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淺談從PHP內核層面防范PHP WebShell
By 咖啡(k4kup8_0x4154_gmail.com)
[目錄]
1. 簡述
2. php的執行流程
3. php的生命周期
4. php源代碼分析以及功能性代碼的實現
5. 總結
6. 參考資料
一、簡述
依據php特定運行環境、php某些特定函數缺陷、php普通函數可以實現變化多端的php
webshell，php版本的scanwebshell也不是太給力。php webshell功能最大化就是實現文件、
目錄、命令、數據庫等操作，這些都是基于php代碼實現的。把相關功能化的php函數運行參
數提取出來，然后做一個判斷，這樣就能從本質上防范php webshell，在php這個層面實現
其安全的最大化。這里介紹下通過編寫php擴展來實現這個思路，當然需要的話也可以重新
編譯php源代碼來實現。
首先我們了解下php的執行流程、php生命周期，接下來通過分析具體函數的php源代碼
來實現功能性代碼。
二、php的執行流程
2.1 scanner
將PHP代碼轉換為Tokens，詳見代碼Zend/zend_language_scanner.l。
2.2 parser
將Tokens轉換成表達式，詳見代碼Zend/zend_language_parser.y。
2.3 compile
將表達式編譯成opcode。opcode存放在op_array中。
2.4 execute
Zend Engine調用zend_execute來執行op_array，輸出結果。
三、php的生命周期
3.1 STARTUP
1、初始化引擎和核心組件。
2、解析php.ini。
3、初始化靜態構建的模塊(MINIT)。
4、初始化共享模塊(MINIT)。
3.2 ACTIVATION
1、初始化環境變量、變量。
2、激活靜態構建的模塊(RINIT) 。
3、激活共享模塊(RINIT) 。
3.3 RUNTIME
1、編譯和執行php.ini中auto_prepend_file選項指定的文件。
2、編譯和執行所請求的文件。
3、編譯和執行php.ini中auto_append_file選項指定的文件。
3.4 DEACTIVATION
1、調用用戶指定的退出函數。
2、銷毀對象實例。
3、停用模塊(RSHUTDOWN)。
4、清空輸出。
5、清理環境。
6、釋放剩余的非持久內存。
3.5 SHUTDOWN
1、關閉啟動的全部模塊(MSHUTDOWN)。
2、關閉引擎。
四、php源代碼分析以及功能性代碼的實現
php函數分為兩種：一種是Zend的函數，這類函數數量比較少，比如eval函數。第二種
是由PHP_FUNCTION宏編寫的，這類函數數量比較多，比如system函數。實現對兩類函數在提
取運行時的參數的方式也不相同，比如處理eval函數用重寫zend_compile_string的方式，
而處理system函數則對HashTable操作。下邊就以eval函數和system函數為例進行分析、代
碼實現。
4.1 eval函數代碼分析與代碼實現
首先我們看php源代碼中eval函數是如何實現的，部分代碼如下：
--code-------------------------------------------------------------------------
// PHPSRC/Zend/zend_vm_def.h
if (inc_filename->type!=IS_STRING) {
tmp_inc_filename = *inc_filename;
zval_copy_ctor(&tmp_inc_filename);
convert_to_string(&tmp_inc_filename);
inc_filename = &tmp_inc_filename;
}
case ZEND_EVAL: {
/* 調用zend_make_compiled_string_description函數 */
char *eval_desc = zend_make_compiled_string_description("eval()"d code" TSRMLS_CC);
/* 調用zend_compile_string函數 */
new_op_array = zend_compile_string(inc_filename, eval_desc TSRMLS_CC);
efree(eval_desc);
}
/* 執行op_array */
zend_execute(new_op_array TSRMLS_CC);
//PHPSRC/Zend/zend.c
#define COMPILED_STRING_DESCRIPTION_FORMAT "%s(%d) : %s"
ZEND_API char *zend_make_compiled_string_description(char *name TSRMLS_DC)
{
zend_spprintf(&compiled_string_description, 0, COMPILED_STRING_DESCRIPTION_FORMAT, cur_filename, cur_lineno, name);
return compiled_string_description; //返回值包含"eval()"d code"字符串
}
//PHPSRC/Zend/zend_compile.c
