Phân tích lỗ hổng Parse Server Prototype Pollution Remote Code Execution (CVE-2022-39396)

Mình đã từng làm về dạng Prototype Pollution trong CTF rất nhiều nhưng có lẽ đây là lần đầu mình research CVE về lỗi này ADVISORY DETAILS. Khi mình được @n3mo rủ làm về CVE này thì chúng mình đã bắt tay vào làm ngay và sau 1 tuần debug vào mỗi đêm thì cuối cùng cũng đã build được POC. Mình viết bài này để mong muốn chia sẻ và lưu lại kiến thức, biết đâu sau này sẽ cần >_<. Vào việc thôi nào …

Brief CVE description

Lỗ hổng này cho phép kẻ tấn công từ xa thực thi mã tùy ý trên Parse Server bị ảnh hưởng. Authentication là không cần thiết để khai thác lỗ hổng này. Lỗ hổng cụ thể tồn tại trong hàm transformUpdate. Do thiếu kiểm soát đối với các các thuộc tính trong object. Kẻ tấn công có thể tận dụng lỗ hổng này để ghi đè thuộc tính tùy ý và impact cao nhất là dẫn đến thực thi mã từ xa. Danh sách các phiên bản bị ảnh hưởng:

< 4.10.18 và < 5.3.1

Điểm CVSS 3.1: 9.8 (AV:N/AC:L/PR:N/UI:N/S:U/C:H/I:H/A:H) Advisories: https://www.zerodayinitiative.com/advisories/ZDI-22-1590/ Commit: https://github.com/parse-community/parse-server/compare/5.3.0...5.3.1

Setup

Đầu tiên cần tải source code ở trên github về.

git clone https://github.com/parse-community/parse-server.git
cd parse-server/
git checkout tags/5.3.0

CVE-2022-39396 có bản vá ở 2 versions 4.10.18 và 5.3.1, nên mình quyết định checkout ở 5.3.0. Sau khi checkout thì sửa file Dockerfile nhằm remote debug:

Thêm expose port EXPOSE 9229
Sửa entrypoint ENTRYPOINT ["node","--inspect=0.0.0.0:9229", "./bin/parse-server"]

Build parse-server docker docker build --tag parse-server . Run mongo docker docker run --name my-mongo -d mongo Cuối cùng chạy lệnh sau để run parse server

docker run --name my-parse-server -v config-vol:/parse-server/config -p 9229:9229 -p 1337:1337 --link my-mongo:mongo -d parse-server --appId APPLICATION_ID --masterKey MASTER_KEY --databaseURI mongodb://mongo/test

Check server đã up chưa bằng lệnh

curl -X POST \
-H "X-Parse-Application-Id: APPLICATION_ID" \
-H "Content-Type: application/json" \
-d '{"score":1337,"playerName":"Sean Plott","cheatMode":false}' \
http://localhost:1337/parse/classes/GameScore

Remote debug

Ở đây mình dùng WebStorm, mở project source code đã checkout ở trên, sau đó add config -> search chữ chrome ( attach to nodejs/chrome) -> sửa host tương ứng vs ip server, port là 9229.

The Patch

Ở CVE này thì source code có trên github và các commit fix đều nằm ở trên đó nên mình không cần phải sử dụng phần mềm khác đề diff mà compare 2 bản ở trên github luôn.

Diff: https://github.com/parse-community/parse-server/compare/5.3.0...5.3.1
Một điều chú ý nữa là trong advisory details của ZDI thì nó nói đến lỗ hổng này tồn tại ở trong hàm transformUpdate.
Lỗ hổng này không cần xác thực

Root Cause

Đầu tiên mình focus vào đoạn diff ở trên github thì thấy được bản mới chỉ thực sự fix ở file src/Routers/FilesRouter.js bằng cách thêm đoạn check từ dòng 144-168

Cụ thể đoạn code này như sau:

Check đầu vào của chúng ta là metadata và tags nếu như chứa key và value nằm trong requestKeywordDenylist thì sẽ hiện thị lỗi.
Cụ thể requestKeywordDenylist được set mặc định trong file src/Options/Definitions.js
Ở đây được chặn được một số keyword như trên và thứ mình thấy ngay lúc này là có chặn constructor và __proto__ nên mình đã tưởng rằng tìm được chỗ prototype pollution và đã bám vào chỗ này rất lâu.

