RASP技術(shù)在關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施防護(hù)中的局限性分析

王奕鈞

(公安部第一研究所信息安全部 北京 100048)

(wangyj@gov110.cn)

隨著近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)安全工作的持續(xù)推進(jìn)，公安部相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)已經(jīng)多次在全國(guó)性的安全大會(huì)上強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)和關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)已經(jīng)進(jìn)入了轉(zhuǎn)型期，提出了“三化六防”新思想，即以“實(shí)戰(zhàn)化、體系化、常態(tài)化”為新理念，以“動(dòng)態(tài)防御、主動(dòng)防御、縱深防御、精準(zhǔn)防護(hù)、整體防護(hù)、聯(lián)防聯(lián)控”為新舉措，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)安全綜合防控體系，深入推進(jìn)等保和關(guān)保的積極實(shí)踐.傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系多依賴于網(wǎng)絡(luò)層的防火墻、IDS/IPS、WAF、流量清洗等設(shè)備，出于降低對(duì)業(yè)務(wù)影響和便于業(yè)務(wù)部署的考慮，在服務(wù)器上幾乎不安裝防護(hù)軟件，或僅安裝威脅監(jiān)測(cè)類的軟件.而在2012年，Gartner引入了RASP[1](runtime application self-protection)一詞，RASP屬于一種新型應(yīng)用安全保護(hù)技術(shù)，它將防護(hù)功能“注入”到應(yīng)用程序中，與應(yīng)用程序融為一體，使應(yīng)用程序具備自我防護(hù)能力，當(dāng)應(yīng)用程序遭受到實(shí)際攻擊傷害時(shí)能實(shí)時(shí)檢測(cè)和阻斷安全攻擊，而不影響業(yè)務(wù)正常運(yùn)行.

1 RASP技術(shù)介紹

RSAP技術(shù)是將防護(hù)模塊自身注入到應(yīng)用程序中，與應(yīng)用程序融為一體，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，阻斷攻擊，使程序自身?yè)碛凶员Ｗo(hù)的能力[2].并且應(yīng)用程序無(wú)需在編碼時(shí)進(jìn)行任何修改，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的配置即可.RASP技術(shù)原理示意圖如圖1所示：

圖1 RASP技術(shù)原理示意圖

相較于在網(wǎng)絡(luò)層部署設(shè)備的檢測(cè)方式，由于RASP技術(shù)將防護(hù)模塊注入到進(jìn)程中，所以RASP技術(shù)有如下特點(diǎn)：

1) 運(yùn)行在應(yīng)用程序內(nèi)部，應(yīng)用代碼無(wú)感知；

2) 檢測(cè)點(diǎn)位于應(yīng)用程序的輸入輸出位置；

3) 輸入點(diǎn)包括用戶請(qǐng)求、文件輸入等；

4) 輸出點(diǎn)包括數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)等.

由此可見，相對(duì)于部署在網(wǎng)絡(luò)層的防護(hù)手段，RASP技術(shù)更貼近網(wǎng)絡(luò)攻擊最后的落腳點(diǎn)，也就是有價(jià)值的數(shù)據(jù)、文件等.只要RASP技術(shù)使用的檢測(cè)點(diǎn)選取合理，就可以獲取到已經(jīng)解碼過(guò)的真實(shí)攻擊負(fù)載，可以減少由于防護(hù)規(guī)則不完善導(dǎo)致的漏報(bào).以網(wǎng)絡(luò)層防護(hù)設(shè)備中比較有代表性的WAF為例[3]，RASP技術(shù)與WAF設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示：

表1 RASP技術(shù)與WAF設(shè)備特點(diǎn)對(duì)比表

由于RASP技術(shù)將防護(hù)模塊注入到進(jìn)程中，與應(yīng)用融為一體，可以獲取到應(yīng)用運(yùn)行時(shí)的上下文，根據(jù)運(yùn)行時(shí)上下文或者監(jiān)控到的敏感操作，對(duì)攻擊進(jìn)行精準(zhǔn)的識(shí)別或攔截，因此RASP可在如下安全場(chǎng)景中發(fā)揮更大的作用：

1) 基于規(guī)則的漏洞攻擊檢測(cè).

