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RIPS是一款对PHP源码进行风险扫描的工具,其对代码扫描的方式是常规的正则匹配,确定sink点;还是如flowdroid构建全局数据流图,并分析存储全局数据可达路径;下面就从其源码上略探一二。

1、扫描流程

分析其源码前,我们需要缕清其扫描的流程,方便后面的分析,下图展示其进行扫描的主界面:

PHP白盒审计工具RIPS源码简析

先简单介绍下每个标签的基本功能:

path/file:待扫描代码的文件地址;
subdirs:是否对代码的子目录进行扫描,勾选将会扫描子目录,不勾选只扫描当前目录下的PHP文件;
verbosity level:选择source点,即可控制的输入点,定义在rips下config/sources.php中;
vuln type:选择sink点,即可能会触发各种风险的函数,定义在rips下config/sinks.php中;
scan:选择好前面的选项,点击该按钮即可开始扫描;
code style:扫描结果的展示方式;
/regex/:要搜索内容的正则表达式;
search:根据正则表达式对全局代码进行搜索;

在进行扫描时一般将扫描文件目录粘贴到第一栏中,点击scan进行扫描,那么这个scan就是执行扫描的开始点;点击scan按钮会调用js/script.js中的scan方法进行扫描,该方法将会获取在主界面中获取的参数,并通过XMLHttpRequest方法传递给rips主目录下的main.php中进行处理。在main.php中主要执行一些赋值的操作,及调用scanner.php进行具体的扫描,下面的代码便是其调用scanner.php的相关代码。

// scan
                                $scan = new Scanner($file_scanning, $scan_functions, $info_functions, $source_functions);
                                $scan->parse();
                                $scanned_files[$file_scanning] = $scan->inc_map;

其赋值对象主要是$file_scanning, $scan_functions, $info_functions, $source_functions这四个对象,四个对象的含义如下所示:

$file_scanning:表示要扫描的php文件,如果扫描的对象是一个文件,那么该参数就代表这个对象本身;如果扫描对象是一个目录,RIPS将会对目录中的文件进行逐个扫描,该对象就代表目录中的每个文件。
$scan_functions:sink点,会触发漏洞的函数名称的列表,根据选择的vuln type,通过config/sinks.php进行构造。
$info_functions:设备信息,根据扫描文件中使用的函数特征值确定,通过config/info.php进行构造。
$source_functions:source点,可控制的输入点,通过config/sources.php进行构造。

scanner的扫描可以把它大致分为两步,第一步是初始化Scanner对象;第二步则是最关键的漏洞扫描,通过parse()方法进行。

2、代码扫描

2.1 初始化Scanner对象

此处主要通过__construct方法执行一些初始化操作,对其中一些关键代码进行说明:

function __construct($file_name, $scan_functions, $info_functions, $source_functions)
        {
                $this->file_name = $file_name;
                $this->scan_functions = $scan_functions;
                $this->info_functions = $info_functions;
                $this->source_functions = $source_functions;

此处主要是将main.php中传递过来的文件赋值给类变量,这几个变量是初始化后面一些类变量的基础。下面将是初始化的关键步骤,为方便说明将在代码中直接进行注释说明:

$this->inc_file_stack = array(realpath($this->file_name));                           // 待扫描文件的真实地址,存入数组中
                $this->inc_map = array();
                $this->include_paths = Analyzer::get_ini_paths(ini_get("include_path"));   // 文件所包含的路径,单个结果一般为:Array( [0] => .  [1] => ),即文件的自身路径
                $this->file_pointer = end($this->inc_file_stack);                                          // 文件地址数组中最后的元素,值为文件自身真实路径
                if(!isset($GLOBALS['file_sinks_count'][$this->file_pointer]))
                        $GLOBALS['file_sinks_count'][$this->file_pointer] = 0;                              // 初始化该文件sink点统计数目
                $this->lines_stack = array();
                $this->lines_stack[] = file($this->file_name);                                             // 读取待扫描文件内容,存储到一个数组中
                $this->lines_pointer = end($this->lines_stack);                                        // 由于文件内容存储在数组的第一个元素中,且数组长度为1,此处代表将文件内容逐行存储在一个数组中
                $this->tif = 0; // tokennr in file
                $this->tif_stack = array();
        
                // preload output
                echo $GLOBALS['fit'] . '|' . $GLOBALS['file_amount'] . '|' . $this->file_pointer . ' (tokenizing)|' . $GLOBALS['timeleft'] . '|' . "\n";
                @ob_flush();
                flush();
                
                // tokenizing
                $tokenizer = new Tokenizer($this->file_pointer);
                $this->tokens = $tokenizer->tokenize(implode('',$this->lines_pointer));
                unset($tokenizer);                                                                                     // 上面几行是整个分析的关键,将在下面进行详细的说明                        
                
