用Domato通过Fuzzing对php进行漏洞挖掘研究

为了清楚和简洁起见，下面引用的代码已精炼为最简单的形式。实际用于Fuzzing测试的完整版本可以在此处找到。

https://github.com/Rewzilla/domatophp

最近，我一直在对PHP解释器进行Fuzzing，我探索了许多工具和技术（AFL，LibFuzzer，甚至是自定义的Fuzzing引擎），但是最近我决定尝试Domato。对于那些不知道的人，Domato是基于语法的DOM Fuzzer，旨在从复杂的代码库中挖掘复杂的bug。它最初是为浏览器而设计的，但是我认为我可以将其用于Fuzzing PHP解释器。

 https://github.com/googleprojectzero/domato

0x01  分析上下文语法

为了使用Domato，必须首先使用上下文无关的语法来描述语言，CFG只是一组定义语言构造方式的规则。例如，如果我们的语言由以下形式的句子组成：

 [name] has [number] [adjective] [noun]s.
 [name]'s [noun] is very [adjective].
 I want to purchase [number] [adjective] [noun]s.

这些变量中的每一个都可以采用几种形式，例如：

 Names: alice, bob, eve
 Numbers: 1, 10, 100
 Adjectives: green, large, expensive
 Nouns: car, hat, laptop

那么上下文无关文法可能看起来像...

然后Domato使用上下文无关文法生成符合语言规则的随机组合。

 eve has 1 expensive laptops.
 alice's hat is very green.
 I want to purchase 100 expensive cars.
 I want to purchase 10 large laptops.
 bob has 100 expensive cars.
 eve has 100 green laptops.
 I want to purchase 100 large laptops.
 bob has 1 large cars.
 I want to purchase 1 large cars.
 I want to purchase 1 large hats.
 bob's laptop is very expensive.

可以想象，通过将每个规则分解为更多子规则，我们可以开始定义更复杂的语言，而不仅仅是简单的搜索/替换。实际上，Domato还提供了一些内置函数，用于限制递归并生成基本类型（int，char，string等）。

例如，以下Domato语法，该语法生成伪代码...

将其送入Domato会产生以下结果...

 if (var0 == var5) { int var5 = 915941154; } else { int var3 = 1848395349; }; if (var3 == -121615885) { int var7 = 1962369640;; int var1 = 196553597;;; int var6 = -263472135;; } else { int var2 == 563276937; };
 while (var9 = var8) { while (var0 == -2029947247) { int var7 = 1879609559; } }; char var0 = '';;
 char var2 = '/';
 char var3 = 'P';
 if (var8 == var1) { int var7 = -306701547; } else { while (var3 == 868601407) { while (var0 == -1328592927) { char var10 = '^'; }; char var8 = 'L';;; int var9 = -1345514425;; char var5 = 'b';;; } }
 int var8 = 882574440;
 if (var8 == var9) { int var7 = 1369926086; } else { if (var9 != -442302103) { if (var3 != 386704757) { while (var4 != -264413007) { char var6 = 'C'; } } else { int var8 = 289431268; } } else { char var10 = '~'; } }
 char var5 = '+';
 if (var9 == 1521038703) { char var2 = '&'; } else { int var7 = -215672117; }
 while (var9 == var0) { char var9 = 'X';; int var7 = -1463788903;; }; if (var8 == var7) { int var10 = 1664850687;; char var6 = 'f';; } else { while (var5 == -187795546) { int var3 = -1287471401; } };

这非常适合Fuzzing解释器，因为每个样本都是不同的，并且仍然保证其在语法上是有效的！

0x02 列举Attack Surface

然后，下一步就是将PHP语言描述为CFG。如果有兴趣查看完整的CFG，请下载PHP源代码，然后查看Zend/zend_language_parser.y。

但是，我对Fuzzing特定的代码模式更感兴趣。因此，我实现了CFG，使其仅使用“Fuzzing”参数生成对内置函数和类方法的调用。为此，我们需要一个函数，方法及其参数的列表。

有两种获取此数据的方法。最简单的方法是使用PHP的内置Reflection类来遍历所有已定义的函数和类，从而构建一个列表。

以下代码对所有内部PHP函数进行了演示...

