usdt不用实名交易(www.caibao.it):深入考察JSON在互操作性方面的安全漏洞(上)

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实验注释:同一个JSON文档,对于差别的微服务来说,可能会剖析出差别的效果,这会导致多种潜在的平安风险。若是您喜欢着手实验的话,不妨亲自实验一下,效果肯定会让您大吃一惊的。

简介:剖析器越多,问题就越严重

JSON是Web应用通讯的基石。同时,JSON的简朴性通常被认为是必不能少的。我们通常不会将JSON剖析视为我们威胁模子的一部分。然而,在我们现代的多语言微服务架构中,应用程序通常都是借助于多个自力的JSON剖析来实现的,而每个JSON剖析通常都有自己的“怪癖”。

正如我们在HTTP请求走私等破绽中所看到的那样,差别剖析器之间的差异与多阶段请求处置相结合会导致异常严重的平安破绽。在这项研究中,我对49个JSON剖析器举行了考察,对它们的怪癖举行了分类,并展示了种种攻击场景和Docker Compose实验,以辅助读者充分认识它们的危险性。通过支付处置和用户治理的例子,我们将展示JSON剖析的不一致性是若何在原本正常的代码中隐匿严重的营业逻辑破绽的。

为什么会泛起剖析不一致的情形?

官方规范与其他规范

纵然在最好的情形下,规范的实现也不能制止地存在一些稍微的、非故意的误差。除此之外,JSON剖析器还面临一些分外的挑战:纵然在官方的JSON RFC中,也存在关于某些主题的开放式指导,例如若何处置重复的键和示意数字等。虽然这些指导后面有关于互操作性的免责声明,但大多数JSON剖析器的用户并不领会这些注重事项。

造成剖析器之间不一致的缘故原由之一是存在多种差别的规范。

· IETF JSON RFC (8259及以前的版本):这是互联网工程义务组(IETF)的官方规范。

· ECMAScript尺度:对JSON的更改是与RFC版本同步公布的,该尺度参考了RFC关于JSON的指导。然而,JavaScript注释器提供的不合规范的便利性,如无引号字符串和注释,则激发了许多剖析器的“缔造”灵感。

· JSON5:这个超集规范通过明确地添加便利性特征(如注释、备选引号、无引号字符串、尾部逗号)来增强官方规范。

· HJSON:HJSON在思想上与JSON5类似,但在设计上则具有差别的选择。

· 另有更多...

那么,为什么有些剖析器会有选择地加入其他剖析器忽略的特征,或者在剖析器行为上接纳矛盾的方式呢?

开放式的指导意见 

正如下面的章节所讨论的那样,关于处置重复键和示意数字的决议往往是开放式的。这可能是由于规范是在实现变得盛行之后才公布的所致。同时,也许是设计委员会决议不损坏与规范前JSON剖析器的向后兼容性所致,包罗最初的JavaScript实现。

然而,这些决议厥后继续通过生态系统传播到JSON5和HJSON等超级集规范中,甚至传播到BSON、MessagePack和CBOR等二进制变体中,这些我们将在后面讨论。

进一步的互操作性问题来自于对数字和字符串编码的延迟指导。字符串编码只是在2017年修订的规范中才被明确要求为UTF-8花样。

下面,我们最先讨论在这样的靠山下会泛起哪些问题。

JSON的互操作性平安风险

我将已经发现的互操作性平安风险分为五类,划分如下所示:

1. 不一致的重复键优先级

2. 键碰撞:字符截断与注释

3. JSON序列化的怪癖

4. 浮点数和整数的示意法

5. 权限剖析及其他破绽

1. 不一致的重复键优先级

 

Creed说他们是差别的。现实上,Creed和Pam都是对的,但这要看你问谁。

我们许多人在开发事情中都遇到过JSON的这个怪癖。若是代码中存在一个重复的键,效果会怎样?

我们不妨思量一下下面文档中obj["test"]的值:

obj = {"test": 1, "test": 2}

叨教:obj["test"]的值是是1照样2,照样会导致失足?

