Apache mod_proxy SSRF(CVE-2021-40438)的一点分析和延伸

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周五晚上开始学习Apache HTTP Server(后文简称为Apache)mod_proxy的SSRF漏洞(CVE-2021-40438),并在星球简单介绍了一下编译、调试Apache服务器的方法,今天继续深入分析一下这个漏洞的成因,以及一些延伸的问题研究。

我很久不发漏洞分析了,因为不是自己挖的漏洞,我自己的思考往往是不够的,再加上很多出漏洞的软件我都没用过,也更谈不上深入的理解,很容易落俗套变成流水账;另外这些年网友们也很积极,不缺我的一篇漏洞分析文章,所以我就写的少了。不过最近Apache HTTP Server出的几个漏洞,还是值得分析一下。

另外,阅读本文前,建议按照我在这两篇帖子里发的方式https://t.zsxq.com/RvfmEu3、https://t.zsxq.com/7qNfeie下载好apr、apr-util、apache的源码并编译,便于后续调试以理解文章。

0x01 Apache Module综述

如果我们要部署一个PHP运行环境,且将Apache作为Web应用服务器,那么常用的有三种方法:

  1. Apache以CGI的形式运行PHP脚本

  2. PHP以mod_php的方式作为Apache的一个模块运行

  3. PHP以FPM的方式运行为独立服务,Apache使用mod_proxy_fcgi模块作为反代服务器将请求代理给PHP-FPM

第一种方式比较古老,性能较差,基本已经淘汰;第二种方式在Apache环境下使用较广,配置最为简单;第三种方法也有较大用户体量,不过Apache仅作为一个中间的反代服务器,更多新的用户会选择使用性能更好的Nginx替代。

这其中,第三种方法使用的mod_proxy_fcgi就是本文主角mod_proxy模块的一个子模块。mod_proxy是Apache服务器中用于反代后端服务的一个模块,而它拥有数个不同功能的子模块,分别用于支持不同通信协议的后端,比如常见的有:

  • mod_proxy_fcgi 用于反代后端是fastcgi协议的服务,比如php-fpm

  • mod_proxy_http 用于反代后端是http、https协议的服务

  • mod_proxy_uwsgi 用于反代后端是uwsgi协议的服务,主要针对uWSGI

  • mod_proxy_ajp 用于反代后端是ajp协议的服务,主要针对Tomcat

  • mod_proxy_ftp 用于反代后端是ftp协议的服务

除去mod_proxy_fcgi用于反代PHP,我们在使用Node.js、Python等脚本语言编写的应用也常常会使用mod_proxy_http作为一层反代服务器,这样中间层可以做ACL、静态文件服务等。

这次的SSRF漏洞是出在mod_proxy这个模块中的,我们就来从代码的层面分析一下它的原理是什么,究竟影响有多大。

0x02 漏洞原理分析

《Building a POC for CVE-2021-40438》这篇文章中提到了这个漏洞的复现方法:当目标环境使用了mod_proxy做反向代理,比如 ProxyPass / "http://localhost:8000/" ,此时通过请求 http://target/?unix:{'A'*5000}|http://example.com/ 即可向 http://example.com 发送请求,造成一个SSRF攻击。

这里面,Apache代码中犯得错误是在modules/proxy/proxy_util.c的fix_uds_filename函数:

/*
* In the case of the reverse proxy, we need to see if we
* were passed a UDS url (eg: from mod_proxy) and adjust uds_path
* as required.
*/

static void fix_uds_filename(request_rec *r, char **url)
{
char *ptr, *ptr2;
if (!r || !r->filename) return;

if (!strncmp(r->filename, "proxy:", 6) &&
(ptr2 = ap_strcasestr(r->filename, "unix:")) &&
(ptr = ap_strchr(ptr2, '|'))) {
apr_uri_t urisock;
apr_status_t rv;
*ptr = '\0';
rv = apr_uri_parse(r->pool, ptr2, &urisock);
if (rv == APR_SUCCESS) {
char *rurl = ptr+1;
char *sockpath = ap_runtime_dir_relative(r->pool, urisock.path);
apr_table_setn(r->notes, "uds_path", sockpath);
*url = apr_pstrdup(r->pool, rurl); /* so we get the scheme for the uds */
/* r->filename starts w/ "proxy:", so add after that */
memmove(r->filename+6, rurl, strlen(rurl)+1);
ap_log_rerror(APLOG_MARK, APLOG_TRACE2, 0, r,
"*: rewrite of url due to UDS(%s): %s (%s)",
sockpath, *url, r->filename);
}
else {
*ptr = '|';
}
}
}