这会产生类似如下代码：

 andrew@thinkpad /tmp % php lang.php 
 zend_version();
 func_num_args();
 func_get_arg(arg_num);
 func_get_args();
 strlen(str);
 strcmp(str1, str2);
 strncmp(str1, str2, len);
 strcasecmp(str1, str2);
 strncasecmp(str1, str2, len);
 each(arr);
 error_reporting(new_error_level);
 define(constant_name, value, case_insensitive);
 defined(constant_name);
 get_class(object);
 ... etc ...

但是，此问题在于此列表不包含类型信息。ReflectionParameter类包含一个getType方法，但是对于大多数函数而言，它目前似乎不起作用。:(也许这是一个bug？很难说。无论如何，拥有类型信息将使我们的Fuzzing工作变得更加有效，因此值得花时间去寻找另一种获取该数据的方法。

 https://www.php.net/manual/en/reflectionparameter.gettype.php

为了解析出我们需要的东西，PHP的文档通常相当不错，可以在此处将其作为单个压缩的HTML文档下载。经过数小时的辛苦编写正则表达式后，我能够将其解析为可用的函数，方法和参数类型列表。我将其留给读者练习，但是最终产品（以CFG形式）看起来像这样……

 https://www.php.net/distributions/manual/php_manual_en.html.gz

0x03  设置Domato

为了使Domato使用我们的语法，我们还需要定义一些基本组件，例如

经过大量的调整和调整后，我的配置最终看起来像这样……

我们还需要定义一个语法将被应用到的模板。该模板将设置环境，实例化以后可能使用的所有对象，然后运行每条线程。我的模板看起来像这样...

最后一步是复制和修改Domato的generator.py文件。我发现只需进行以下更改就足够了...

· 第55和62行：将根元素更改为“

· 第78行：引用我自己的“ template.php”

· 第83行：在“ php.txt”中引用我自己的语法

· 第134行：将输出名称和扩展名更改为“

然后，应该能够生成有效的Fuzzing输入！

andrew@thinkpad ~/domato/php % python generator.py /dev/stdout
Writing a sample to /dev/stdout
<?php
$vars = array(
    "stdClass"                       => new stdClass(),
    "Exception"                      => new Exception(),
    "ErrorException"                 => new ErrorException(),
    "Error"                          => new Error(),
    "CompileError"                   => new CompileError(),
    "ParseError"                     => new ParseError(),
    "TypeError"                      => new TypeError(),
    ... etc ...
);
try { try { $vars["SplPriorityQueue"]->insert(false, array("a" => 1, "b" => "2", "c" => 3.0)); } catch (Exception $e) { } } catch(Error $e) { }
try { try { filter_has_var(1000, str_repeat("%s%x%n", 0x100)); } catch (Exception $e) { } } catch(Error $e) { }
try { try { posix_access(implode(array_map(function($c) {return "\\x" . str_pad(dechex($c), 2, "0");}, range(0, 255))), -1); } catch (Exception $e) { } } catch(Error $e) { }
try { try { rand(0, 0); } catch (Exception $e) { } } catch(Error $e) { }
try { try { fputcsv(fopen("/dev/null", "r"), array("a" => 1, "b" => "2", "c" => 3.0), str_repeat(chr(135), 65), str_repeat(chr(193), 17) + str_repeat(chr(21), 65537), str_repeat("A", 0x100)); } catch (Exception $e) { } } catch(Error $e) { }
try { try { $vars["ReflectionMethod"]->isAbstract(); } catch (Exception $e) { } } catch(Error $e) { }
try { try { $vars["DOMProcessingInstruction"]->__construct(str_repeat(chr(122), 17) + str_repeat(chr(49), 65537) + str_repeat(chr(235), 257), str_repeat(chr(138), 65) + str_repeat(chr(45), 4097) + str_repeat(chr(135), 65)); } catch (Exception $e) { } } catch(Error $e) { }
try { try { utf8_encode(str_repeat("A", 0x100)); } catch (Exception $e) { } } catch(Error $e) { }
try { try { $vars["MultipleIterator"]->current(); } catch (Exception $e) { } } catch(Error $e) { }
try { try { dl(str_repeat("A", 0x100)); } catch (Exception $e) { } } catch(Error $e) { }
try { try { ignore_user_abort(true); } catch (Exception $e) { } } catch(Error $e) { }

0x04  开始Fuzz

现在我们要处理的数据非常多，我们需要以一种最大化检测任何类型的内存损坏的机会的方式构建PHP。为此，我强烈建议使用LLVM Address Sanitizer（ASAN），它将检测任何无效的内存访问，即使它不会立即导致崩溃。

 https://github.com/google/sanitizers/wiki/AddressSanitizer

用ASAN编译PHP，下载最新版本的源代码在这里，并运行以下命令...  

