基于PHP扩展的WAF实现

author:lightless

0x00 前言

最近上(ri)网(zhan)上(ri)多了,各种狗啊盾啊看的好心烦,好多蜜汁shell都被杀了,搞的我自己也想开发这么一个斩马刀,顺便当作毕设来做了。

未知攻,焉知防。我们先来看看shell们都是怎么躲过查杀的:加密、变形、回调、隐藏关键字……总之就是一句话,让自己变得没有特征,这样就可以躲过狗和盾的查杀。但是万变不离其宗,无论怎么变形,最终都会回到类似这样的格式:

分为执行数据部分($_GET)和传递数据的部分($_POST),也就是说,无论怎么变形,在执行的过程中都会变成这个样子,接下来还是去执行类似system(),exec(),eval()等等函数,那么我们就直接定位到这里,检测该脚本是否调用危险函数,或是在脚本调用这些函数的时候进行分析,判断该脚本是否为非法用户的shell,会取到很不错的防御效果。

0x01 如何获取先机

既然分析出来了问题的根结,那么下一步就是要控制住这些危险函数的入口点,即system()等函数的底层入口,就像Windows APIhookzw系列函数一样,我们也要hooksystem()这些函数。

这里我们需要用到PHP Extension, 即PHP扩展,位于PHP内核zend和PHP应用代码之间,很明显,扩展可以监控应用层代码的执行细节,也可以调用内核提供的ZEND API接口,包括禁用类、禁用函数等等。图为PHP结合其他必要组件的基本结构。

在ZEND中提供了接口供我们进行这样的操作,通过zend_set_user_opcode_handler就可以达到目的,根据某大牛所说,只需要hook三个OPCODE即可。

ZEND_DO_FCALL为例,在MINIT中将ZEND_DO_FCALL替换掉:

接着定义自己的处理函数,这里是LIGHT_DO_FCALL

这样一个骨架就完成了,其余的内容可以自行添加。这样每当调用system()等函数时,都会经过你自己的LIGHT_DO_FCALL,于是就可以对上层的代码执行进行检查了。

0x02 上面的方法太粗暴

上面的方法固然是好,但是误判会很多,甚至一个普通的函数调用都会直接被ban掉。这样的WAF放在业务中一定会被喷出翔的。我们需要换个思路。

之前已经说过了,无论如何变形、加密、隐藏关键字等,最终都需要调用到system()eval()等函数,终究是逃不过这些的。那么我们把刚才的思路的变一下,不要直接hook那几个OPCODE,向上走一层。

eval()函数在底层是要调用zend_compile_string函数的,那么我们是不是可以在底层重载掉zend_compile_string函数,或是用自己的函数替换掉呢?答案肯定是可以的,我们只需要重写自己的zend_compile_string函数即可。

但是对于system来说有些不一样,上面我们hook掉了ZEND_DO_FCALL,但是太粗暴了,我们这里可以在function_table中删除掉system,并用我们自己的函数注册system函数,这样就可以做到了实时检查,如果为合法调用,可以调用旧的system函数并继续执行。

很明显这样做的话,确实减少了误杀,但是也增加了风险,因为除了system()之外还有很多可以用于执行命令的函数。除了执行命令,还有遍历目录、读敏感文件的问题,需要考虑很多的方面,偏僻的函数都要考虑在内,还有PHP SPLDirectoryIterator等等各种方面。

0x03 说了这么多我们看看实际效果吧

我们来看看hook三个OPCODE的方式会产生什么样子的效果。首先我们在MINIT函数中将这三个OPCODE的处理函数换成我们自己的。

LIGHT_DO_FCALLLIGHT_DO_FCALL_BY_NAMELIGHT_INCLUDE_OR_EVAL的内容类似,均为判断脚本文件是否在upload目录中,如果在的话就禁止危险函数的执行,否则放行。这里我们用LIGHT_DO_FCALL说明一下:

这里我们看到,一旦检测到在upload目录中,就返回ZEND_USER_OPCODE_RETURN,实际作用就是不继续执行危险函数了,如果不在upload目录中,就返回ZEND_USER_OPCODE_DISPATCH,实际作用就是继续执行该函数。

扩展编写完成后,编译即可得到so文件,如果对PHP扩展开发以及编译不熟悉的同学,请参考这个扩展开发教程的第五章:http://www.walu.cc/phpbook/ ,开发方面的知识超出了本文的内容,所以这里不再赘述了。

编译完成后,将得到的lightWAF.so文件复制到php的扩展目录下,我这里是/usr/local/php/lib/php/extensions/,根据自己的实际情况进行调整。接下来修改php.ini,让PHP自动加载我们的扩展,在其中加上一行:

我这里是:

根据之前so文件放的位置不同,请自行修改路径。

最后我们重启PHP服务,让设置生效。PHP重启完成后,在终端中执行php -m,来验证扩展是否加载成功,如果在结果中看到了lightWAF,则说明加载成功。(请无视图中的错误信息,那个是我本地环境的问题,对lightWAF以及PHP没什么影响)

成功加载后,我们看一下实际效果,这里有一个上传文件的页面,可以上传任何类型的文件并将上传的文件保存在upload目录中。现在模拟一下getshell的过程。

我们写个小马,内容如下:

进行上传,并访问shell,结果如下:

可以看到被成功拦截了,好吧,我们换只牛逼的马儿,试试反射型的。

继续上传并访问,看看结果:

依然被拦截了,只不过这次触发的是ZEND_DO_FCALL_BY_NAME这个OPCODE。 接下来我们看看正常的文件会不会被拦截,在lightWAF目录下写入一个test.php,用于模拟正常的业务文件,内容如下:

访问一下看看结果:

可以看到ls命令成功的执行了,也就是说我们的正常文件是不会被拦截的,而只有upload目录中的文件会被拦截,这样做又会引发另一个弊端,倘若攻击者通过某种方法将shell写入正常的文件中,或是与业务结合起来,那么这种防御手段就很难生效了。具体如何防御还要结合其他的特征进行检测,并不是没有办法了,实际应用中不能只依靠检测文件路径这一条规则,需要结合业务进行部署防御方案。

另一种方法与这个hook三个OPCODE的方法类似,无非就是麻烦一点,感兴趣的同学可以围观下面的参考文献:http://security.tencent.com/index.php/blog/msg/19 ,这里描述了hook函数的比较详细的思路。

0x04 不谈业务的安全都是耍流氓

总结一下,拦截的方法大概就是上面两种,但是拦截的依据还没有决定,如何判断一个调用system()的脚本是否为webshell呢?如果我们的WAF放到生产环境,啥都不管乱杀,很有可能造成正常的业务无法工作。我自己总结了几个方法,可能联合起来使用效果更好一些。

  • 根据目录判断 通常情况下,上传的文件一般都有专门的目录进行存放,例如upload/等,正常的业务文件是不在这其中的,于是我们可以简单的只对这个目录进行处理,其他目录的文件一律放行。

  • 根据文件权限判断 这需要网站的维护者对网站的权限进行严格的控制,例如,所有的web文件均是644,且为root:root所有。上传的文件为www:www所有,根据权限的不同进行查杀,对于默认的web文件进行放行,对属于非root:root的文件进行查杀。也可以根据w标志判断,通过未知方式getshell的文件很多是带有w标志的,所以可以根据这些特征进行查杀。

  • 变形检测 如果发现一个文件调用了assertsystempreg_replace /e等等,但是在源文件中没有发现这些关键字,还等什么,这个文件很大的可能就是shell了。(zend_get_executed_filename可以获得文件的标志以及文件的路径,例如出现了assert,说明该脚本使用了assert执行代码。)

  • 黑名单检测 就像传统的杀软一样,总会有那么一部分的特征病毒库,我们也可以建立一部分的webshell特征库,先依靠特征库杀掉一部分,再根据其他的情况进行判断。如果将动态检测和静态检测结合起来,查杀、拦截效果应当都会有显著的改善。

0x05 所以这WAF有啥用

安全需要和业务结合起来进行,不谈业务的安全都是耍流氓。因为是扩展级别的WAF,在部署的时候可能需要重新编译,修改配置文件等等。批量式部署可能显得不是那么方便,而且要根据业务需要进行各种细微的调整。如果仅仅是几台服务器,相信这种WAF还是十分棒的,调整起来也十分方便。

如果能开发出适合批量部署的基于扩展的WAF,那么可能会比较容易普及,毕竟在业务上部署WAF不是一个简单的事情。

  • 参考资料:

http://security.tencent.com/index.php/blog/msg/57 http://security.tencent.com/index.php/blog/msg/19 http://www.walu.cc/phpbook/ http://www.php-internals.com/book/?p=index http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1543

评论

zcy2015-07-26 00:29:31

实现方式有点粗暴。。。一些场景写会被bypass

EtherDream2015-07-24 21:17:41

恶意 PHP 不会无中生有,监控 PHP 文件的创建/修改不是更简单。(业务方更新的时候不监控,更新完继续监控)

炮灰乙2015-07-24 19:42:23

只是想吐槽下,把upload目录的执行权限关掉不就行了...

CplusHua2015-07-24 17:41:33

很好,又学了一种留后门的新方法: 添加一个拓展,执行特定命令自动生成webshell

lightless2015-07-24 12:33:45

@airbasic 刚刚发现确实不是函数。。是个language construct。。。。

Aklis2015-07-24 12:25:53

新姿势

evilddog2015-07-24 12:25:22

涛神好