Apache在配置反代的后端服务器时,有两种情况:

  • 直接使用某个协议反代到某个IP和端口,比如 ProxyPass / "http://localhost:8080"
  • 使用某个协议反代到unix套接字,比如 ProxyPass / "unix:/var/run/www.sock|http://localhost:8080/"

第一种情况比较好理解,第二种情况的设计我觉得不是很好,相当于让用户可以使用一个Apache自创的写法来配置后端地址。那么这时候就会涉及到parse的过程,需要将这种自创的语法转换成能兼容正常socket连接的结构,而fix_uds_filename函数就是做这个事情的。

使用字符串文法来表示多种含义的方式通常暗藏一些漏洞,比如这里,进入这个if语句需要满足三个条件:

  • r->filename 的前6个字符等于 proxy:
  • r->filename 的字符串中含有关键字 unix:
  • unix: 关键字后的部分含有字符 |

当满足这三个条件后,将 unix: 后面的内容进行解析,设置成 uds_path 的值;将字符 | 后面的内容,设置成 rurl 的值。

举个例子,前面介绍中的 ProxyPass / "unix:/var/run/www.sock|http://localhost:8080/" ,在解析完成后, uds_path 的值等于 /var/run/www.sockrurl 的值等于 http://localhost:8080/

看到这里其实都没有什么问题,那么我们肯定会思考, r->filename 是从哪来的,用户可控吗,为什么?

这时就要说到另一个函数, proxy_hook_canon_handler ,这个函数用于注册canon handler,比如:

可以看到,每一个 mod_proxy_xxx 都会注册一个自己的canon handler,canon handler会在反代的时候被调用,用于告诉Apache主程序它应该把这个请求交给哪个处理方法来处理。

比如,我们看到 mod_proxy_httpproxy_http_canon 函数:

static int proxy_http_canon(request_rec *r, char *url)
{
// ...
// first part
if (strncasecmp(url, "http:", 5) == 0) {
url += 5;
scheme = "http";
}
else if (strncasecmp(url, "https:", 6) == 0) {
url += 6;
scheme = "https";
}
else {
return DECLINED;
}
port = def_port = ap_proxy_port_of_scheme(scheme);

// second part
ap_proxy_canon_netloc(r->pool, &url, NULL, NULL, &host, &port);
switch (r->proxyreq) {
default: /* wtf are we doing here? */
case PROXYREQ_REVERSE:
if (apr_table_get(r->notes, "proxy-nocanon")) {
path = url; /* this is the raw path */
}
else {
path = ap_proxy_canonenc(r->pool, url, strlen(url),
enc_path, 0, r->proxyreq);
search = r->args;
}
break;
case PROXYREQ_PROXY:
path = url;
break;
}

if (path == NULL)
return HTTP_BAD_REQUEST;

if (port != def_port)
apr_snprintf(sport, sizeof(sport), ":%d", port);
else
sport[0] = '\0';

if (ap_strchr_c(host, ':')) { /* if literal IPv6 address */
host = apr_pstrcat(r->pool, "[", host, "]", NULL);
}

// fourth part
r->filename = apr_pstrcat(r->pool, "proxy:", scheme, "://", host, sport,
"/", path, (search) ? "?" : "", (search) ? search : "", NULL);
return OK;
}

这个函数中有三个主要的部分。

第一部分检查了配置中的url的开头是不是 http:https: ,如果不是,说明这个请求不该由 mod_proxy_http 模块处理,后续的过程跳过;

第二部分,用各种方式获取到scheme、host、port、path、search等几个URL的组成变量;

第三部分,拼接 proxy: 、scheme、 :// 、host、sport、 / 、path、search,成为一个字符串,赋值给 r->filename

这里面,scheme、host、sport来自于配置文件中配置的ProxyPass,而path、search来自于用户发送的数据包。也就是说, r->filename 中的后半部分是用户可控的。

那我们回看前面的 fix_uds_filename 函数,它在 r->filename 中查找关键字 unix: ,并将这个关键字后面直到 | 的部分作为unix套接字地址,而将 | 后面的部分作为反代的后端地址。

我们可以通过请求的path或者search来控制这两个部分,控制了反代的后端地址,这也就是为什么这里会出现SSRF的原因。

0x03 限制绕过

当然,这里面有一个问题,那就是Apache在正常情况下,因为识别到了unix套接字,所以会把用户请求发送给这个本地文件套接字,而不是后端URL。

可以来做个测试,我们发送这样一个请求:

GET /?unix:/var/run/test.sock|http://example.com/ HTTP/1.1
...

