解析Python新型字串格式漏洞及解決方案

最近一個python字串格式化的漏洞引起了我的注意，今天就來說一下Python引入的一種格式化字串的新型文法的安全性漏洞進行了深入的分析，並提供了相應的安全解決方案。

當我們對不可信的使用者輸入使用str.format的時候，將會帶來安全隱患——對於這個問題，其實我早就知道了，但是直到今天我才真正意識到它的嚴重性。因為攻擊者可以利用它來繞過Jinja2沙箱，這會造成嚴重的資訊泄露問題。同時，我在本文最後部分為str.format提供了一個新的安全版本。

需要提醒的是，這是一個相當嚴重的安全隱患，這裡之所以撰文介紹，是因為大多數人很可能不知道它是多麼容易被利用。

核心問題

從Python 2.6開始，Python受.NET啟發而引入了一種格式化字串的新型文法。當然，除了Python之外，Rust及其他一些程式設計語言也支援這種文法。藉助於.format（）方法，該文法可以應用到位元組和unicode字串（在Python 3中，只能用於unicode字串）上面，此外，它還能映射為更加具有可定製性的string.Formatter API。

該文法的一個特點是，人們可以通過它確定出字串格式的位置和關鍵字參數，並且隨時可以顯式對資料項目重新排序。此外，它甚至可以訪問對象的屬性和資料項目——這是導致這裡的安全問題的根本原因。

總的來說，人們可以利用它來進行以下事情：

>>> 'class of {0} is {0.__class__}'.format(42)"class of 42 is "

實質上，任何能夠控制格式字串的人都有可能訪問對象的各種內部屬性。

問題出在哪裡？

第一個問題是，如何控制格式字串。可以從下列地方下手：

1.字串檔案中不可信的翻譯器。我們很可能通過它們得手，因為許多被翻譯成多種語言的應用程式都會用到這種新式Python字串格式化方法，但是並非所有人都會對輸入的所有字串進行全面的審查。

2.使用者暴露的配置。 由於一些系統使用者可以對某些行為進行配置，而這些配置有可能以格式字串的形式被暴露出來。需要特別提示的是，我就見過某些使用者可以通過Web應用程式來配置通知訊息、日誌訊息格式或其他基本模板。

危險等級

如果只是向該格式字串傳遞C解譯器對象的話，倒是不會有太大的危險，因為這樣的話，你最多會暴露一些整數類之類的東西。

然而，一旦Python對象被傳遞給這種格式字串的話，那就麻煩了。這是因為，能夠從Python函數暴露的東西的數量是相當驚人的。 下面是假想的Web應用程式的情形，這種情況下能夠泄露密鑰：

CONFIG = {    'SECRET_KEY': 'super secret key'} class Event(object):    def __init__(self, id, level, message):        self.id = id        self.level = level        self.message = message def format_event(format_string, event):    return format_string.format(event=event)

如果使用者可以在這裡注入format_string，那麼他們就能發現下面這樣的秘密字串：

{event.__init__.__globals__[CONFIG][SECRET_KEY]}

將格式化作沙箱化處理

那麼，如果需要讓其他人提供格式化字串，那該怎麼辦呢？ 其實，可以利用某些未公開的內部機制來改變字串格式化行為。

from string import Formatterfrom collections import Mapping class MagicFormatMapping(Mapping):    """This class implements a dummy wrapper to fix a bug in the Python    standard library for string formatting.     See http://bugs.python.org/issue13598 for information about why    this is necessary.    """     def __init__(self, args, kwargs):        self._args = args        self._kwargs = kwargs        self._last_index = 0     def __getitem__(self, key):        if key == '':            idx = self._last_index            self._last_index += 1            try:                return self._args[idx]            except LookupError:                pass            key = str(idx)        return self._kwargs[key]     def __iter__(self):        return iter(self._kwargs)     def __len__(self):        return len(self._kwargs) # This is a necessary API but it's undocumented and moved around# between Python releasestry:    from _string import formatter_field_name_splitexcept ImportError:    formatter_field_name_split = lambda \        x: x._formatter_field_name_split(){C} class SafeFormatter(Formatter):     def get_field(self, field_name, args, kwargs):        first, rest = formatter_field_name_split(field_name)        obj = self.get_value(first, args, kwargs)        for is_attr, i in rest:            if is_attr:                obj = safe_getattr(obj, i)            else:                obj = obj[i]        return obj, first def safe_getattr(obj, attr):    # Expand the logic here.  For instance on 2.x you will also need    # to disallow func_globals, on 3.x you will also need to hide    # things like cr_frame and others.  So ideally have a list of    # objects that are entirely unsafe to access.    if attr[:1] == '_':        raise AttributeError(attr)    return getattr(obj, attr) def safe_format(_string, *args, **kwargs):    formatter = SafeFormatter()    kwargs = MagicFormatMapping(args, kwargs)    return formatter.vformat(_string, args, kwargs)

現在，我們就可以使用safe_format方法來替代str.format了：

>>> '{0.__class__}'.format(42)"">>> safe_format('{0.__class__}', 42)Traceback (most recent call last):  File "", line 1, inAttributeError: __class__

總結：

程式開發中有這麼一句話：任何時候不要相信使用者的輸入！現在看來這句話說得非常有道理。所以各位同學要謹記！