# Burpsuite中protobuf数据流的解析

Author: 乌云历史资料库 (@wooyun_archive)
Published: 2016-02-13T23:59:00Z
Canonical: https://wepostx.com/topics/71

> 乌云历史资料归档
>
> **原始作者：** Vincent
> **原始编号：** superkieran-wooyundrops:1036
> **原始发布时间：** 2016-02-14 07:59
> **声明：内容仅用于技术研究和个人使用，版权归 wooyun.org。**

---

Author:[email protected]

# 0x00 前言

对于protobuf over-HTTP的数据交互方式Burpsuite不能正确的解析其中的数据结构，需要Burpsuite扩展才能解析，笔者使用mwielgoszewski的burp-protobuf-decoder【1】扩展实践了protobuf数据流的解析，供有需要的同学学习交流。笔者实践使用的环境： burpsuite+python2.7+protobuf2.5.0。

# 0x01 安装burp-protobuf-decoder扩展

burp-protobuf-decoder【1】扩展是基于protobuf库（2.5.x版本）开发的burpsuite python扩展，可用于解析、篡改 request/response中protobuf数据流。从[https://github.com/mwielgoszewski/burp-protobuf-decoder](https://github.com/mwielgoszewski/burp-protobuf-decoder)下载该扩展源码，然后解压。
该扩展是基于protobuf和jython实现的。先下载protobuf 2.5.0【2】源码进行编译，编译方法请参考其README.txt文件。需求在burpsuite的Extender中配置Jython【3】的路径：

![原文图片](/media/2016/06/9e23175299129fbf16e46f348b83661e)

Burpsuite中添加扩展：

- 在Burpsuite的Extender窗口中点击“Add”按钮，弹出的“Load Burp Extension”窗口中选择如下信息：

![原文图片](/media/2016/06/98138612179de60a48371bdddfb5cd62)

- 然后Next，当看到如下信息时表示扩展加载成功：

![原文图片](/media/2016/06/8e1ae69a7630ebac8c4b12aef7303093)

Tips：

- 加载扩展时提示“Error calling protoc: Cannot run program "protoc" (in directory "******"): error=2, No such file or directory”错误
解决办法：修改protoburp.py中调用protoc命令的路径，有多处，如：
将process = subprocess.Popen(['protoc', '--version']中'protoc'改为'/home/name/protobuf/src/protoc'。

- 加载扩展碰到cannot import name symbol_database错误
可能是你使用的protoc与扩展所使用protobuf python库版本不一致原因，一种解决办法是下载protobuf 2.5.0源码编译后，修改protoburp.py中对应的路径，再加载扩展。

- 扩展加载成功了，但不能解析protobuf数据流
该扩展通过判断头部“content-type”是否为“'application/x-protobuf'”来决定是否解析数据，你可以修改protoburp.py中的isEnabled()方法让其工作。

# 0x02 protobuf简介

protobuf是Google开源的一个跨平台的结构化数据存储格式。可用于通讯协议、数据存储等领域的语言无关、平台无关、可扩展的序列化结构数据格式。
protobuf通过定义“.proto”文件来描述数据的结构。.proto文件中用 “Message”来表示所需要序列化的数据的格式。Message由Field组成，Field类似Java或C++中成员变量，通常一个Field的定义包含修饰符、类型、名称和ID。下面看一个简单的.proto文件的例子：

```text
#!cpp syntax = "proto2"; package tutorial; message Person { required string name = 1; required int32 id = 2; optional string email = 3; enum PhoneType { MOBILE = 0; HOME = 1; WORK = 2; } message PhoneNumber { required string number = 1; optional PhoneType type = 2 [default = HOME]; } repeated PhoneNumber phone = 4; } message AddressBook { repeated Person person = 1; }
```
使用下面的python代码生成二进制数据流：

```text
#!python import addressbook_pb2 address_book = addressbook_pb2.AddressBook() person = address_book.person.add() person.id = 9 person.name = 'Vincent' person.email = [email protected] ' phone = person.phone.add() phone.number = '15011111111' phone.type = 2 f = open('testAb', "wb") f.write(address_book.SerializeToString()) f.close()
```
序列化后的二进制数据流如下：

![原文图片](/media/2016/06/c9a99f8ad07549bf146d8e7d4516e3b4)