                // add auto includes from php.ini
                if(ini_get('auto_prepend_file')) { $this->add_auto_include(ini_get('auto_prepend_file'), true);}
                if(ini_get('auto_append_file')) { $this->add_auto_include(ini_get('auto_append_file'), false);}
                                                                                                                // 校验php配置文件(php.ini)中是否存在自动包含的文件,如果存在将直接添加到$this->tokens的类变量中

此处将粗略说明$this->tokens类变量的生成,该变量的生成主要调用lib/tokenizer.php中的方法,下面是其关键代码:

public function tokenize($code) {
                $this->tokens = token_get_all($code);                        
                $this->prepare_tokens();
                $this->array_reconstruct_tokens();
                $this->fix_tokens();        
                $this->fix_ternary();
                #die(print_r($this->tokens));
                return $this->tokens;
        }

通过调用ZEND引擎的token_get_all方法将PHP源码分解成PHP tokens(参考:http://php.net/manual/en/function.token-get-all.php),并对这些tokens进行相关处理优化,处理优化的过程没有进行仔细的研究,此处不做详细介绍。为了让大家对ZEND引擎生成的tokens有个更直观的认识,这是将使用一个简单的例子分别展示源码、token_get_all生成的原始tokens、处理后的tokens,通过后面的对比可以粗略的看出,处理后的tokens比原始生成的tokens更加简洁,去除了一些对于风险扫描无用的tokens,如<?php、?>、空字节等。如下所示:

源码:

<?php echo $_GET('info'); ?>

原始tokens:

Array
(
    [0] => Array
        (
            [0] => 374
            [1] => <?php
            [2] => 1
        )
    [1] => Array
        (
            [0] => 317
            [1] => echo
            [2] => 2
        )
    [2] => Array
        (
            [0] => 377
            [1] =>  
            [2] => 2
        )
    [3] => Array
        (
            [0] => 310
            [1] => $_GET
            [2] => 2
        )
    [4] => (
    [5] => Array
        (
            [0] => 316
            [1] => 'info'
            [2] => 2
        )
    [6] => )
    [7] => ;
    [8] => Array
        (
            [0] => 377
            [1] => 
            [2] => 2
        )
    [9] => Array
        (
            [0] => 376
            [1] => ?>
            [2] => 3
        )
)

处理后的tokens:

Array
(
    [0] => Array
        (
            [0] => 317
            [1] => echo
            [2] => 2
        )
    [1] => Array
        (
            [0] => 310
            [1] => $_GET
            [2] => 2
        )
    [2] => (
    [3] => Array
        (
            [0] => 316
            [1] => 'info'
            [2] => 2
        )
    [4] => )
    [5] => ;
    [6] => ;
)

2.2 parse扫描

获取了需要扫描的PHP tokens,下一步就是进行最关键的风险扫描了,风险扫描主体函数在lib/scanner.php文件中的parse()方法。该方法中会遍历2.1中生成的tokens,对tokens进行逐个扫描,根据每个token是否为数组(is_array)分别进行操作,由于整体代码比较庞杂,此处挑选处理上的几个关键点,并结合实际的代码,对其扫描的方式进行探究。下面先展示本次测试使用的源码,主要包含两个文件commond_exec.php与para.php两个文件,源码如下所示:

commond_exec.php:
<?php
include('para.php');
$str = 'command';
$command = para($str);
shell_exec( $command );
?>
para.php:
<?php
function para($str){
        return $_GET($str);
}
?>

扫描的目标文件是commond_exec.php,此时其生成的tokens如下所示:

Array
(
    [0] => Array
        (
            [0] => 262
            [1] => include
            [2] => 2
        )
    [1] => (
    [2] => Array
        (
            [0] => 318
            [1] => 'para.php'
            [2] => 2
        )
    [3] => )
    [4] => ;
    [5] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $str
            [2] => 4
        )
    [6] => =
    [7] => Array
        (
            [0] => 318
            [1] => 'command'
            [2] => 4
        )
    [8] => ;
    [9] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $command
            [2] => 5
        )
    [10] => =
    [11] => Array
        (
            [0] => 310
            [1] => para
            [2] => 5
        )
    [12] => (
    [13] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $str
            [2] => 5
        )
    [14] => )
    [15] => ;
    [16] => Array
        (
            [0] => 310
            [1] => shell_exec
            [2] => 6
        )
    [17] => (
    [18] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $command
            [2] => 6
        )
    [19] => )
    [20] => ;
    [21] => ;
)

对tokens进行遍历时,如果该token的类型是数组,那么分别获取该数组中的每个值,如下所示:

