Lodash 严重安全漏洞背后你不得不知道的 JavaScript 知识

ゝ一纸荒年。 2021-11-29 05:18 349阅读 0赞

**摘要：** 详解原型污染。

*  原文：[Lodash 严重安全漏洞背后 你不得不知道的 JavaScript 知识][Lodash _ _ JavaScript]
 *  作者：[Lucas HC][]

**[Fundebug][]经授权转载，版权归原作者所有。**

可能有信息敏感的同学已经了解到：[Lodash 库爆出严重安全漏洞，波及 400万+ 项目][Lodash _ 400_]。这个漏洞使得 lodash “连夜”发版以解决潜在问题，并强烈建议开发者升级版本。

我们在忙着“看热闹”或者“”升级版本”的同时，静下心来想：**真的有理解这个漏洞产生的原因，明白漏洞修复背后的原理了吗？**

这篇短文将从原理层面分析这一事件，相信“小白”读者会有所收获。

### 漏洞原因 ###

其实漏洞很简单，举一个例子：lodash 中 defaultsDeep 方法，

_.defaultsDeep({  'a': {  'b': 2 } }, {  'a': {  'b': 1, 'c': 3 } })

输出：

{  'a': {  'b': 2, 'c': 3 } }

如上例，该方法：

> 分配来源对象（该方法的第二个参数）的可枚举属性到目标对象（该方法的第一个参数）所有解析为 undefined 的属性上

这样的操作存在的隐患：

const payload = '{"constructor": {"prototype": {"toString": true}}}'
    
    _.defaultsDeep({ }, JSON.parse(payload))

如此一来，就触发了原型污染。原型污染是指：

> 攻击者通过某种手段修改 JavaScript 对象的原型（prototype）

对应上例，`Object.prototype.toString` 就会非常不安全了。

### 详解原型污染 ###

理解原型污染，需要读者理解 JavaScript 当中的原型、原型链的知识。我们先来看一个例子：

// person 是一个简单的 JavaScript 对象
    let person = { name: 'lucas'}
    
    // 输出 lucas
    console.log(person.name)
    
    // 修改 person 的原型
    person.__proto__.name = 'messi'
    
    // 由于原型链顺序查找的原因，person.name 仍然是 lucas
    console.log(person.name)
    
    // 再创建一个空的 person2 对象
    let person2 = { }
    
    // 查看 person2.name，输出 messi
    console.log(person2.name)

把危害扩大化：

let person = { name: 'lucas'}
    
    console.log(person.name)
    
    person.__proto__.toString = () => { alert('evil')}
    
    console.log(person.name)
    
    let person2 = { }
    
    console.log(person2.toString())

这段代码执行将会 alert 出 evil 文字。同时 `Object.prototype.toString` 这个方法会在隐式转换以及类型判断中经常被用到：

> Object.prototype.toString 方法返回一个表示该对象的字符串

每个对象都有一个 `toString()` 方法，当该对象被表示为一个文本值时，或者一个对象以预期的字符串方式引用时自动调用。默认情况下，`toString()` 方法被每个 Object 对象继承。如果此方法在自定义对象中未被覆盖，`toString()` 返回 `[object type]`，其中 type 是对象的类型。

如果 Object 原型上的 toString 被污染，后果可想而知。以此为例，可见 lodash 这次漏洞算是比较严重了。

### 再谈原型污染（NodeJS 漏洞案例） ###

由上分析，我们知道原型污染并不是什么新鲜的漏洞，它“随时可见”，“随处可见”。在 Nullcon HackIM 比赛中就有一个类似的 hack 题目：

'use strict';
     
    const express = require('express');
    const bodyParser = require('body-parser')
    const cookieParser = require('cookie-parser');
    const path = require('path');
     
    const isObject = obj => obj && obj.constructor && obj.constructor === Object;
     
    function merge(a, b) { 
        for (var attr in b) { 
            if (isObject(a[attr]) && isObject(b[attr])) { 
                merge(a[attr], b[attr]);
            } else { 
                a[attr] = b[attr];
            }
        }
        return a
    }
     
    function clone(a) { 
        return merge({ }, a);
    }
     
    // Constants
    const PORT = 8080;
    const HOST = '0.0.0.0';
    const admin = { };
     