通過(guò)RASP實(shí)時(shí)采集Web應(yīng)用的高風(fēng)險(xiǎn)行為、hook漏洞相關(guān)的函數(shù)，如檢測(cè)SQL注入可hook mysqli_query、檢測(cè)命令注入可hook system/exec、檢測(cè)文件上傳漏洞可hook move_uploaded_file、檢測(cè)xss漏洞可hook echo/print，hook成功后當(dāng)相關(guān)函數(shù)被調(diào)用時(shí)，RASP探針可對(duì)函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行規(guī)則匹配，判斷是否存在漏洞攻擊.以SQL注入、文件上傳漏洞舉例：

① SQL注入.比如在請(qǐng)求中檢測(cè)到進(jìn)程使用了union select即可以判斷此請(qǐng)求存在惡意行為；

② 文件上傳漏洞[4].以move_uploaded_file為例，move_uploaded_file(string filename, string destination)，第1個(gè)參數(shù)為上傳文件，如果檢測(cè)到上傳了1個(gè)動(dòng)態(tài)PHP腳本后綴文件即判斷存在上傳漏洞.

2) Webshell檢測(cè).

Webshell文件是特殊的cgi文件，有文件操作、命令執(zhí)行等管理功能.RASP探針可以采集進(jìn)程中的數(shù)據(jù)或行為進(jìn)行規(guī)則匹配或者行為統(tǒng)計(jì)分析，從而發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求中是否包含Webshell的代碼特征或進(jìn)程行為.并且RASP探針監(jiān)測(cè)的位置可以設(shè)置在代碼混淆、解密之后，因此，RASP對(duì)于Webshell的監(jiān)測(cè)具有不容易被繞過(guò)、特征庫(kù)小的優(yōu)點(diǎn).

3) 基于污點(diǎn)追蹤的漏洞檢測(cè).

污點(diǎn)追蹤原理[5]借用了PHP變量結(jié)構(gòu)體預(yù)留的一個(gè)標(biāo)記位,通過(guò)追蹤外部可控制的輸入變量(如GET,_POST,REQUEST,REQUEST,_COOKIE等)是否未經(jīng)安全處理進(jìn)入危險(xiǎn)函數(shù)執(zhí)行，危險(xiǎn)函數(shù)包括各種可能導(dǎo)致漏洞的函數(shù)，如命令注入時(shí)經(jīng)常利用的函數(shù)system/exec，xss攻擊經(jīng)常利用的echo/print等.

2 RASP技術(shù)局限性分析

雖然RASP技術(shù)對(duì)于漏洞檢測(cè)、Webshell檢測(cè)具有檢測(cè)機(jī)制上的優(yōu)勢(shì)，但使用RASP技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)也不是萬(wàn)無(wú)一失的解決方案.下面將以PHP探針為例對(duì)RASP技術(shù)局限性進(jìn)行分析，RASP PHP探針通常會(huì)以PHP解釋器擴(kuò)展的形式被加載，運(yùn)行在PHP解釋器層面，RASP PHP探針運(yùn)行的層級(jí)如圖2所示：

圖2 RASP運(yùn)行層級(jí)示意圖

由圖2可見RASP同級(jí)或者在其層級(jí)之下的操作，其監(jiān)控基本上是失效的，這包括與PHP RASP同一級(jí)的其他擴(kuò)展、PHP解釋器之外的進(jìn)程以及通過(guò)GLIBC的操作.主要繞過(guò)RASP監(jiān)測(cè)的手段如下：

1) 函數(shù)監(jiān)控不全.

PHP支持的函數(shù)多種多樣，RASP探針不可能監(jiān)控所有函數(shù)的調(diào)用，通常RASP 會(huì)監(jiān)控常用的命令執(zhí)行函數(shù):system()，exec()，shell_exec()，passthru()，popen()，proc_open()，pcntl_exec()，‘單引號(hào)執(zhí)行’等，這就給攻擊者繞過(guò)監(jiān)控提供了可能，例如利用Windows中COM組件完成對(duì)RASP監(jiān)控的繞過(guò)，示例代碼如圖3所示：

圖3 COM組件利用源代碼示例

2) 函數(shù)參數(shù)混淆.