凭据官方规范,这些效果都是可以接受的。令人惊讶的是,我甚至遇到过开发者直接行使重复键的优先级来建立自文档化的JSON的情形,下面就是这样的示例:

// For a parser where the last key takes precedence, the first “test” key will be ignored during parsing.
obj = {"test": "this is a description of the test field", "test": "Actual Value"}

你可能会惊讶地发现,该规范的指导意见很大程度上都是形貌性的,而不是规定性的。以下内容摘自IETF JSON RFC (8259)的最新版本:

名称都是唯一的工具是可互操作的,由于吸收该工具的所有软件实现都会在名称-值映射上杀青一致。当一个工具内的名称不唯一时,吸收该工具的软件的行为是不能展望的。许多实现只讲述最后的名/值对。其他的实现则会讲述一个错误或指出无法剖析工具,而一些实现会讲述所有的名称/值对,包罗重复的名称/值对。

据考察,JSON剖析库在是否使工具成员的排序对挪用软件可见方面存在差异。行为不依赖于成员排序的实现将是可互操作的,由于它们不会受到这些差异的影响。

之所以这么做,可能是该规范不想损坏与之前规范对应的剖析器保持向后兼容性。平心而论,这里简直注重到了互操作性的问题。但从现实意义上讲,正如前面所说,到底会有若干开发人员会阅读JSON RFC,或者思量这样一个简朴花样的互操作性问题呢?不用说,上述规范中的语言与RFC中常见的明确而直接的指导是完全差别的。

因此,让我们看一些有关重复键优先级可能失足的示例。

示例:验证署理模式

让我们思量一个电子商务应用程序,其中有一个Cart服务,该服务强制执行营业逻辑,将请求转发到Payment服务以举行付款处置,并推行订单。下面,让我们实验免费获得一些器械。本示例将使用下面形貌的设计:

 

验证署理模式

假设Cart服务收到的请求如下所示(请注重购物车中重复的qty键):

POST /cart/checkout HTTP/1.1
...
Content-Type: application/json
 
{
    "orderId": 10,
    "paymentInfo": {
        //...
    },
    "shippingInfo": {
        //...
    },
    "cart": [
        {
            "id": 0,
            "qty": 5
        },
        {
            "id": 1,
            "qty": -1,
            "qty": 1
        }
    ]
}

如下图所示,Cart服务在将订单发送到支付服务之前,会强制执行营业逻辑。API是用Python Flask编写的,并通过Python尺度库JSON剖析器,对重复的键,它们会优先选用最后一个:

@app.route('/cart/checkout', methods=["POST"])
def checkout():
   , 1a: Parse JSON body using Python stdlib parser.
   data = request.get_json(force=True)
 
   , 1b: Validate constraints using jsonschema: id: 0 <= x
   , See the full source code for the schema
   jsonschema.validate(instance=data, schema=schema)
 
   , 2: Process payments
   resp = requests.request(method="POST",
                          url="http://payments:8000/process",
                          data=request.get_data(),
                          )
 
   , 3: Print receipt as a response, or produce generic error message
   if resp.status_code == 200:
       receipt = "Receipt:n"
       for item in data["cart"]:
           receipt  = "{}x {} @ ${}/unitn".format(
               item["qty"],
               productDB[item["id"]].get("name"),
               productDB[item["id"]].get("price")
           )
      receipt  = "nTotal Charged: ${}n".format(resp.json()["total"])
      return receipt
   return "Error during payment processing"

JSON主体将乐成通过验证,由于重复的键会被忽略,而且所有剖析的值都知足约束条件。既然JSON被认为是平安的,那么原始的JSON字符串(request.get_data())就被转发给Payments服务。从开发人员的角度来看,当字符串输入很容易获得时,为什么要通过重新序列化刚刚剖析和验证的JSON工具来虚耗盘算时间呢?这个假设应该是合理的。

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接下来,代码将在Payments服务中吸收请求。这个Golang服务使用一个高性能的第三方JSON剖析器(buger/jsonParser)。然则,这个JSON剖析器使用首键优先级(对于ID:1,其qty=-1)。之后,该服务将盘算总费用,详细如下所示:

func processPayment(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
   var total int64 = 0
   data, _ := ioutil.ReadAll(r.Body)
   jsonparser.ArrayEach(
           data,
           func(value []byte, dataType jsonparser.ValueType, offset int, err error) {
             // Retrieves first instance of a duplicated key. Including qty = -1
               id, _ := jsonparser.GetInt(value, "id")
               qty, _ := jsonparser.GetInt(value, "qty")
               total = total   productDB[id]["price"].(int64) * qty;
           },
       "cart")
 