Khi tới đây, mình tưởng rằng chỉ cần pollution chỗ này là xong với đặt câu hỏi trong đầu:

Nếu có thể prototype pollution ở đây thì mình cần pollution cái gì?
Làm thế nào để RCE khi không thể thấy sink RCE ở chỗ này?

Sink đầu tiên mà mình tưởng prototype pollution là tại đoạn code sau

Với fileOptions và fileTags được xử lí như dưới đây.

Cả hàm setTags và setMetadata đều có chức năng giống nhau là gán giá trị _metadata hoặc _tags theo key-value. Chỗ xử lí chính của setMetadata Chỗ xử lí chính của setTags Cuối cùng 2 object fileOptions và fileTags có attribute metadata và tags được lấy từ fileObject.file._metadata và fileObject.file._tags được set ở trên.

Với key và value mình có thể control thì hiện tại mình có thể chèn key bằng __proto__ với value mình muốn. Để có thể truy cập vô đây thì mình sử dụng router /files/:filename với method POST

Khi truy cập vào router này thì đầu tiên hàm handleParseHeaders để xác thực auth. Hàm này chỉ thực hiện check header X-Parse-Master-Key và tham số truyền vào ở json là _ApplicationId để xác thực auth.
Sau đó sẽ gọi tới createHandler là đoạn code xử lí mà mình cần vào.

Đặt breakpoint tại dòng 483 ở file node_modules/parse/lib/node/ParseFile.js và send với request sau để xác định xem mình đã có thể nhảy vào đúng thứ mình muốn chưa:

POST /parse/files/hello HTTP/1.1
Host: localhost:1337
Connection: close
X-Parse-Master-Key: MASTER_KEY
Content-Type: text/json
Content-Length: 100

{"_ApplicationId":"APPLICATION_ID","base64":"AAA","fileData":{"metadata":{"__proto__":{"polluted":true}}}}

Tiếp tục đặt breakpoint ở dòng 183 và nhảy đến đây.

Nhưng khi check thì thấy thực sự ở đây không thể pollution toàn bộ object.

Giống với một ví dụ trên mạng mình đã tìm được và test Ref

Example:

Thực sử nó chỉ đè __proto__ của object đó chứ không phải là prototype pollution.
Một điều nữa là nó không đệ quy ở đoạn này nên pollution toàn bộ object là không khả thi. Explain

Tới đây mình khá là bế tắc không phải làm gì tiếp theo, vẫn như thường lệ khi làm 1day thì sẽ tìm mục đích cần làm là gì. Đây là lí do mình thích làm 1day vì nó khá giống chơi CTF, biết được mục tiêu cuối cùng mình làm là gì. Vậy ở đây trước khi mình pollution được toàn bộ object thì mình sẽ tìm sink RCE nằm ở đâu.

Sink exploit for RCE

Để tìm được chỗ có thể exploit RCE thì mình đã đọc spec mà được cung cấp cùng với trong diff github

Qua đây thì có thể đoán được có vẻ là liên quan đến evalFuntions và mình có tham khảo các CVE trước đây của parse server thì hầu hết nó vẫn liên quan đến đoạn này. Ref1, Ref2 Sau khi search evalFuntions trong source và đọc những CVE trước đó thì thấy được đoạn code như sau:

Trong hàm deserializeObject khi evalFunctions được set thành true thì sẽ nhảy vào hàm isolateEval
Hàm này có sử dụng Function.prototype.bind() nên mình có thể lợi dụng ở đây để RCE.
CVE trước đây thì ở hàm isolateEval sử dụng eval nên RCE dễ dàng hơn.

Mình đọc các CVE cũ của những người khác phân tích thì thấy rằng đoạn này như sau:

Trước khi lưu dữ liệu lên DB, luồng dữ liệu sẽ được serialize qua thư viện BSON tại node_modules/mongodb/node_modules/bson/src/parser/serializer.ts
Sau đó nếu chúng ta truy cập vào nội dung được lưu trong DB thì chương trình sẽ tiến hành deserialize.

Cụ thể như nào thì mình sẽ debug dưới đây. Đặt breakpoint tại 2 dòng 183 và 185

và dòng 542 của file serializer.ts

Thực hiện send request với _bsontype là Code.

