浅谈从PHP内核层面防范PHP WebShell
By 咖啡(k4kup8_0x4154_gmail.com)
[目录]
1. 简述
2. php的执行流程
3. php的生命周期
4. php源代码分析以及功能性代码的实现
5. 总结
6. 参考资料
一、简述
依据php特定运行环境、php某些特定函数缺陷、php普通函数可以实现变化多端的php
webshell，php版本的scanwebshell也不是太给力。php webshell功能最大化就是实现文件、
目录、命令、数据库等操作，这些都是基于php代码实现的。把相关功能化的php函数运行参
数提取出来，然后做一个判断，这样就能从本质上防范php webshell，在php这个层面实现
其安全的最大化。这里介绍下通过编写php扩展来实现这个思路，当然需要的话也可以重新
编译php源代码来实现。
首先我们了解下php的执行流程、php生命周期，接下来通过分析具体函数的php源代码
来实现功能性代码。
二、php的执行流程
2.1 scanner
将PHP代码转换为Tokens，详见代码Zend/zend_language_scanner.l。
2.2 parser
将Tokens转换成表达式，详见代码Zend/zend_language_parser.y。
2.3 compile
将表达式编译成opcode。opcode存放在op_array中。
2.4 execute
Zend Engine调用zend_execute来执行op_array，输出结果。
三、php的生命周期
3.1 STARTUP
1、初始化引擎和核心组件。
2、解析php.ini。
3、初始化静态构建的模块(MINIT)。
4、初始化共享模块(MINIT)。
3.2 ACTIVATION
1、初始化环境变量、变量。
2、激活静态构建的模块(RINIT) 。
3、激活共享模块(RINIT) 。
3.3 RUNTIME
1、编译和执行php.ini中auto_prepend_file选项指定的文件。
2、编译和执行所请求的文件。
3、编译和执行php.ini中auto_append_file选项指定的文件。
3.4 DEACTIVATION
1、调用用户指定的退出函数。
2、销毁对象实例。
3、停用模块(RSHUTDOWN)。
4、清空输出。
5、清理环境。
6、释放剩余的非持久内存。
3.5 SHUTDOWN
1、关闭启动的全部模块(MSHUTDOWN)。
2、关闭引擎。
四、php源代码分析以及功能性代码的实现
php函数分为两种：一种是Zend的函数，这类函数数量比较少，比如eval函数。第二种
是由PHP_FUNCTION宏编写的，这类函数数量比较多，比如system函数。实现对两类函数在提
取运行时的参数的方式也不相同，比如处理eval函数用重写zend_compile_string的方式，
而处理system函数则对HashTable操作。下边就以eval函数和system函数为例进行分析、代
码实现。
4.1 eval函数代码分析与代码实现
首先我们看php源代码中eval函数是如何实现的，部分代码如下：
// PHPSRC/Zend/zend_vm_def.h
if (inc_filename->type!=IS_STRING) {
tmp_inc_filename = *inc_filename;
zval_copy_ctor(&tmp_inc_filename);
convert_to_string(&tmp_inc_filename);
inc_filename = &tmp_inc_filename;
}
case ZEND_EVAL: {
/* 调用zend_make_compiled_string_description函数 */
char *eval_desc = zend_make_compiled_string_description("eval()"d code" TSRMLS_CC);
/* 调用zend_compile_string函数 */
new_op_array = zend_compile_string(inc_filename, eval_desc TSRMLS_CC);
efree(eval_desc);
}
/* 执行op_array */
zend_execute(new_op_array TSRMLS_CC);
//PHPSRC/Zend/zend.c
#define COMPILED_STRING_DESCRIPTION_FORMAT "%s(%d) : %s"
ZEND_API char *zend_make_compiled_string_description(char *name TSRMLS_DC)
{
zend_spprintf(&compiled_string_description, 0, COMPILED_STRING_DESCRIPTION_FORMAT, cur_filename, cur_lineno, name);
return compiled_string_description; //返回值包含"eval()"d code"字符串
}
//PHPSRC/Zend/zend_compile.c
ZEND_API zend_op_array *(*zend_compile_string)(zval *source_string, char *filename TSRMLS_DC);
zend_compile_string一个函数指针。下边看下引擎初始化的时候对zend_compile_string的操作。
int zend_startup(zend_utility_functions *utility_functions, char **extensions, int start_builtin_functions)
{
zend_compile_string = compile_string; //对zend_compile_string函数的地址赋值
只要检查op_array中是否含有”eval()”d code”字符串，就能判断是否是在执行eval函数。
在引擎初始化的时候，默认会将compile_string函数的地址赋值给zend_compile_string，
compile_string函数则返回一个指向zend_op_array的指针。如果能在php代码编译之前对
zend_compile_string进行重写，那么就能达到劫持的目的。根据php的生命周期，对
zend_compile_string进行重写应该放在STARTUP或者ACTIVATION这两个阶段，而编写php扩
展所使用到的PHP_MINIT_FUNCTION和PHP_RINIT_FUNCTION宏就分别处在STARTUP和ACTIVATION
这个两个阶段，这是为什么呢？我们先看下php.h代码中对PHP_MINIT_FUNCTION宏的定义。
#define PHP_MINIT_FUNCTION ZEND_MODULE_STARTUP_D
//ZEND_MODULE_STARTUP_D定义在zend_API.h
#define ZEND_MODULE_STARTUP_D(module) int ZEND_MODULE_STARTUP_N(module)(INIT_FUNC_ARGS)
//ZEND_MODULE_STARTUP_N定义在zend_API.h
#define ZEND_MODULE_STARTUP_N(module) zm_startup_##module
//INIT_FUNC_ARGS定义在zend_modules.h
#define INIT_FUNC_ARGS int type, int module_number TSRMLS_DC
-------------------------------------------------------------------------------
PHP_MINIT_FUNCTION(module)的原型就是：
--code-------------------------------------------------------------------------