$token_name = $this->tokens[$i][0];     // 该token的名称,相当于变量名称
        $token_value = $this->tokens[$i][1];    // 该token的值,相当于变量的值
        $line_nr = $this->tokens[$i][2];            // token出现在源码的第几行

2.2.1 文件包含处理

对token进行逐个扫描时,第一个出现的token就是便是include函数,RIPS遇到这个函数时会根据文件包含出现的位置,获取被包含文件的tokens,插入到原tokens语句的后面,其具体的操作代码如下所示:

$tokenizer = new Tokenizer($try_file);
        $inc_tokens = $tokenizer->tokenize(implode('',$inc_lines));
        unset($tokenizer);
        // if(include('file')) { - include tokens after { and not into the condition :S
        if($this->in_condition)
        {
                $this->tokens = array_merge(
                        array_slice($this->tokens, 0, $this->in_condition+1),         // before include in condition
                        $inc_tokens,                                                                                         // included tokens
                        array(array(T_INCLUDE_END, 0, 1)),                                                 // extra END-identifier
                        array_slice($this->tokens, $this->in_condition+1)                 // after condition
                );
        } else
        {
                // insert included tokens in current tokenlist and mark end
                $this->tokens = array_merge(
                        array_slice($this->tokens, 0, $i+$skip),                         // before include
                        $inc_tokens,                                                                                 // included tokens
                        array(array(T_INCLUDE_END, 0, 1)),                                         // extra END-identifier
                        array_slice($this->tokens, $i+$skip)                                 // after include
                );
        }

最后生成的包含include文件的tokens如下所示,对比下会发现5-19的token是新添加的,为被包含文件para.php的tokens。

Array
(
    [0] => Array
        (
            [0] => 262
            [1] => include
            [2] => 2
        )
    [1] => (
    [2] => Array
        (
            [0] => 318
            [1] => 'para.php'
            [2] => 2
        )
    [3] => )
    [4] => ;
    [5] => Array
        (
            [0] => 337
            [1] => function
            [2] => 2
        )
    [6] => Array
        (
            [0] => 310
            [1] => para
            [2] => 2
        )
    [7] => (
    [8] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $str
            [2] => 2
        )
    [9] => )
    [10] => {
    [11] => Array
        (
            [0] => 339
            [1] => return
            [2] => 3
        )
    [12] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $_GET
            [2] => 3
        )
    [13] => (
    [14] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $str
            [2] => 3
        )
    [15] => )
    [16] => ;
    [17] => }
    [18] => ;
    [19] => Array
        (
            [0] => 380
            [1] => 0
            [2] => 1
        )
    [20] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $str
            [2] => 4
        )
    [21] => =
    [22] => Array
        (
            [0] => 318
            [1] => 'command'
            [2] => 4
        )
    [23] => ;
    [24] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $command
            [2] => 5
        )
    [25] => =
    [26] => Array
        (
            [0] => 310
            [1] => para
            [2] => 5
        )
    [27] => (
    [28] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $str
            [2] => 5
        )
    [29] => )
    [30] => ;
    [31] => Array
        (
            [0] => 310
            [1] => shell_exec
            [2] => 6
        )
    [32] => (
    [33] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $command
            [2] => 6
        )
    [34] => )
    [35] => ;
    [36] => ;
)

2.2.2 添加数据源(source点)

当扫描到第11个token return时,此时会判断返回的语句是否是用户可以控制的语句,如果这条语句是用户能够控制的语句,比如此处使用$_GET进行赋值表明是用户可以控制的语句;也就是说para()方法的返回值是用户可以控制的,那么该方法返回的数据将被认为是一个被污染的数据源,即source点并将该方法添加到source_functions的数组中。对于return返回参数是否是用户可控制的判断,主要是通过函数scan_parameter()实现的,下面抽取几个关键点来了解判断流程的实现,当遇到token为return的语句时,会向后遍历token,直到该语句结束,代码的实现上是通过“;”是否出现进行判断,如下所示:

while( $this->tokens[$i + $c] !== ';' )

对于每个token,判断该token是否是一个数组,如果是一个数组则检查数组元素是否是一个变量,如下所示:

if( is_array($this->tokens[$i + $c]) )
                {
                        if( $this->tokens[$i + $c][0] === T_VARIABLE )

如果该token是一个数组且为变量,则使用scan_parameter()函数对其进行检查,该函数调用形式如下。该调用的参数比较多,但是本例中实际起到判断作用的只有第三个参数,即这个token本身:$this->tokens[$i+$c],具体的值为:tokens[12],即$_GET函数。