RASP檢測(cè)基于函數(shù)和參數(shù)作安全策略，可以對(duì)參數(shù)作變形繞過(guò)檢測(cè)，例如用來(lái)執(zhí)行命令的函數(shù)system. RASP為了降低誤報(bào)率，需要結(jié)合函數(shù)與參數(shù)聯(lián)合判斷，函數(shù)system底層原理是執(zhí)行sh -c“函數(shù)參數(shù)”，因此通過(guò)命令混淆的方式，可以將RASP動(dòng)態(tài)檢測(cè)轉(zhuǎn)化為對(duì)函數(shù)參數(shù)的靜態(tài)檢測(cè)，從而繞過(guò)RASP監(jiān)測(cè)，尤其是存在命令注入漏洞的場(chǎng)景中，使用函數(shù)混淆的方式繞過(guò)RASP監(jiān)控的成功率更高.示例代碼如圖4所示：

圖4 參數(shù)混淆利用源代碼示例

3) loader型函數(shù).

loader型函數(shù)可以在執(zhí)行函數(shù)本身的過(guò)程中把其中的參數(shù)按函數(shù)執(zhí)行的方式加載.因此在改變函數(shù)調(diào)用的條件下，通過(guò)構(gòu)造惡意參數(shù)，把函數(shù)參數(shù)巧妙地轉(zhuǎn)義成payload即可實(shí)現(xiàn)攻擊，并繞過(guò)RASP的監(jiān)測(cè).

例如函數(shù)imap_open(string mailbox, string username, string password, int [flags])的第1個(gè)參數(shù)mailbox用來(lái)傳遞郵件服務(wù)器的位置信息，但在建立ssh連接時(shí)可利用 代替空格，對(duì)參數(shù)-o ProxyCommand進(jìn)行命令拼接，從而調(diào)用系統(tǒng)shell執(zhí)行命令.示例代碼如圖5所示：

圖5 imap_open函數(shù)利用源代碼示例

除了函數(shù)imap_open，還有函數(shù)mail(to,subject,message,headers,parameters)的第5個(gè)參數(shù)parameters，可以用來(lái)設(shè)置命令行并傳遞給發(fā)送郵件時(shí)使用的程序.函數(shù)mail()的底層原理是調(diào)用sendmail程序, sendmail的參數(shù)-be支持運(yùn)行擴(kuò)展模式，可以對(duì)指定字符串?dāng)U展格式進(jìn)行解析.示例代碼如圖6所示：

圖6 函數(shù)mail利用源代碼示例

4) LD_PRELOAD.

LD_PRELOAD是Linux中比較特殊的環(huán)境變量，它允許用戶指定在程序運(yùn)行前優(yōu)先加載指定的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù).在PHP中，可使用函數(shù)putenv()設(shè)置LD_PRELOAD環(huán)境變量來(lái)加載指定的so文件，因此劫持so文件中包含的自定義函數(shù)就可以達(dá)到執(zhí)行惡意命令的目的.

函數(shù)mail(),error_log(),ImageMagick()經(jīng)常被攻擊者利用，用于觸發(fā)已劫持的so文件，原因是這類函數(shù)在運(yùn)行時(shí)能夠啟動(dòng)子進(jìn)程，便于預(yù)先加載已被重新設(shè)置的環(huán)境變量，從而劫持子進(jìn)程所調(diào)用的庫(kù)函數(shù).

以函數(shù)mail()為例：函數(shù)mail()在運(yùn)行時(shí)，會(huì)啟動(dòng)子進(jìn)程來(lái)調(diào)用系統(tǒng)的函數(shù)sendmail()，函數(shù)sendmail()又繼續(xù)引用函數(shù)getgid().那么就可以通過(guò)重寫函數(shù)getgid()，并編譯為so文件,其中假如代碼執(zhí)行了whoami命令，示例代碼如圖7所示：

圖7 LD_PRELOAD payload源代碼示例

在利用過(guò)程中，通過(guò)設(shè)置LD_PRELOAD環(huán)境變量引入自定義的so庫(kù).由于真正的惡意代碼運(yùn)行在PHP之外的進(jìn)程，自然避過(guò)了RASP監(jiān)控.示例代碼如圖8所示：

圖8 LD_PRELOAD利用源代碼示例

5) htaccess和mod_cgi.

在apache的Web環(huán)境中，我們經(jīng)常會(huì)使用.htaccess這個(gè)文件來(lái)確定某個(gè)目錄下的URL重寫規(guī)則，如果.htaccess文件被攻擊者修改，攻擊者就可以利用apache的mod_cgi模塊，直接繞過(guò)PHP來(lái)執(zhí)行系統(tǒng)命令.利用這種攻擊方法需要滿足4個(gè)條件:

① apache環(huán)境；

② mod_cgi為啟用狀態(tài)；

③ 允許.htaccess文件，即在httpd.conf中，AllowOverride選項(xiàng)為All，而不是none；

④ 有權(quán)限寫.htaccess文件.