zm_startup_module(int type, int module_number TSRMLS_DC)
-------------------------------------------------------------------------------
同样的PHP_RINIT_FUNCTION(module)的原型为:
--code-------------------------------------------------------------------------
zm_activate_module(int type, int module_number TSRMLS_DC)
-------------------------------------------------------------------------------
关于对eval函数运行参数截取分析的实现代码如下：
#define OVECCOUNT 30
/* 具体正则表达式要按照具体的需求来写，下面正则仅为测试用 */
#define eval_regex_value "(((chr\\(\\d*?\\)|base64_decode\\(|eval|gzinflate\\(|system|shell_exec|popen|pclose|proc_close|proc_get_status|proc_nice|proc_terminate|exec|passthru|show_source|escapeshellcmd|escapeshellarg system|shell_exec|popen|pclose|proc_open|proc_close|proc_get_status|proc_nice|proc_terminate|exec|passthru|show_source|escapeshellcmd|escapeshellarg)\\([{}"$\\w\\s]*?\\));).*?"
static zend_op_array* (*old_compile_string)(zval *source_string, char *filename TSRMLS_DC);
static zend_op_array* safe_compile_string(zval *source_string, char *filename TSRMLS_DC);
PHP_RINIT_FUNCTION(safe) //PHP_MINIT_FUNCTION(safe)也可
{
safe_hook_execute();
return SUCCESS;
}
PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION(safe) //PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION(safe)也可
{
safe_unhook_execute();
return SUCCESS;
}
int matchpattern(char *src, char *pattern, int i) //正则匹配函数
{
pcre *re;
const char *error;
int erroffset;
int ovector[OVECCOUNT];
int rc;
char *substring_start;
int substring_length;
TSRMLS_FETCH();
re = pcre_compile(pattern, PCRE_CASELESS|PCRE_DOTALL, &error, &erroffset, NULL);
if(re == NULL) {
//printf("PCRE compilation failed at offset %d: %s\n", erroffset, error);
return 1;
}
rc = pcre_exec(re, NULL, src, strlen(src), 0, 0, ovector, OVECCOUNT);
if(rc >= 0) {
substring_start = src + ovector[2*i];
substring_length = ovector[2*i+1] - ovector[2*i];
printf("Match_result: %.*s\n", substring_length, substring_start);
printf("Filename : %-40s\n", zend_get_executed_filename(TSRMLS_C));
printf("Line : %-50i\n", zend_get_executed_lineno(TSRMLS_C));
}
free(re);
return rc;
}
static zend_op_array *safe_compile_string(zval *source_string, char *filename TSRMLS_DC)
{
char *eval_strings;
int x;
zend_op_array *op_array;
op_array = old_compile_string(source_string, filename TSRMLS_CC);
/* 过滤非eval函数 */
if(!strstr(op_array->filename, "eval()"d code")) {
return old_compile_string(source_string, filename TSRMLS_CC);
}
/* 将source_string字符串赋值给eval_strings */
eval_strings = estrndup(Z_STRVAL_P(source_string), Z_STRLEN_P(source_string));
printf("%s","\n");
printf("Function : %-40s\n", "eval");
x = matchpattern(eval_strings, eval_regex_value, 1);
if (x < 0)
{
return old_compile_string(source_string, filename TSRMLS_CC);
}
else if(x >= 0)
return FALSE;
}
int safe_hook_execute()
{
old_compile_string = zend_compile_string;
zend_compile_string = safe_compile_string;
system_hook_system(); //对应后边对system函数的操作
return TRUE;
}
int safe_unhook_execute()
{
zend_compile_string = old_compile_string;
return TRUE;
}
4.2 system函数代码分析与代码实现
首先我们看php源代码中system函数是如何实现的，部分代码如下：
//PHPSRC\ext\standard\exec.c
PHP_FUNCTION(system)
{
/* 调用php_exec_ex函数 */
php_exec_ex(INTERNAL_FUNCTION_PARAM_PASSTHRU, 1);
}
static void php_exec_ex(INTERNAL_FUNCTION_PARAMETERS, int mode)
{
char *cmd;
if (!ret_array) {
/* 调用php_exec函数 */
ret = php_exec(mode, cmd, NULL, return_value TSRMLS_CC);
} else {
if (Z_TYPE_P(ret_array) != IS_ARRAY) {
zval_dtor(ret_array);
array_init(ret_array);
}
ret = php_exec(2, cmd, ret_array, return_value TSRMLS_CC);