   //... Process payment of value 'total'
 
   // Return value of 'total' to Cart service for receipt generation.
   io.WriteString(w, fmt.Sprintf("{"total": %d}", total))
}

Cart服务吸收来自支付服务收取的总费用,并天生收条作为响应。我们查看了Cart服务的收条,而且发现了一个错误。我们将邮寄价值700美元的六种商品,但只收了300美元:

HTTP/1.1 200 OK
...
Content-Type: text/plain
 
Receipt:
5x Product A @ $100/unit
1x Product B @ $200/unit
 
Total Charged: $300

然而,在这个例子中,经由验证的JSON文档在被剖析后并没有被重新string化,而是使用了原始请求中的JSON字符串。在第3节JSON序列化怪癖中,我们将探索重新string化工具的例子。 

在实验1中,我们将实验这种攻击方式。

2. 键碰撞:字符截断与注释

 

现实上,攻击者也可以通过字符截断和注释来诱发键碰撞,以增添受重复键优先级影响的剖析器的局限。

使用字符截断

有些剖析器会在字符串中泛起特定字符时截断它们,而其他剖析器则不会这么做。这可能会导致差别的键在某个剖析器子集中被注释为重复键。例如,对于以下文档来说,在某些优先选用最后一个键的剖析器中,将会泛起重复的键,而在其他剖析器中则不会:

{"test": 1, "test[raw x0d byte]": 2}
{"test": 1, "testud800": 2}
{"test": 1, "test"": 2}
{"test": 1, "test": 2}

这些字符串示意形式,在经由多轮反序列化和重新序列化的处置之后,获得的效果往往是不稳定的。例如,对于从U D800到U DFFF的Unicode码点,并没有对应的UTF-16码点与之对应,纵然这些码点可以编码成UTF-8字节串,但仍被认为是非法的Unicode。

所有这些示例都可以与之前的示例和实验1相似的方式举行使用。然而,允许对非法Unicode举行编码和解码的环境(如Python 2.x)可能容易受到庞大的攻击,这些攻击需要存储(序列化)和检索(反序列化)这些值。

下面,让我们先考察一下Python 2.x中的Unicode编码和解码行为:

$ python2
>>> import json
>>> import ujson
, Serialization into illegal unicode.
>>> u"asdfud800".encode("utf-8")
'asdfxedxa0x80'
, Reserializing illegal unicode
>>> json.dumps({"test": "asdfxedxa0x80"})
'{"test": "asdf\ud800"}'
, Let's observe the third party parser ujson's truncation behavior and how it creates a duplicate key.
>>> ujson.loads('{"test": 1, "test\ud800": 2}')
{u'test': 2}

正如我们在下一个例子中所看到的,攻击者可以使用这个功效来绕过某些平安检查,例如,建立和存储一个名为superadminud888的角色,这个角色可能会被检索和剖析为superadmin。然而,这种手艺需要支持对非法Unicode码点的编码和解码(这一点并不难),以及具有不会抛出异常的类型系统的数据库(这个的难度就要大一些了)。

在下面的实验中,我们将使用Python 2.7和MySQL的二进制模式,以使我们能够专注于存储非法Unicode的风险及其对不一致的JSON剖析的影响。

示例:验证-存储模式

让我们思量一个多租户应用程序,组织治理员能够建立自界说用户角色。此外,我们知道,具有跨组织接见权限的用户已经被授予内部角色superadmin的权限。下面,让我们实验举行提权。本例将使用下图所示的设计:

 

首先,我们实验强制建立一个具有superadmin权限的用户。

POST /user/create HTTP/1.1
...
Content-Type: application/json
 
{
   "user": "exampleUser",
   "roles": [
       "superadmin"
   ]
}
 
HTTP/1.1 401 Not Authorized
...
Content-Type: application/json
 
{"Error": "Assignment of internal role 'superadmin' is forbidden"}

如上所示,User API具有一个服务器端平安控件,以阻止用户建立具有superadmin角色的新用户。该控件由Roles API共享,以制止笼罩现有的用户界说角色和系统角色。在这里,我们假设User API上的/User/和/role/端点使用的是行为优越的、兼容的剖析器。