有关Protobuf的语法网上已有很多文章了，你可以网上搜索或参考其官网【4】说明。

### 2.1Varint编码
Protobuf的二进制使用Varint编码。Varint 是一种紧凑的表示数字的方法。它用一个或多个字节来表示一个数字，值越小的数字使用越少的字节数。这能减少用来表示数字的字节数。
Varint 中的每个 byte 的最高位 bit 有特殊的含义，如果该位为 1，表示后续的 byte 也是该数字的一部分，如果该位为 0，则结束。其他的 7 个 bit 都用来表示数字。因此小于 128 的数字都可以用一个 byte 表示。大于 128 的数字，比如 300，会用两个字节来表示：1010 1100 0000 0010。
下图演示了protobuf如何解析两个 bytes。注意到最终计算前将两个 byte 的位置相互交换过一次，这是因为protobuf 字节序采用 little-endian 的方式。

![原文图片](/media/2016/06/c1b3fd6fce48d46b7b985f4ca8acca1e)
 (图片来自网络)

### 2.2数值类型
Protobuf经序列化后以二进制数据流形式存储，这个数据流是一系列key-Value对。Key用来标识具体的Field，在解包的时候，Protobuf根据 Key 就可以知道相应的 Value 应该对应于消息中的哪一个 Field。
Key 的定义如下：
(field_number << 3) | wire_type
Key由两部分组成。第一部分是 field_number，比如消息 tutorial .Person中 field name 的 field_number 为 1。第二部分为 wire_type。表示 Value 的传输类型。Wire Type 可能的类型如下表所示：
TypeMeaningUsed For
０Varintint32, int64, uint32, uint64, sint32, sint64, bool, enum
164-bitfixed64, sfixed64, double
2Length-delimistring, bytes, embedded messages, packed repeated fields
3Start groupGroups (deprecated)
4End groupGroups (deprecated)
532-bitfixed32, sfixed32, float
以数据流：08 96 01为例分析计算key-value的值：

```text
#!bash 08 = 0000 1000b => 000 1000b(去掉最高位) => field_num = 0001b(中间4位), type = 000(后3位) => field_num = 1, type = 0(即Varint) 96 01 = 1001 0110 0000 0001b => 001 0110 0000 0001b(去掉最高位) => 1 001 0110b(因为是little-endian) => 128+16+4+2=150
```
最后得到的结构化数据为：
1:150
其中1表示为field_num，150为value。

### 2.3手动反序列化

![原文图片](/media/2016/06/8f6753fe937f066bc053c0b2a6901caa)

以上面例子中序列化后的二进制数据流进行反序列化分析：

```text
#!bash 0A = 0000 1010b => field_num=1, type=2; 2E = 0010 1110b => value=46; 0A = 0000 1010b => field_num=1, type=2; 07 = 0000 0111b => value=7;
```
读取7个字符“Vincent”；

```text
#!bash 10 = 0001 0000 => field_num=2, type=0; 09 = 0000 1001 => value=9; 1A = 0001 1010 => field_num=3, type=2; 10 = 0001 0000 => value=16;
```
[email protected]；

```text
#!bash 22 = 0010 0010 => field_num=4, type=2; 0F = 0000 1111 => value=15; 0A = 0000 1010 => field_num=1, type=2; 0B = 0000 1011 => value=11;
```
读取11个字符“15011111111”；

```text
#!bash 10 = 0001 0000 => field_num=2, type=0; 02 = 0000 0010 => value=2;
```
最后得到的结构化数据为：

```text
#!bash 1 { 1: "Vincent" 2: 9 3: " [email protected] " 4 { 1: "15011111111" 2: 2 } }
```

### 2.4使用protoc反序列化
实现操作经常碰到较复杂、较长的流数据，手动分析确实麻烦，好在protoc加“decode_raw”参数可以解流数据，我实现了一个python脚本供使用：

```text
#!python def decode(data): process = subprocess.Popen(['/usr/local/bin/protoc', '--decode_raw'], stdin=subprocess.PIPE,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE) output = error = None try: output, error = process.communicate(data) except OSError: pass finally: if process.poll() != 0: process.wait() return output f = open(sys.argv[1], "rb") data = f.read() print 'data:\n',decode(data) f.close()
```
使用python decode.py <proto.bin>即可反序列化，其中proto.bin为protobuf二进制数据流文件。得到结构化的数据后我们可以逐步分析，猜测每个Field的名称，辅助协议、数据结构等逆向分析。

