr:

obj = safe_getattr(obj, i)

else:

objobj = obj[i]

return obj, first

def safe_getattr(obj, attr):

# Expand the logic here. For instance on 2.x you will also need

# to disallow func_globals, on 3.x you will also need to hide

# things like cr_frame and others. So ideally have a list of

# objects that are entirely unsafe to access.

if attr[:1] == ’_’:

raise AttributeError(attr)

return getattr(obj, attr)

def safe_format(_string, *args, **kwargs):

formatter = SafeFormatter()

kwargs = MagicFormatMapping(args, kwargs)

return formatter.vformat(_string, args, kwargs)

现在，我们就可以使用safe_format方法来替代str.format了：

>>> ’{0.__class__}’.format(42)

""

>>> safe_format(’{0.__class__}’, 42)

Traceback (most recent call last):

File "", line 1, in

AttributeError: __class__

小结

在本文中，我们对Python引入的一种格式化字符串的新型语法的安全漏洞进行了深入的分析，并提供了相应的安全解决方案，希望对读者能够有所帮助。

 

来源：51CTO