相反,为了影响下游剖析器,我们将建立一个角色,而且其名称在剖析器之间是不稳定的,即superadminud888:

POST /role/create HTTP/1.1
...
Content-Type: application/json
 
{
   "name": "superadminud888"
}
 
HTTP/1.1 200 OK
...
Content-type: application/json
 
{"result": "OK: Created role 'superadminud888'"}

接下来,我们建立一个具有用户刚界说的角色的用户:

POST /user/create HTTP/1.1
...
Content-Type: application/json
 
{
   "user": "exampleUser",
   "roles": [
       "superadminud888"
   ]
}
 
HTTP/1.1 200 OK
...
Content-Type: application/json
 
{"result": "OK: Created user 'exampleUser'"}

这样的话,User API会将该用户存储到数据库中。到目前为止,所有的剖析器都将用户界说的角色(superadminud888)视为与内部角色superadmin具有差别的名称。

然而,当稍后接见跨组织的/admin端点时,服务器会通过Permissions API请求用户的权限。这时,Permissions API会忠实地对该角色举行编码,详细如下所示:

GET /permissions/exampleUser HTTP/1.1
...
 
HTTP/1.1 200 OK
...
Content-type: application/json
 
{
   "roles": [
       "superadminud888"
   ]
}

然则,这里就会泛起问题了:admin API使用了第三方ujson剖析器。如前所述,该剖析器会截断包罗非法码点的所有字节: 

@app.route('/admin')
def admin():
   username = request.cookies.get("username")
   if not username:
      return {"Error": "Specify username in Cookie"}
 
   username = urllib.quote(os.path.basename(username))
 
   url = "http://permissions:5000/permissions/{}".format(username)
   resp = requests.request(method="GET", url=url)
 
   , "superadminud888" will be simplified to "superadmin"
   ret = ujson.loads(resp.text)
 
   if resp.status_code == 200:
       if "superadmin" in ret["roles"]:
           return {"OK": "Superadmin Access granted"}
       else:
           e = u"Access denied. User has following roles: {}".format(ret["roles"])
           return {"Error": e}, 401
   else:
       return {"Error": ret["Error"]}, 500

如上所示,用户界说的角色将被截断为superadmin,并授予对特权API的接见权限。

在实验2中,我们将实验这种攻击方式。

使用注释截断

许多JSON库支持JavaScript注释器环境中的无引号字符串和注释语法(例如,/*,*/)。然而,这些功效都不是官方规范的一部分。这些特征允许剖析器处置如下所示的文档:

obj = {"test": valWithoutQuotes, keyWithoutQuotes: "test" /* Comment support */}

假设有两个支持无引号的字符串的剖析器,然则只有一个剖析器可以识别注释语法,这种情形下,我们就可以走私重复的键,详细如下例所示:

obj = {"description": "Duplicate with comments", "test": 2, "extra": /*, "test": 1, "extra2": */}

在这里,我们将使用每个剖析器中的序列化器来查看其各自的输出。

序列化器1(例如GoLang的GoJay库)的输出如下所示:

· description = "Duplicate with comments"

· test = 2

· extra = ""

序列化器2(例如,Java的JSON-iterator库)将发生如下所示的输出:

· description = "Duplicate with comments"

· extra = "/*"

· extra2 = "*/"

· test = 1

或者,直接使用注释:

obj = {"description": "Comment support", "test": 1, "extra": "a"/*, "test": 2, "extra2": "b"*/}

下面是Java的GSON库天生的解码效果:

{"description":"Comment support","test":1,"extra":"a"}

下面是Java的GSON库天生的解码效果:

{"description":"Comment support","test":2,"extra":"a","extra2":"b"}

这展示了附加的剖析特征的不一致是若何导致键碰撞攻击的。

小结

在本文中,我们为读者注释了差别的JSON剖析器的剖析效果不一致的缘故原由,以及JSON在互操作性方面存在的平安风险,在接下来的文章中,我们将继续与读者一起探索JOSN的互操作性平安破绽以及防御措施!

(未完待续)

本文翻译自:https://labs.bishopfox.com/tech-blog/an-exploration-of-json-interoperability-vulnerabilities:
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