例如，.htaccess文件的內(nèi)容如圖9所示：

圖9 htaccess利用源代碼示例

如果想讀取Linux的密碼文件，構(gòu)造如下cgi-script.tt文件內(nèi)容即可，如圖10所示：

圖10 htaccess payload源代碼示例

6) PHP-FPM.

PHP-FPM是一個(gè)FastCGI協(xié)議解析器，默認(rèn)監(jiān)聽在9000端口.PHP-fpm由于未授權(quán)訪問(wèn)的設(shè)計(jì)缺陷，它沒有相應(yīng)的訪問(wèn)驗(yàn)證，因此可以自行構(gòu)造FastCGI協(xié)議，與PHP-fpm進(jìn)行通信，使其動(dòng)態(tài)加載上傳的惡意PHP擴(kuò)展.

FastCGI協(xié)議由多個(gè)record組成，和HTTP協(xié)議類似，也有header和body，但是和HTTP頭不同，record頭的長(zhǎng)度固定為8 B，body是由頭中的contentLength指定，其結(jié)構(gòu)如圖11所示：

圖11 FastCGI結(jié)構(gòu)體源代碼示例

在傳入的FastCGI協(xié)議數(shù)據(jù)包中，設(shè)置type=4，就可以給PHP-fpm傳遞環(huán)境參數(shù)，通過(guò)FastCGI協(xié)議指揮PHP-fpm加載自定義的擴(kuò)展，這里涉及到PHP_VALUE和PHP_ADMIN_VALUE這2個(gè)環(huán)境變量，這2個(gè)環(huán)境變量用來(lái)設(shè)置PHP配置項(xiàng)，PHP_VALUE可以設(shè)置模式為PHP_INI_USER和PHP_INI_ALL的選項(xiàng)，PHP_ADMIN_VALUE可以設(shè)置所有選項(xiàng).我們只要發(fā)送如下類似的請(qǐng)求就可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展的自動(dòng)加載.示例代碼如圖12所示：

圖12 FastCGI利用源代碼示例

7) C接口.

FFI(foreign function interface)是PHP 7.4新加入的功能，即外部函數(shù)接口，允許從共享庫(kù)中調(diào)用C代碼，導(dǎo)致PHP直接加載外部的函數(shù).例如利用FFI查看Linux的密碼文件，示例代碼如圖13所示：

圖13 C接口利用源代碼示例

8) 已知漏洞.

PHP某些版本存在釋放重引用漏洞，比如GC UAF,Json Serializer UAF,Backtrace UAF等，PHP函數(shù)的底層調(diào)用都要通過(guò)CG(function_table)獲取所調(diào)用函數(shù)的handler.無(wú)論RASP是hook opcode還是hook function，本質(zhì)上都沒有從內(nèi)存中刪除所調(diào)用的函數(shù)，只是改變了函數(shù)執(zhí)行的走向，指向了我們自定義的函數(shù).因此，攻擊者可以通過(guò)上述漏洞找到內(nèi)存中對(duì)應(yīng)的函數(shù)地址，將其封裝為閉包實(shí)現(xiàn)調(diào)用，從而完成對(duì)RASP的繞過(guò).以函數(shù)system為例，繞過(guò)原理簡(jiǎn)單總結(jié)如圖14所示.

圖14 漏洞繞過(guò)原理示意圖

對(duì)于正常的PHP文件system(“whoami”)而言，由于PHP RASP將函數(shù)function_table指向從原來(lái)的內(nèi)置函數(shù)zif_system改為自定義的監(jiān)控函數(shù)fake_system，導(dǎo)致命令執(zhí)行在RASP的控制之下.而通過(guò)上述漏洞的方式，可以在內(nèi)存中直接找到函數(shù)zif_system地址，找到地址后，通過(guò)偽造閉包對(duì)象，將對(duì)象中的函數(shù)handler指向該地址，實(shí)現(xiàn)對(duì)函數(shù)zif_system的調(diào)用，從而繞過(guò)RASP監(jiān)控.

9) GOT表劫持.

在Linux系統(tǒng)中，procfs文件系統(tǒng)是個(gè)特殊的存在，對(duì)應(yīng)的是/proc目錄，PHP可以通過(guò)/proc目錄讀寫自己所在進(jìn)程的內(nèi)存，將非敏感函數(shù)地址替換成glibc中的system地址，從而執(zhí)行命令，這個(gè)過(guò)程就是GOT表劫持.