此时会得到一个503错误,错误日志会反馈这样的结果:

[Mon Oct 18 00:14:38.634795 2021] [proxy:error] [pid 782180:tid 140737306797824] (2)No such file or directory: AH02454: HTTP: attempt to connect to Unix domain socket /var/run/test.sock (192.168.1.1) failed
[Mon Oct 18 00:14:38.634875 2021] [proxy_http:error] [pid 782180:tid 140737306797824] [client 192.168.1.142:59696] AH01114: HTTP: failed to make connection to backend: httpd-UDS

找不到unix套接字 /var/run/test.sock ,这是当然。

我们不能让他把请求发送到unix套接字上,而是发送给我们需要的 | 后面的地址。

国外那位作者给出了一个非常巧妙的方法,在 fix_uds_filename 函数中,unix套接字的地址来自于下面这两行代码:

char *sockpath = ap_runtime_dir_relative(r->pool, urisock.path);
apr_table_setn(r->notes, "uds_path", sockpath);

如果这里 ap_runtime_dir_relative 函数返回值是null,则后面获取 uds_path 时将不会使用unix套接字地址,而变成普通的TCP连接:

uds_path = (*worker->s->uds_path ? worker->s->uds_path : apr_table_get(r->notes, "uds_path"));
if (uds_path) {
if (conn->uds_path == NULL) {
/* use (*conn)->pool instead of worker->cp->pool to match lifetime */
conn->uds_path = apr_pstrdup(conn->pool, uds_path);
}
// ...
conn->hostname = "httpd-UDS";
conn->port = 0;
}
else {
// ...
conn->hostname = apr_pstrdup(conn->pool, uri->hostname);
conn->port = uri->port;
// ...
}

那么如何让 ap_runtime_dir_relative 的返回值是null? ap_runtime_dir_relative 函数最后引用了apr库中的 apr_filepath_merge 函数,它的主要作用就是路径的join,用于处理相对路径、绝对路径、 ../ 连接。

这个函数中,当待join的两段路径长度+4大于 APR_PATH_MAX ,也就是4096的时候,则函数会返回一个路径过长的状态码,导致最后unix套接字的值是null:

rootlen = strlen(rootpath);
maxlen = rootlen + strlen(addpath) + 4; /* 4 for slashes at start, after
* root, and at end, plus trailing
* null */

if (maxlen > APR_PATH_MAX) {
return APR_ENAMETOOLONG;
}

也就是说,我们只需要在 unix:| 之间传入内容长度大概超过4092的字符串,就能构造出 uds_path 为null的结果,让Apache不再发送请求给unix套接字。

最后,这样构造出的请求成功触发SSRF漏洞:

Apache官方对这个漏洞的修复也比较简单,因为用户只能控制 r->filename 的后半部分,而前半部分 proxy:{scheme}://{host}{sport}/ 来自于配置文件,所以最新版改成检查其开头是不是 proxy:unix: ,这一部分用户无法控制。

0x04 mod_proxy_fcgi是否存在漏洞?

我们前文都以mod_proxy_http作为例子来研究,而在Apache+PHP环境下,mod_proxy_fcgi的使用频率更高,那么它是否也会被SSRF漏洞影响呢?

这个漏洞出现在modules/proxy/proxy_util.c的fix_uds_filename函数,理论上是mod_proxy的漏洞,那么它的子模块应该都会被影响,但这个漏洞中有一个很关键的变量是 r->filename ,他是否可控决定了后面的利用是否可以成功。

我们看一下mod_proxy_fcgi的canon函数:

static int proxy_fcgi_canon(request_rec *r, char *url)
{
char *host, sport[7];
const char *err;
char *path;
apr_port_t port, def_port;
fcgi_req_config_t *rconf = NULL;
const char *pathinfo_type = NULL;

if (ap_cstr_casecmpn(url, "fcgi:", 5) == 0) {
url += 5;
}
else {
return DECLINED;
}

// ...

if (apr_table_get(r->notes, "proxy-nocanon")) {
path = url; /* this is the raw path */
}
else {
path = ap_proxy_canonenc(r->pool, url, strlen(url), enc_path, 0,
r->proxyreq);
}
if (path == NULL)
return HTTP_BAD_REQUEST;

r->filename = apr_pstrcat(r->pool, "proxy:fcgi://", host, sport, "/",
path, NULL);
// ...
}

可见,这里的 r->filename 等于 proxy:fcgi://{host}{sport}/{path} ,相比于mod_proxy_http少了search。不过,path仍然是用户可以控制的,我们可以尝试发送这样的数据包:

GET /unix:testtest|http://example.com/1.php HTTP/1.1
...