# 0x03 burpsuite+protobuf实战

用webpy模拟protobuf over-HTTP的web app。
服务端overHttp_server.py内容如下：

```text
#!python #!/usr/bin/env python #coding: utf8 #author: Vincent import web import time import os urls = ( "/", "default", ) app = web.application(urls, globals()) class default: def GET(self): return 'hello world.' def POST(self): reqdata = web.data() print 'client request:'+reqdata resdata = reqdata.split(':')[-1] web.header('Content-type', 'application/x-protobuf') return resdata if __name__ == "__main__": app.run()
```
客户端overHttp_client.py内容如下：

```text
#!python #!/usr/bin/env python #coding: utf8 #author: Vincent import urllib import urllib2 import json import addressbook_pb2 import sys proxy = 'http://<ip>:8888' target = "http://<ip>:8080/" enable_proxy = True proxy_handler = urllib2.ProxyHandler({"http" : proxy}) null_proxy_handler = urllib2.ProxyHandler({}) if enable_proxy: opener = urllib2.build_opener(proxy_handler) else: opener = urllib2.build_opener(null_proxy_handler) urllib2.install_opener(opener) def doPostReq(): url = target address_book = addressbook_pb2.AddressBook() f = open('testAb', "rb") address_book.ParseFromString(f.read()) ad_serial = address_book.SerializeToString() f.close() data = ad_serial opener = urllib2.build_opener(proxy_handler, urllib2.HTTPCookieProcessor()) req = urllib2.Request(url, data, headers={'Content-Type': 'application/x-protobuf'}) response = opener.open(req) return response.read() resp = doPostReq() print 'response:',resp
```

### 3.1proto文件逆向分析
启动服务端：python overHttp_server.py <ip>:8080
客户端请求：python overHttp_client.py
此时burp中已解析出protobuf数据，如下图：

![原文图片](/media/2016/06/7d24eab87df7bd425d08fd3d83889b61)

但是这个结构的可读性还是比较差，我们可以通过逆向分析逐步猜测字段名称、类型，然后再解析，方便实现协议的逆向、安全测试等。
对这个结构我们可以还原成以下proto文件：

```text
#!cpp syntax = "proto2"; package reversed.proto1; message Msg { optional string _name = 1; optional int32 field2 = 2; optional string _email = 3; message subMsg1 { required string _phone = 1; optional int32 sub1_field2 = 2; } repeated subMsg1 field4 = 4; } message Root { repeated Msg msg = 1; }
```
然后使用右键的“Load .proto”加载该文件：

![原文图片](/media/2016/06/f1543572d0b42a94d3aaa7c79ca39aa8)

再看解析结果：

![原文图片](/media/2016/06/87f0069b234e324ca732dce41b1e475a)

### 3.2数据篡改
打开request拦截：

![原文图片](/media/2016/06/283e769a7b5ada2b7d1996f639b06f3d)

运行python overHttp_client.py发送请求。拦截到request后，把sub1_field2改为999。

![原文图片](/media/2016/06/c40d1b58e5bd082f507d57905a4ae69f)

“Forward”后看request数据，已被篡改：

![原文图片](/media/2016/06/49057a21d52225e00c357da822767ad8)

# 0x04 参考

- 【1】[https://github.com/mwielgoszewski/burp-protobuf-decoder](https://github.com/mwielgoszewski/burp-protobuf-decoder)

- 【2】[https://github.com/google/protobuf/tree/v2.5.0](https://github.com/google/protobuf/tree/v2.5.0)

- 【3】[https://wiki.python.org/jython/InstallationInstructions](https://wiki.python.org/jython/InstallationInstructions)

- 【4】[https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/proto](https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/proto)

- 【5】[https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-gpb/](https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-gpb/)

- 【6】[https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/overview](https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/overview)

- 【7】[http://www.tssci-security.com/archives/2013/05/30/decoding-and-tampering-protobuf-serialized-messages-in-burp/](http://www.tssci-security.com/archives/2013/05/30/decoding-and-tampering-protobuf-serialized-messages-in-burp/)

## Replies