    // App
    const app = express();
    app.use(bodyParser.json())
    app.use(cookieParser());
     
    app.use('/', express.static(path.join(__dirname, 'views')));
    app.post('/signup', (req, res) => { 
        var body = JSON.parse(JSON.stringify(req.body));
        var copybody = clone(body)
        if (copybody.name) { 
            res.cookie('name', copybody.name).json({ 
                "done": "cookie set"
            });
        } else { 
            res.json({ 
                "error": "cookie not set"
            })
        }
    });
    app.get('/getFlag', (req, res) => { 
        var аdmin = JSON.parse(JSON.stringify(req.cookies))
        if (admin.аdmin == 1) { 
            res.send("hackim19{}");
        } else { 
            res.send("You are not authorized");
        }
    });
    app.listen(PORT, HOST);
    console.log(`Running on http://${ HOST}:${ PORT}`);

这段代码的漏洞就在于 merge 函数上，我们可以这样攻击：

curl -vv --header 'Content-type: application/json' -d '{"__proto__": {"admin": 1}}' 'http://0.0.0.0:4000/signup'; 
    
    curl -vv 'http://0.0.0.0:4000/getFlag'

首先请求 `/signup` 接口，在 NodeJS 服务中，我们调用了有漏洞的 `merge` 方法，并通过 `__proto__` 为 `Object.prototype`（因为 `{}.__proto__ === Object.prototype`） 添加上一个新的属性 `admin`，且值为 1。

再次请求 `getFlag` 接口，条件语句 `admin.аdmin == 1` 为 `true`，服务被攻击。

攻击案例出自：[Prototype pollution attacks in NodeJS applications][]

这样的漏洞在 jQuery `$.extend` 中也经常见到：

*  [jQuery 修复原型污染 PR][jQuery _ PR]
 *  [jQuery prototype pollution vulnerability][]

对于 jQuery：如果担心安全问题，建议升级至最新版本 jQuery 3.4.0，如果还在使用 jQuery 的 1.x 和 2.x 版本，那么你的应用程序和网站仍有可能遭受攻击。

### 防范原型污染 ###

了解了漏洞潜在问题以及攻击手段，那么如何防范呢？

在 lodash “连夜”发版的修复中：

![aHR0cHM6Ly9pbWFnZS5mdW5kZWJ1Zy5jb20vMjAxOS0wNy0yMi0wMS5qcGc][]

我们可以清晰的看到，在遍历 merge 时，当遇见 `constructor` 以及 `__proto__` 敏感属性，则退出程序。

那么作为业务开发者，我们需要注意些什么，防止攻击出现呢？总结一下有：

*  冻结 `Object.prototype`，使原型不能扩充属性

我们可以采用 `Object.freeze` 达到目的：

> Object.freeze() 方法可以冻结一个对象。一个被冻结的对象再也不能被修改；冻结了一个对象则不能向这个对象添加新的属性，不能删除已有属性，不能修改该对象已有属性的可枚举性、可配置性、可写性，以及不能修改已有属性的值。此外，冻结一个对象后该对象的原型也不能被修改。freeze() 返回和传入的参数相同的对象。

看代码：

Object.freeze(Object.prototype);
    
    Object.prototype.toString = 'evil'
    
    consoel.log(Object.prototype.toString)
    ƒ toString() {  [native code] }

对比：

Object.prototype.toString = 'evil'
    
    console.log(Object.prototype.toString)
    "evil"

*  建立 JSON schema  
    在解析用户输入内容是，通过 JSON schema 过滤敏感键名。
 *  规避不安全的递归性合并  
    这一点类似 lodash 修复手段，完善了合并操作的安全性，对敏感键名跳过处理
 *  使用无原型对象  
    在创建对象时，不采用字面量方式，而是使用 `Object.create(null)`：