经过调试可见,path中的 |ap_proxy_canonenc 函数编码成了%7C:

没有 | ,后面也就无法完成SSRF利用了。

0x05 哪些模块受到影响

那么,我们其实可以认为,如果 r->filename 有部分可控,且可控的部分没有被编码(不是path),这个模块就会受到SSRF漏洞的影响。

对这个结论我没有逐一测试考证,我仅挑选另一个较为常用的模块mod_proxy_ajp来复现漏洞。

mod_proxy_ajp是用于反代Tomcat的一个Apache模块,Tomcat在8.5.51版本以前默认会开启两个端口8080和8009,分别对应HTTP协议和AJP协议。

HTTP协议好理解,AJP协议是一个二进制协议,通信协议相比起来效率更高。所以以前很多运维人员会将Tomcat假设在Apache之后,然后二者之间使用AJP协议通信。

Tomcat 8.5.51之后的版本受到Ghostcat漏洞影响不再默认开放8009端口。

Apache下有两个模块能实现AJP的反代通信:

  • mod_proxy_ajp 这就是mod_proxy的一个子模块,由Apache HTTPd官方维护

  • mod_jk 这是Tomcat官方维护的一个Apache模块,更加出名用户也更多

由于mod_jk不是用mod_proxy的代码,所以不受到影响,我们今天仅测试mod_proxy_ajp。

简单部署一个开放8009端口的Tomcat服务器,并配置好mod_proxy_ajp进行调试,可见其 proxy_ajp_canon 函数 r->filename 中是包含search的:

static int proxy_ajp_canon(request_rec *r, char *url)
{
char *host, *path, sport[7];
char *search = NULL;
const char *err;
apr_port_t port, def_port;

/* ap_port_of_scheme() */
if (strncasecmp(url, "ajp:", 4) == 0) {
url += 4;
}
else {
return DECLINED;
}

// ...
r->filename = apr_pstrcat(r->pool, "proxy:ajp://", host, sport,
"/", path, (search) ? "?" : "",
(search) ? search : "", NULL);
return OK;
}

那么按照我们的预测,这里也会存在SSRF漏洞。果然测试成功:

简单翻阅源码可知,mod_proxy_http2、mod_proxy_balancer、mod_proxy_wstunnel等这些模块会受到影响,而mod_proxy_uwsgi、mod_proxy_scgi等模块不受影响。

我没有严格验证,有兴趣的同学可以自己下去调试,也许还能找到绕过方法。

0x06 几个常见问题和总结

一个大家问的比较多的问题:这个SSRF漏洞是否能够POST?

答案是肯定的,理解了原理的同学肯定能明白,我们实际上是控制了反向代理的目标服务器地址。既然是反向代理,那么实际上用户请求的大部分原始数据都会被直接转发给后端,所以,我们只需要发送POST请求,即可执行POST的SSRF,比如:

另一个,这个SSRF漏洞是否可以打本地的unix socket?

答案是肯定的。原本这个漏洞的第一请求目标就是本地的unix套接字,我们使用4092个超长search绕过了这个限制让他可以打任意远程地址,只要让它回归原本的方法就可以打本地的unix套接字了:

打本地unix套接字的好处是可以攻击类似于Docker、Supervisor这样的本地服务。

最后一个问题,这个SSRF漏洞是否可以攻击一些非HTTP协议的服务?

答案也是肯定的。TCP是一个数据流,即使我们打出的数据包前面有HTTP头,这并不影响后续正常的满足二进制协议的数据流的发送与接收。不过有一个例外情况,如果目标服务有一些特殊的操作,类似于高版本redis读取到一些特殊的HTTP数据段就断开TCP连接这样的操作,那么可能需要进行一些额外绕过了。

总结一下,这个SSRF漏洞的本质是Apache在解析反代服务URL的时候,由于对 unix: 位置要求不严格,导致用户的输入可以控制反代的逻辑,最终导致反代URL被控制,造成SSRF漏洞。

参考链接:

  • https://firzen.de/building-a-poc-for-cve-2021-40438

  • https://t.zsxq.com/RvfmEu3

  • https://t.zsxq.com/7qNfeie

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