ZEND_API zend_op_array *(*zend_compile_string)(zval *source_string, char *filename TSRMLS_DC);
zend_compile_string一個函數指針。下邊看下引擎初始化的時候對zend_compile_string的操作。
int zend_startup(zend_utility_functions *utility_functions, char **extensions, int start_builtin_functions)
{
zend_compile_string = compile_string; //對zend_compile_string函數的地址賦值
-------------------------------------------------------------------------------
只要檢查op_array中是否含有"eval()"d code"字符串，就能判斷是否是在執行eval函數。
在引擎初始化的時候，默認會將compile_string函數的地址賦值給zend_compile_string，
compile_string函數則返回一個指向zend_op_array的指針。如果能在php代碼編譯之前對
zend_compile_string進行重寫，那么就能達到劫持的目的。根據php的生命周期，對
zend_compile_string進行重寫應該放在STARTUP或者ACTIVATION這兩個階段，而編寫php擴
展所使用到的PHP_MINIT_FUNCTION和PHP_RINIT_FUNCTION宏就分別處在STARTUP和ACTIVATION
這個兩個階段，這是為什么呢？我們先看下php.h代碼中對PHP_MINIT_FUNCTION宏的定義。
--code-------------------------------------------------------------------------
#define PHP_MINIT_FUNCTION ZEND_MODULE_STARTUP_D
//ZEND_MODULE_STARTUP_D定義在zend_API.h
#define ZEND_MODULE_STARTUP_D(module) int ZEND_MODULE_STARTUP_N(module)(INIT_FUNC_ARGS)
//ZEND_MODULE_STARTUP_N定義在zend_API.h
#define ZEND_MODULE_STARTUP_N(module) zm_startup_##module
//INIT_FUNC_ARGS定義在zend_modules.h
#define INIT_FUNC_ARGS int type, int module_number TSRMLS_DC
-------------------------------------------------------------------------------
PHP_MINIT_FUNCTION(module)的原型就是：
--code-------------------------------------------------------------------------
zm_startup_module(int type, int module_number TSRMLS_DC)
-------------------------------------------------------------------------------
同樣的PHP_RINIT_FUNCTION(module)的原型為:
--code-------------------------------------------------------------------------
zm_activate_module(int type, int module_number TSRMLS_DC)
-------------------------------------------------------------------------------
關于對eval函數運行參數截取分析的實現代碼如下：
--code-------------------------------------------------------------------------
#define OVECCOUNT 30
/* 具體正則表達式要按照具體的需求來寫，下面正則僅為測試用 */
#define eval_regex_value "(((chr\\(\\d*?\\)|base64_decode\\(|eval|gzinflate\\(|system|shell_exec|popen|pclose|proc_close|proc_get_status|proc_nice|proc_terminate|exec|passthru|show_source|escapeshellcmd|escapeshellarg system|shell_exec|popen|pclose|proc_open|proc_close|proc_get_status|proc_nice|proc_terminate|exec|passthru|show_source|escapeshellcmd|escapeshellarg)\\([{}"$\\w\\s]*?\\));).*?"