例如，如果能將函數(shù)open地址換成system地址，那么便可以將fopen打開文件的命令，最終變成glibc調(diào)用system執(zhí)行命令.GOT表劫持需滿足3個(gè)條件：

① Linux內(nèi)核版本≥2.98);

② 基于www權(quán)限的PHP-fpm/PHP-cgi work進(jìn)程必須有權(quán)限讀寫/proc/self/目錄;

③ open_basedir=off(或者能繞過(guò)open_basedir讀寫 /lib/ 和/proc/).

下面以system替換函數(shù)open為例，簡(jiǎn)單描述劫持GOT表的步驟：

1) 讀取/proc/self/maps,找到PHP與glibc在內(nèi)存中的基地址;

2) 解析/proc/self/exe,找到PHP文件中open@plt的偏移，解析libc.so,找到函數(shù)system的偏移地址;

3) 解析/proc/self/mem定位open@plt對(duì)應(yīng)open@got的地址，以及l(fā)ibc.so中函數(shù)system的內(nèi)存地址;

4) 將函數(shù)system的內(nèi)存地址寫入到open@got里;

5) 主動(dòng)調(diào)用fopen(“/bin/whoami”),即相當(dāng)于調(diào)用system(“/bin/whoami”).

3 RASP技術(shù)局限的解決方案

由上述分析可知，RASP技術(shù)的局限性的根源來(lái)自于無(wú)法hook所有的函數(shù)調(diào)用，黑客可以通過(guò)偽裝、混淆、再調(diào)用的方式繞過(guò)RASP的檢測(cè)，那么回到關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施防護(hù)的本質(zhì)，就是數(shù)據(jù)和文件不能被竊取和篡改，所以可以引入對(duì)進(jìn)程行為可信認(rèn)證的方式進(jìn)行零信任防護(hù)[6]，通過(guò)RASP探針結(jié)合污點(diǎn)追蹤機(jī)制，首先需要增加一個(gè)操作系統(tǒng)底層驅(qū)動(dòng)用來(lái)監(jiān)控進(jìn)程的行為，其次對(duì)標(biāo)識(shí)出需要保護(hù)的文件或命令，然后在RASP探針監(jiān)測(cè)到申請(qǐng)?jiān)L問(wèn)以上文件或執(zhí)行以上命令時(shí)通知操作系統(tǒng)底層驅(qū)動(dòng)放行對(duì)文件或命令的攔截.如果操作系統(tǒng)的底層驅(qū)動(dòng)在沒有RASP探針通知的情況下發(fā)現(xiàn)有進(jìn)程要訪問(wèn)受保護(hù)的文件或命令，那么就攔截這些操作并報(bào)警.通過(guò)在操作系統(tǒng)不同部位對(duì)應(yīng)用的行為進(jìn)行聯(lián)合判斷，通過(guò)標(biāo)記信任的數(shù)據(jù)源監(jiān)測(cè)整個(gè)數(shù)據(jù)鏈路，從而杜絕繞過(guò)RASP監(jiān)測(cè)的可能性.具體流程如圖15所示.

圖15 引入零信任機(jī)制的RASP監(jiān)測(cè)流程圖

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施“三化六防”的防護(hù)要求中強(qiáng)調(diào)實(shí)戰(zhàn)化、體系化、常態(tài)化的防護(hù)思路，以及動(dòng)態(tài)防御、主動(dòng)防御、縱深防御、精準(zhǔn)防護(hù)、整體防控、聯(lián)防聯(lián)控的防護(hù)措施[7]，近年來(lái)新興起的RASP技術(shù)作為落實(shí)主動(dòng)防御、縱深防御、精準(zhǔn)防護(hù)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)手段，一直被業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注.隨著更多的廠商在自己的產(chǎn)品線中加入了該技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐，越來(lái)越多的攻擊者開始研究繞過(guò)RASP技術(shù)監(jiān)測(cè)的辦法.而在通過(guò)引入零信任的進(jìn)程行為判斷后，利用RASP技術(shù)與文件監(jiān)控技術(shù)聯(lián)合捕捉惡意進(jìn)程行為，并對(duì)其進(jìn)行攔截阻斷，可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行有效防護(hù).本文給出了引入零信任機(jī)制的RASP監(jiān)測(cè)防護(hù)方法，但在效率和性能上還有很大的研究空間，這是下一步關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施防護(hù)研究工作的重點(diǎn).