$new_find = new VulnTreeNode();
        $userinput = $this->scan_parameter(
                $new_find, 
                $new_find, 
                $this->tokens[$i+$c], 
                $this->tokens[$i+$c][3],
                $i+$c,
                $this->var_declares_local,  
                $this->var_declares_global,                                                                        
                false, 
                $GLOBALS['F_SECURES_ALL'], 
                TRUE
        );

由于$_GET函数为定义的source函数,因此将直接认为返回值是用户可输入的,即$userinput=true。最后将此函数名添加到source_functions列中,以后的扫描该函数将作为source点看待。

if($userinput == 1 || $GLOBALS['userfunction_taints'])
        {
                $this->source_functions[] = $this->function_obj->name;
        }

2.2.3 添加风险点(sink点)

此处实际是RIPS的一个误报,RIPS将$_GET()作为可变函数名对待,如果函数名可变那么就可以将该函数名赋值为eval,从而造成代码执行的漏洞,sink点的添加也是在scan_parameter()中进行。由于此处是$_GET(),显然此函数包含在source函数中,因此使用scan_parameter()函数其返回值肯定为true,那么在函数内部将会触发如下代码块的执行。

if($this->in_function && !$return_scan)
        {
                $this->addtriggerfunction($mainparent);
        }

触发后主要执行的函数是addtriggerfunction(),该函数的作用主要是向$GLOBALS变量中添加该函数。

$GLOBALS['user_functions'][$this->file_name][$this->function_obj->name][0][0] = 0;
        // no securings                                
        $GLOBALS['user_functions'][$this->file_name][$this->function_obj->name][1] = array();
        // doesnt matter if called with userinput or not
        $GLOBALS['user_functions'][$this->file_name][$this->function_obj->name][3] = true;

最后在包含文件扫描结束时,即token=”}”,此处是第17个token,将被全局变量合并到scan_functions中,即添加到sink点。

if(isset($GLOBALS['user_functions'][$this->file_name]))
        {
                $this->scan_functions = array_merge($this->scan_functions, $GLOBALS['user_functions'][$this->file_name]);
        }

2.2.4 命令执行(shell_exec)漏洞

这个漏洞是本代码中实际包含的一个漏洞,在上面各种准备工作完成后,来看一下这个实际漏洞的扫描流程;当token为shell_exec时,由于该函数是一个危险函数,即包含在sink点,那么分析将直接跳转到TAINT ANALYSIS中进行。同2.2.2类似,会跳转到scan_parameter()函数中对函数的参数进行分析,确定该参数是否是用户可控制的,即包含在source点内。该函数的参数是变量$command,该参数是一个自定义变量,RIPS对于自定义变量会进行自动扫描并通过函数variable_add()添加到var_declares_local、var_declares_global两个变量中的一个。

下面先对variable_add()函数进行简单介绍,当遍历到tokens[24],$command的赋值操作时,会触发该函数的执行。该函数调用形式如下,其中比较关键的是第二个参数,调用Analyzer::getBraceEnd()静态方法,获取该变量声明的所有token,此处$command的token的序列号为24-30,将这些tokens存储到一个数组中,最后将该变量的相关信息存入var_declares_global数组中。这样就完成了对一个文件中的全局遍历的发现及存储。

$this->variable_add(
                $token_value, 
                array_slice($this->tokens, $i-$c, $c+Analyzer::getBraceEnd($this->tokens, $i)), 
                '', 
                0, 0, 
                $line_nr, 
                $i, 
                isset($this->tokens[$i][3]) ? $this->tokens[$i][3] : array()
        );

由于存储了该变量的tokens信息,那么对于自定义变量的分析,就转变成了对该变量的tokens的分析,遍历该变量的tokens,如果该token来自用户可控制的输入,即sorce点数据源,那么表明自定义变量的也是可控的,此处的source点就是自添加的函数para(),这样就存在一个用户可控制的数据源(source)流向危险函数(sink),形成了一个漏洞触发的完整路径。

for($i=$var_declare->tokenscanstart; $i<$var_declare->tokenscanstop; $i++)
                { ...
                        else if( in_array($tokens[$i][1], $this->source_functions) )
                                {
                                        $userinput = true;
                                        $var_trace->marker = 4;
                                        $mainparent->title = 'Userinput returned by function <i>'.$tokens[$i][1].'()</i> reaches sensitive sink.';

3、结语

上面对于RIPS的源码进行了简单的分析,从中可以看出,其工作的流程大致为遍历token,发现sink点,然后对sink点的参数使用scan_parameter进行后向追踪,如果这个参数是用户可控制的参数,及包含在source点中,那么就存在一条从source到sink的联通路径,及存在一条漏洞触发的路径,则认为是一个风险点。

 

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