static zend_op_array* (*old_compile_string)(zval *source_string, char *filename TSRMLS_DC);
static zend_op_array* safe_compile_string(zval *source_string, char *filename TSRMLS_DC);
PHP_RINIT_FUNCTION(safe) //PHP_MINIT_FUNCTION(safe)也可
{
safe_hook_execute();
return SUCCESS;
}
PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION(safe) //PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION(safe)也可
{
safe_unhook_execute();
return SUCCESS;
}
int matchpattern(char *src, char *pattern, int i) //正則匹配函數
{
pcre *re;
const char *error;
int erroffset;
int ovector[OVECCOUNT];
int rc;
char *substring_start;
int substring_length;
TSRMLS_FETCH();
re = pcre_compile(pattern, PCRE_CASELESS|PCRE_DOTALL, &error, &erroffset, NULL);
if(re == NULL) {
//printf("PCRE compilation failed at offset %d: %s\n", erroffset, error);
return 1;
}
rc = pcre_exec(re, NULL, src, strlen(src), 0, 0, ovector, OVECCOUNT);
if(rc >= 0) {
substring_start = src + ovector[2*i];
substring_length = ovector[2*i+1] - ovector[2*i];
printf("Match_result: %.*s\n", substring_length, substring_start);
printf("Filename : %-40s\n", zend_get_executed_filename(TSRMLS_C));
printf("Line : %-50i\n", zend_get_executed_lineno(TSRMLS_C));
}
free(re);
return rc;
}
static zend_op_array *safe_compile_string(zval *source_string, char *filename TSRMLS_DC)
{
char *eval_strings;
int x;
zend_op_array *op_array;
op_array = old_compile_string(source_string, filename TSRMLS_CC);
/* 過濾非eval函數 */
if(!strstr(op_array->filename, "eval()"d code")) {
return old_compile_string(source_string, filename TSRMLS_CC);
}
/* 將source_string字符串賦值給eval_strings */
eval_strings = estrndup(Z_STRVAL_P(source_string), Z_STRLEN_P(source_string));
printf("%s","\n");
printf("Function : %-40s\n", "eval");
x = matchpattern(eval_strings, eval_regex_value, 1);
if (x < 0)
{
return old_compile_string(source_string, filename TSRMLS_CC);
}
else if(x >= 0)
return FALSE;
}
int safe_hook_execute()
{
old_compile_string = zend_compile_string;
zend_compile_string = safe_compile_string;
system_hook_system(); //對應后邊對system函數的操作
return TRUE;
}
int safe_unhook_execute()
{
zend_compile_string = old_compile_string;
return TRUE;
}
-------------------------------------------------------------------------------
4.2 system函數代碼分析與代碼實現
首先我們看php源代碼中system函數是如何實現的，部分代碼如下：
--code-------------------------------------------------------------------------
//PHPSRC\ext\standard\exec.c
PHP_FUNCTION(system)
{
/* 調用php_exec_ex函數 */
php_exec_ex(INTERNAL_FUNCTION_PARAM_PASSTHRU, 1);
}
static void php_exec_ex(INTERNAL_FUNCTION_PARAMETERS, int mode)
{
char *cmd;
if (!ret_array) {
/* 調用php_exec函數 */
ret = php_exec(mode, cmd, NULL, return_value TSRMLS_CC);
} else {
if (Z_TYPE_P(ret_array) != IS_ARRAY) {
zval_dtor(ret_array);
array_init(ret_array);
}
ret = php_exec(2, cmd, ret_array, return_value TSRMLS_CC);
-------------------------------------------------------------------------------
接下來看php_exec函數的定義。
--code-------------------------------------------------------------------------
int php_exec(int type, char *cmd, zval *array, zval *return_value TSRMLS_DC)
{
char *cmd_p, *b, *c, *d=NULL;
if (PG(safe_mode)) {
cmd_p = php_escape_shell_cmd(d);
efree(d);
d = cmd_p;
} else {
cmd_p = cmd;
#ifdef PHP_WIN32
fp = VCWD_POPEN(cmd_p, "rb"); //調用VCWD_POPEN函數
-------------------------------------------------------------------------------
接下來看VCWD_POPEN函數的定義。
--code-------------------------------------------------------------------------
//TSRM\tsrm_virtual_cwd.c
#ifdef TSRM_WIN32 //以windows平臺為例
CWD_API FILE *virtual_popen(const char *command, const char *type TSRMLS_DC)
{
return popen_ex(command, type, CWDG(cwd).cwd, NULL);//調用popen_ex函數
}
-------------------------------------------------------------------------------
接下來看popen_ex函數的定義。