接下来看php_exec函数的定义。
int php_exec(int type, char *cmd, zval *array, zval *return_value TSRMLS_DC)
{
char *cmd_p, *b, *c, *d=NULL;
if (PG(safe_mode)) {
cmd_p = php_escape_shell_cmd(d);
efree(d);
d = cmd_p;
} else {
cmd_p = cmd;
#ifdef PHP_WIN32
fp = VCWD_POPEN(cmd_p, "rb"); //调用VCWD_POPEN函数
接下来看VCWD_POPEN函数的定义。
//TSRM\tsrm_virtual_cwd.c
#ifdef TSRM_WIN32 //以windows平台为例
CWD_API FILE *virtual_popen(const char *command, const char *type TSRMLS_DC)
{
return popen_ex(command, type, CWDG(cwd).cwd, NULL);//调用popen_ex函数
}
接下来看popen_ex函数的定义。
//TSRM\tsrm_win32.c
TSRM_API FILE *popen_ex(const char *command, const char *type, const char *cwd, char *env)
{
char *cmd;
cmd = (char*)malloc(strlen(command)+strlen(TWG(comspec))+sizeof(" /c "));
sprintf(cmd, "%s /c %s", TWG(comspec), command);
if (!CreateProcess(NULL, cmd, &security, &security, security.bInheritHandle, NORMAL_PRIORITY_CLASS|CREATE_NO_WINDOW, env, cwd, &startup, &process)) {
return NULL;
}
free(cmd);
上边是system函数执行的参数传递的过程，在这个过程中如果可以截取函数执行的参数
的话，就可以分析参数是否包含危险的关键字。为了方便编写扩展程序，我们直接在exec.c
中php_exec函数中添加截取代码，也就是在php_exec_ex函数调用php_exec函数之前的位置。
添加如下代码即可获取执行的参数：
–code————————————————————————-
x = matchpattern(cmd, system_regex_value, 0);//调用正则函数进行判断
if(x >= 0) RETURN_FALSE;
——————————————————————————-
下边我们分析怎么实现对system函数的重写，这里主要参照main.c文件中实现php.ini
中disable_functions功能的php_disable_functions函数，它调用了zend_disable_function。
ZEND_API int zend_disable_function(char *function_name, uint function_name_length TSRMLS_DC)
{
if (zend_hash_del(CG(function_table), function_name, function_name_length+1)==FAILURE) {
return FAILURE;
}
disabled_function[0].fname = function_name;
return zend_register_functions(NULL, disabled_function, CG(function_table), MODULE_PERSISTENT TSRMLS_CC);
}
同样我们可以用zend_hash_del函数将system从function_table中删除，然后注册新的
zend函数，以达到对system函数劫持的目的。
system作为一个执行系统命令的函数，在这里进行了禁用操作，没有使用正则处理函数
进行参数的检查，当然也可以根据具体的需求进行具体的操作。
实现代码如下：
/* 声明导出函数 */
PHP_FUNCTION(system1)
{
printf("%s","\n");
printf("Function : %-40s\n", "system");
printf("Filename : %-40s\n", zend_get_executed_filename(TSRMLS_C));
printf("Line : %-50i\n", zend_get_executed_lineno(TSRMLS_C));
printf("%s","system function is disabled.");
}
/* 声明 Zend 函数块 */
zend_function_entry hook_system_functions[] = {
PHP_FALIAS(system, system1, NULL) // 创建system别名
{NULL, NULL, NULL}
};
/* 创建system hook函数 */
int safe_hook_system()
{
TSRMLS_FETCH();
/* 删除function_table中的system函数 */
zend_hash_del(CG(function_table), "system", sizeof("system"));
/* 注册新zend函数 */
#ifndef ZEND_ENGINE_2
zend_register_functions(hook_system_functions, NULL, MODULE_PERSISTENT TSRMLS_CC);
#else
zend_register_functions(NULL, hook_system_functions, NULL, MODULE_PERSISTENT TSRMLS_CC);
#endif
return 0;
}
4.3 demo运行效果
4.3.1 加载php扩展
——————————————————————————-
C:\phpext>type php.ini | findstr “^extension=”
extension=php_safe.dll
C:\phpext>php 3.php
Function : system
Filename : C:\phpext\3.php
Line : 3
system function is disabled.
Function : eval
Match_result: exec(“ver”);
Filename : C:\phpext\3.php
Line : 9
——————————————————————————-
4.3.2 不加载php扩展
——————————————————————————-
C:\phpext>type php.ini | findstr “^extension=”
C:\phpext>php 3.php
Microsoft Windows XP [版本 5.1.2600]
——————————————————————————-
五、总结
实现php webshell的功能性函数众多，我们做到控制关键性的函数足以。当然实现函数
截取要根据函数的情况进行一一的分析，然后做相应的判断。
最后要感谢下SuperHei，文章不足之处请斧正。
六、参考资料
[1] php源代码 http://www.php.net
[2] PHP Extension Writing http://talks.somabo.de/200903_montreal_php_extension_writing.pdf
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