POST /parse/files/hello HTTP/1.1
Host: localhost:1337
X-Parse-Master-Key: MASTER_KEY
Content-Type: text/json
Content-Length: 176

{"_ApplicationId":"APPLICATION_ID","base64":"AAA","fileData":{"metadata":{"_bsontype":"Code","code":"console.log(1)"}}}

Sau khi f9 qua dòng 185 thì chương trình sẽ nhảy vô hàm serializeCode

Khi duyệt qua serializeInto lần thứ 3 thì chương trình có value['_bsontype'] === 'Code' và sẽ nhảy vào serializeCode. Stack Frame của khi gọi serializeCode:

Tiếp đến mình sẽ debug xem deserialize sẽ được gọi như nào. Đặt breakpoint tại dòng 577 của file node_modules/mongodb/node_modules/bson/src/parser/deserializer.ts chính là sink mà mình cần vào.

Với request ở trên serialize thì reponse trả về sẽ chứa url truy cập vô file. Thực hiện truy cập vào url trả về đó.

http://localhost:1337/parse/files/APPLICATION_ID/d634ffe8019ffc125f27e230ea5f2a69_hello

evalFunctions lúc này được set là false nên không thể nhảy vô hàm isolateEval.
Stack Frame để đến được đây như sau
Đoạn code evalFunctions được set

Vậy mình đã tìm được giá trị cần pollution để vào được sink RCE là evalFunctions => giờ cần tìm chỗ prototype pollution toàn bộ object sau đó ghi đè evalFunctions thành true thì sẽ hoàn thành. Sau khi lỗ hổng này được public trên ZDI thì mình mới biết được nó có liên quan đến hàm transformUpdate, lúc đầu mình làm chỉ focus vào những đoạn patch và thực sự trong đoạn patch thì lại không nhắc đến hàm này. Search hàm transformUpdate trong source thì cuối cùng cũng đã tìm được sink cho việc prototype pollution tại hàm transformUpdate trong file src/Adapters/Storage/Mongo/MongoTransform.js.

Vậy là đã về dạng pollution mà mình thường gặp. Vậy việc bây giờ cần làm là control được những giá trị sau:

out.value.__op -> __proto__
out.key -> evalFunctions
out.value.arg -> true

Bây giờ mình cần đi tìm route nào sẽ xử lí và gọi đến hàm transformUpdate. Search transformUpdate để xem được sử dụng ở đâu thì thấy được chủ yếu được gọi ở trong file src/Adapters/Storage/Mongo/MongoStorageAdapter.js.

Có 3 hàm gọi đến là:

updateObjectsByQuery
findOneAndUpdate
upsertOneObject

Tiếp tục 3 hàm này đều được gọi ở trong hàm update tại src/Controllers/DatabaseController.js. Trace tiếp xem hàm update này sẽ được gọi những nơi nào. Ở đây rất nhiều chỗ sẽ gọi đến hàm này nhưng mình đã focus vào 2 chỗ mà 2 route sử dụng mà mình thấy là hợp lí, trong đó 1 route auth và 1 route unauth.

Mình sẽ đi vào route /graphql-config

Nhận đầu vào mới tham số params
Check đầu vào của chúng ta
Ở đoạn check này chỉ thực hiện check các atribute đưa vào phải là 1 trong số này và tất cả đều phải là array. Nhưng chúng ta có thể truyền vào __proto__ vì đây là 1 atribute đặc biệt nên được chấp nhận và vượt qua đoạn check này.
Nhảy vào hàm update
Tới đây có thể debug dần dần tiếp nhưng mình chọn đặt breakpoint tại hàm transformUpdate ở src/Adapters/Storage/Mongo/MongoTransform.js luôn, sau đó mình sẽ xem stack frame biết được nó sẽ đi qua những hàm nào.