 https://www.php.net/downloads
 
 ./configure CFLAGS="-fsanitize=address -ggdb" CXXFLAGS="-fsanitize=address -ggdb" LDFLAGS="-fsanitize=address"
 make
 make install

在Fuzzer运行之前，尝试消除不必要地阻碍该过程的任何条件也是一个好主意。例如，像大多数语言一样，PHP具有一个sleep（）函数，该函数接受一个整数参数，并仅等待几秒后才能继续。用较大的值（例如INT_MAX）调用此函数将迅速占用较大的簇。

还有一些函数可能会导致进程合法地“崩溃”，例如posix_kill（）或posix_setrlimit（）。我们可能希望从测试语料库中删除这些内容，以减少误报的数量。

最后，由于PHP文档中列出的许多函数和类实际上在核心安装中不可用（而是从扩展中提供），因此我们不妨从资料集中删除其中的一些函数和类，以避免浪费时间调用不存在的代码。

最后，经过一番试验，我确定了以下清单...

 $class_blacklist = array(
 // Can't actually instantiate
     "Closure",
     "Generator",
     "HashContext",
     "RecursiveIteratorIterator",
     "IteratorIterator",
     "FilterIterator",
     "RecursiveFilterIterator",
     "CallbackFilterIterator",
     "RecursiveCallbackFilterIterator",
     "ParentIterator",
     "LimitIterator",
     "CachingIterator",
     "RecursiveCachingIterator",
     "NoRewindIterator",
     "AppendIterator",
     "InfiniteIterator",
     "RegexIterator",
     "RecursiveRegexIterator",
     "EmptyIterator",
     "RecursiveTreeIterator",
     "ArrayObject",
     "ArrayIterator",
     "RecursiveArrayIterator",
     "SplFileInfo",
     "DirectoryIterator",
     "FilesystemIterator",
     "RecursiveDirectoryIterator",
     "GlobIterator",
 );
 
 $function_blacklist = array(
     "exit", // false positives
     "readline",    // pauses
     "readline_callback_handler_install", // pauses
     "syslog",    // spams syslog
     "sleep", // pauses
     "usleep", // pauses
     "time_sleep_until", // pauses
     "time_nanosleep", // pauses
     "pcntl_wait", // pauses
     "pcntl_waitstatus", // pauses
     "pcntl_waitpid", // pauses
     "pcntl_sigwaitinfo", // pauses
     "pcntl_sigtimedwait", // pauses
     "stream_socket_recvfrom", // pauses
     "posix_kill", // ends own process
     "ereg", // cpu dos
     "eregi", // cpu dos
     "eregi_replace", // cpu dos
     "ereg_replace", // cpu dos
     "similar_text", // cpu dos
     "snmpwalk", // cpu dos
     "snmpwalkoid", // cpu dos
     "snmpget", // cpu dos
     "split", // cpu dos
     "spliti", // cpu dos
     "snmpgetnext", // cpu dos
     "mcrypt_create_iv", // cpu dos
     "gmp_fact", // cpu dos
     "posix_setrlimit"
 );

尽管一台机器既可以单独生成样本，但我还是选择了一小组来加快处理速度。我使用了在Intel NUC上运行的 Proxmox 和10个 Debian VM，其工作如下：

· 节点0：样本生成，托管NFS共享。

· 节点1-8：Fuzzing节点，从NFS共享中提取样本进行测试。

· 节点9：“分类”节点：根据崩溃指标对崩溃样本进行分类。

我创建了简单的原始shell脚本以在每个脚本上运行以执行这些职责，这些脚本可以在上面链接的github repo中找到。

0x05  分析Crashs

几分钟内，该Fuzzer就生成了多个崩溃样本，一夜之间就生成了2,000多个。

通过根据崩溃的指令地址对崩溃进行分类，我能够确定所有2,000个崩溃都是3个错误造成的。其中，有2个显然无法利用（两个都是由于堆栈耗尽导致的OOM错误），但是最后一个似乎是UAF！这是最小化的崩溃示例...

此错误已在bug＃79029中得到修复，应该包含在下一个版本中。在接下来的几篇文章中，我将讨论将其根本原因，实现任意代码执行的过程，以及在此过程中发现的一个巧妙的shellcode技巧。

 https://bugs.php.net/bug.php?id=79029

敬请关注！