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Python新型字符串格式漏洞分析

本文对Python引入的一种格式化字符串的新型语法的安全漏洞进行了深入的分析,并提供了相应的安全解决方案。
当我们对不可信的用户输入使用str.format的时候,将会带来安全隐患——对于这个问题,其实我早就知道了,但是直到今天我才真正意识到它的严重性。因为攻击者可以利用它来绕过Jinja2沙盒,这会造成严重的信息泄露问题。同时,我在本文最后部分为str.format提供了一个新的安全版本。
需要提醒的是,这是一个相当严重的安全隐患,这里之所以撰文介绍,是因为大多数人很可能不知道它是多么容易被利用。
核心问题
从Python 2.6开始,Python受.NET启发而引入了一种格式化字符串的新型语法。当然,除了Python之外,Rust及其他一些编程语言也支持这种语法。借助于.format()方法,该语法可以应用到字节和unicode字符串(在Python 3中,只能用于unicode字符串)上面,此外,它还能映射为更加具有可定制性的string.Formatter API。
该语法的一个特点是,人们可以通过它确定出字符串格式的位置和关键字参数,并且随时可以显式对数据项重新排序。此外,它甚至可以访问对象的属性和数据项——这是导致这里的安全问题的根本原因。
总的来说,人们可以利用它来进行以下事情:

>>> 'class of {0} is {0.__class__}'.format(42)
"class of 42 is "

实质上,任何能够控制格式字符串的人都有可能访问对象的各种内部属性。
问题出在哪里?
第一个问题是,如何控制格式字符串。可以从下列地方下手:
1.字符串文件中不可信的翻译器。我们很可能通过它们得手,因为许多被翻译成多种语言的应用程序都会用到这种新式Python字符串格式化方法,但是并非所有人都会对输入的所有字符串进行全面的审查。
2.用户暴露的配置。 由于一些系统用户可以对某些行为进行配置,而这些配置有可能以格式字符串的形式被暴露出来。需要特别提示的是,我就见过某些用户可以通过Web应用程序来配置通知邮件、日志消息格式或其他基本模板。

危险等级
如果只是向该格式字符串传递C解释器对象的话,倒是不会有太大的危险,因为这样的话,你最多会暴露一些整数类之类的东西。
然而,一旦Python对象被传递给这种格式字符串的话,那就麻烦了。这是因为,能够从Python函数暴露的东西的数量是相当惊人的。 下面是假想的Web应用程序的情形,这种情况下能够泄露密钥:

CONFIG = {
    'SECRET_KEY': 'super secret key'
}
  
class Event(object):
    def __init__(self, id, level, message):
        self.id = id
        self.level = level
        self.message = message
  
def format_event(format_string, event):
    return format_string.format(event=event)

如果用户可以在这里注入format_string,那么他们就能发现下面这样的秘密字符串:

{event.__init__.__globals__[CONFIG][SECRET_KEY]}

将格式化作沙箱化处理
那么,如果需要让其他人提供格式化字符串,那该怎么办呢? 其实,可以利用某些未公开的内部机制来改变字符串格式化行为。

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