Như đã nói ở trên có 3 hàm gọi đến transformUpdate thì ở route này đã sử dụng upsertOneObject. Các giá trị mà chúng ta muốn thì hiện tại không thể control. Khi mình đi đọc stackframe và debug thì thấy được ở route này chúng ta chỉ có thể control được out.value.__op và out.value.arg theo flow như sau:

Trước khi nhảy vào sink pollution thì sẽ có đi qua hàm transformKeyValueForUpdate.
Với restKey lúc này là config không nằm trong switch thì sẽ nhảy xuống đoạn code tiếp theo.
Tại đoạn code tiếp theo này thì nhánh if cũng không vô được vì sai các điều kiện của nó.
Vậy tiếp tục code sẽ nhảy vào hàm transformTopLevelAtom với restValue là một object của mình truyền vào.
Khi nhảy vào function đó thì mình thấy có 1 đoạn check isValidJSON, cụ thể hàm này sẽ check xem value.__type === 'File' và sau đó sẽ nhảy vào JSONToDatabase. atom chính là input của mình nhập vào, nên mình có thể control được giá trị trong này. Check điều kiện Cuối cùng gọi JSONToDatabase trả về json.name. Vậy ở đây mình có thể dựa vào name để control __op và arg.

Send request với __type là File để thoải điều kiện và nhảy vào được JSONToDatabase:

PUT /parse/graphql-config HTTP/1.1
Host: localhost:1337
Connection: close
X-Parse-Master-Key: MASTER_KEY
X-Parse-Application-Id: APPLICATION_ID
Content-Type: text/json
Content-Length: 120

{"params":{"classConfigs":[{"className":"haha"}],"__proto__":{"__type":"File"}}}

Khi debug tới hàm isValidJSON thì thấy được với request trên thì mình đã vô được JSONToDatabase, vậy bây giờ mình sẽ thêm atribute name với giá trị __op và arg mình muốn. Tới sink thì thấy được giá trị của __op và arg đã thay đổi theo ý mình.

Nhưng ở đây mình không thể control key, vì vậy mình chỉ pollution config cho toàn bộ object.

Lí do ở đây không thể control được key vì nó đã được set cứng ở file src/Controllers/ParseGraphQLController.js.

=> Mình không thể prototype pollution ở route này. Flow của route graphql-config.

updateGraphQLConfig
    _validateGraphQLConfig
        update
        upsertOneObject
            transformUpdate
                transformKeyValueForUpdate
                    transformTopLevelAtom
                        isValidJSON
                        JSONToDatabase

Tiếp tục đến với route thứ hai là /classes/:className/:objectId

Ở đây sẽ gọi đến handleUpdate và có gọi đến update

Tiếp tục chương trình sẽ gọi đến hàm execute của RestWrite

Rồi sau đó chương trình sẽ về dạng gần giống như ở route trên để xử lí

Ở route này mình có thể control được đầu vào là className,objectId và req.body là tùy ý của mình.

Như route trước mình đặt breakpoint ở hàm transformUpdate chứa sink để khi cho chương trình chạy đến đây thì mình sẽ đọc các stack frame và xem input của mình đi qua những chỗ nào và xử lí ở đâu.

Vậy ở đây khi mình nhập body là một object thì restUpdate sẽ nhận tất cả object đó.

Tới đoạn này thì thấy được restKey sẽ đượclấy ra từ restUpdate => đã có thể control được key => hoàn thành việc prototype pollution. Ở đây mình sẽ không nói tiếp việc control __op và arg vì khi nhảy vào hàm transformKeyValueForUpdate thì sẽ xử lí như nhau. Với việc mình có thể control toàn bộ đầu vào là 1 object bằng cách nhập vào key-value tương ứng thì để vượt qua các đoạn check trong hàm transformTopLevelAtom để tới JSONToDatabase đã là điều dễ dàng.

Tóm lại.

Thực hiện prototype pollution evalFunctions tại route /classes/:className/:objectId để nhảy vào được hàm isolateEval có chứa sink để dẫn đến RCE.
Khi nhảy vào được hàm isolateEval thì sẽ mục đích của mình là sẽ lợi dụng .bind để gọi một function khác -> dẫn đến RCE
Tại hàm metadataHandler và có một route gọi đến hàm này nên mình có thể lợi dụng chỗ này để thực thi một function khác. Nếu như chúng ta send với một atribute toJSON thì khi code chạy tớires.json thì trong hàm này có chứa JSON.stringify(obj) vì vậy nó sẽ tự động được gọi tới.

POC

https://www.youtube.com/watch?v=ETeTqtmEICE

1869 lượt xem