--code-------------------------------------------------------------------------
//TSRM\tsrm_win32.c
TSRM_API FILE *popen_ex(const char *command, const char *type, const char *cwd, char *env)
{
char *cmd;
cmd = (char*)malloc(strlen(command)+strlen(TWG(comspec))+sizeof(" /c "));
sprintf(cmd, "%s /c %s", TWG(comspec), command);
if (!CreateProcess(NULL, cmd, &security, &security, security.bInheritHandle, NORMAL_PRIORITY_CLASS|CREATE_NO_WINDOW, env, cwd, &startup, &process)) {
return NULL;
}
free(cmd);
-------------------------------------------------------------------------------
上邊是system函數執行的參數傳遞的過程，在這個過程中如果可以截取函數執行的參數
的話，就可以分析參數是否包含危險的關鍵字。為了方便編寫擴展程序，我們直接在exec.c
中php_exec函數中添加截取代碼，也就是在php_exec_ex函數調用php_exec函數之前的位置。
添加如下代碼即可獲取執行的參數：
--code-------------------------------------------------------------------------
x = matchpattern(cmd, system_regex_value, 0);//調用正則函數進行判斷
if(x >= 0) RETURN_FALSE;
-------------------------------------------------------------------------------
下邊我們分析怎么實現對system函數的重寫，這里主要參照main.c文件中實現php.ini
中disable_functions功能的php_disable_functions函數，它調用了zend_disable_function。
--code-------------------------------------------------------------------------
ZEND_API int zend_disable_function(char *function_name, uint function_name_length TSRMLS_DC)
{
if (zend_hash_del(CG(function_table), function_name, function_name_length+1)==FAILURE) {
return FAILURE;
}
disabled_function[0].fname = function_name;
return zend_register_functions(NULL, disabled_function, CG(function_table), MODULE_PERSISTENT TSRMLS_CC);
}
-------------------------------------------------------------------------------
同樣我們可以用zend_hash_del函數將system從function_table中刪除，然后注冊新的
zend函數，以達到對system函數劫持的目的。
system作為一個執行系統命令的函數，在這里進行了禁用操作，沒有使用正則處理函數
進行參數的檢查，當然也可以根據具體的需求進行具體的操作。
實現代碼如下：
--code-------------------------------------------------------------------------
/* 聲明導出函數 */
PHP_FUNCTION(system1)
{
printf("%s","\n");
printf("Function : %-40s\n", "system");
printf("Filename : %-40s\n", zend_get_executed_filename(TSRMLS_C));
printf("Line : %-50i\n", zend_get_executed_lineno(TSRMLS_C));
printf("%s","system function is disabled.");
}
/* 聲明 Zend 函數塊 */
zend_function_entry hook_system_functions[] = {
PHP_FALIAS(system, system1, NULL) // 創建system別名
{NULL, NULL, NULL}
};
/* 創建system hook函數 */
int safe_hook_system()
{
TSRMLS_FETCH();
/* 刪除function_table中的system函數 */
zend_hash_del(CG(function_table), "system", sizeof("system"));
/* 注冊新zend函數 */
#ifndef ZEND_ENGINE_2
zend_register_functions(hook_system_functions, NULL, MODULE_PERSISTENT TSRMLS_CC);
#else
zend_register_functions(NULL, hook_system_functions, NULL, MODULE_PERSISTENT TSRMLS_CC);
#endif
return 0;
}
-------------------------------------------------------------------------------
4.3 demo運行效果
4.3.1 加載php擴展
-------------------------------------------------------------------------------
C:\phpext>type php.ini | findstr "^extension="
extension=php_safe.dll
C:\phpext>php 3.php
Function : system
Filename : C:\phpext\3.php
Line : 3
system function is disabled.
Function : eval
Match_result: exec("ver");
Filename : C:\phpext\3.php
Line : 9
-------------------------------------------------------------------------------
4.3.2 不加載php擴展
-------------------------------------------------------------------------------
C:\phpext>type php.ini | findstr "^extension="
C:\phpext>php 3.php
Microsoft Windows XP [版本 5.1.2600]
-------------------------------------------------------------------------------
五、總結
實現php webshell的功能性函數眾多，我們做到控制關鍵性的函數足以。當然實現函數
截取要根據函數的情況進行一一的分析，然后做相應的判斷。
最后要感謝下SuperHei，文章不足之處請斧正。
六、參考資料
[1] php源代碼 http://www.php.net
[2] PHP Extension Writing http://talks.somabo.de/200903_montreal_php_extension_writing.pdf
-EOF-
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