> Object.create()方法创建一个新对象，使用现有的对象来提供新创建的对象的`__proto__`

`Object.create(null)` 的返回值不会链接到 `Object.prototype`：

let foo = Object.create(null)
    console.log(foo.__proto__)
    // undefined

这样一来，无论如何扩充对象，都不会干扰到原型了。

*  采用新的 Map 数据类型，代替 Object 类型

Map 对象保存键/值对，是键/值对的集合。任何值（对象或者原始值）都可以作为一个键或一个值。使用 Map 数据结构，不会存在 Object 原型污染状况。

这里总结一下 Map 和 Object 不同点：：

*  Object 的键只支持 String 或者 Symbols 两种类型，Map 的键可以是任意值，包括函数、对象、基本类型
 *  Map 中的键值是有序的，而 Object 中的键则不是
 *  具体 API 上的差异：比如，通过 size 属性直接获取一个 Map 的键值对个数，而 Object 的键值无法获取；再比如迭代一个 Map 和 Object 差异也比较明显
 *  Map 在频繁增删键值对的场景下会有些性能优势

### 补充：V8，chromium 的小机灵 ###

同样存在风险的是我们常用的 `JSON.parse` 方法，但是如果你运行：

JSON.parse('{ "a":1, "__proto__": { "b": 2 }}')

你会发现返回的结果如图：

![aHR0cHM6Ly9pbWFnZS5mdW5kZWJ1Zy5jb20vMjAxOS0wNy0yMi0wMi5qcGc][]

复写 `Object.prototype` 失败了，`__proto__` 属性还是我们熟悉的那个有安全感的 `__proto__` 。这是因为：

> V8 ignores keys named proto in JSON.parse

这个相关讨论 Doug Crockford，Brendan Eich，反正 chromium 和 JS 发明人讨论过很多次。相关 issue 和 PR：

*  [chromium 讨论][chromium]
 *  [chromium 讨论][chromium 1]

相关 ES 语言设计的讨论：[ES 语言设计的讨论：proto-and-json][ES _proto-and-json]

在上面链接中，你能发现 JavaScript 发明人等一众大佬哦～

总之你可以记住，V8 默认使用 `JSON.parse` 时候会忽略 `__proto__`，原因当然是之前分析的安全性了。

### 总结 ###

通过分析 lodash 的漏洞，以及解决方案，我们了解了原型污染的方方面面。涉及到的知识点包括但不限于：

*  Object 原型
 *  原型、原型链
 *  NodeJS 相关问题
 *  Object.create 方法
 *  Object.freeze 方法
 *  Map 数据结构
 *  深拷贝
 *  以及其他问题

这么来看，全是基础知识。也正是基础，构成了前端知识体系的方方面面。

### 关于Fundebug ###

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[Lodash _ _ JavaScript]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/73186974
[Lucas HC]: https://www.zhihu.com/people/lucas-hc/activities
[Fundebug]: https://www.fundebug.com/
[Lodash _ 400_]: https://mp.weixin.qq.com/s/tfZq2PZylGfMjOp8h8eeTw
[Prototype pollution attacks in NodeJS applications]: https://www.youtube.com/watch?v=LUsiFV3dsK8
[jQuery _ PR]: https://github.com/jquery/jquery/pull/4333
[jQuery prototype pollution vulnerability]: https://snyk.io/blog/after-three-years-of-silence-a-new-jquery-prototype-pollution-vulnerability-emerges-once-again/
[aHR0cHM6Ly9pbWFnZS5mdW5kZWJ1Zy5jb20vMjAxOS0wNy0yMi0wMS5qcGc]: /images/20211129/bcad7d47dbf844d3a0f79d253ed30c9d.png
[aHR0cHM6Ly9pbWFnZS5mdW5kZWJ1Zy5jb20vMjAxOS0wNy0yMi0wMi5qcGc]: /images/20211129/ad3f5bd8b7aa41bd9050a637339a4fb8.png
[chromium]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//links.jianshu.com/go%3Fto%3Dhttps%3A%2F%2Fbugs.chromium.org%2Fp%2Fc%2Fissues%2Fdetail%3Fid%3D115055
[chromium 1]: https://bugs.chromium.org/p/v8/issues/detail?id=621
[ES _proto-and-json]: https://esdiscuss.org/topic/proto-and-json