原文:https://www.blackhillsinfosec.com/how-to-hack-websockets-and-socket-io/

WebSockets概述


WebSockets是一种允许浏览器和服务器建立单个TCP连接,并进行双向异步通信的技术。这种技术非常适合Web应用程序,采用该技术之后,浏览器无需在后台发送数百个新的HTTP轮询请求,也照样能够实时更新。然而,对于测试者来说,这可不是什么好事,因为支持WebSockets的工具没有像支持HTTP的工具那样普遍,并且,这些工具用起来也更为复杂。

除了Burp Suite之外,还有一些其他工具也能用来处理WebSockets。虽然我们已经尝试过所有的工具,但没有一个完全符合我们的胃口。

  • Zed Attack Proxy(ZAP)
  • Pappy Proxy
  • Man-in-the-Middle Proxy(mitmproxy)
  • WebSocket/Socket.io(WSSiP)

对于希望通过WebSockets来绕过进攻端的安全检测的读者来说,可以参阅下面这篇文章。

https://www.blackhillsinfosec.com/command-and-control-with-websockets-wsc2/

在本文中,我们关注的重点是socket.io,这是一个流行的JavaScript WebSockets库。然而,需要说明的是,文中介绍的攻击思路不仅适用于其他库,同时,也适用于WebSockets协议。

那么,socket.io到底有多受欢迎呢?它在Github上收获了41,000多颗星。

同时,在NPM网站的WebSockets包排行榜上,它们还占据了第二名和第三名的位置。

事实上,就连优秀的OWASP Juice-Shop项目也采用了socket.io库,因此,我们决定使用socket.io来完成相应的演示。

https://github.com/bkimminich/juice-shop/search?utf8=%E2%9C%93&q=socket.io&type=

在本文中,我们假设读者可以熟练使用Burp Suite测试Web应用程序,同时,文中涉及的所有测试工作,都可以利用该软件的社区版本来完成。废话少说,直入主题吧!

如果通过浏览器访问Juice-Shop的话,就可以在后台快速考察WebSocket的流量了。为此,可以打开Burp,然后转到Proxy-> WebSockets历史记录,从这里就可以看到相关的流量了。

我们知道,HTTP是一种无状态协议,所以,它需要不停的发送请求/响应对;与此相反,WebSockets则是一种有状态协议。这就意味着,我们可以从服务器获得任意数量的传出“请求”和任意数量的传入“响应”。由于底层连接协议使用的是始终保持打开状态的TCP协议,因此,客户端和服务器可以随时发送消息,而无需等待另一端。看到这里,您就能够明白WebSockets历史记录视图与HTTP历史记录之间的差异了。

在该视图中,我们看到的,主要是发送和接收的单字节消息。但是,当应用程序执行一些有趣的操作时,我们将看到带有更大的有效载荷的消息。

Burp提供的许多功能,也可以用来测试WebSockets。比如,Burp可以实时拦截和修改WebSocket消息,遗憾的是,Burp仍然缺乏针对WebSockets的Repeater、Scanner或Intruder功能。在Burp中,WebSocket拦截是默认启用的,所以,我们只需打开主拦截即可。

我们将会收到截获的WebSocket消息,这里跟处理HTTP消息的方式别无二致。同样,我们也可以在拦截窗口中编辑这些消息。

之后,就可以在WebSockets历史记录选项卡中查看编辑后的消息了。

将WebSockets降级为HTTP


方法1:活用Socket.io的HTTP备用机制


我很快注意到了一件奇怪的事情:有时,我会在HTTP历史记录中看到类似于在WebSockets历史记录中所见过的消息。实际上,这个有趣的WebSockets消息与回答记分板质询有关。下面展示的是来自服务器的相同响应,只不过这次是在HTTP历史记录中。所以,我断定socket.io能够通过WebSockets或HTTP发送消息。

之所以允许使用HTTP,根据我的推测,是为了在WebSockets不受支持或因某种原因而被阻止的情况下,使应用程序仍然可以正常运行。传输参数之所以会引起我的注意,是因为我在观察相关请求过程中,发现其值有时候是“websockets”,有时候是“polling”。

在socket.io的文档中,有一个章节对“polling”和“websockets”这两个默认传输选项的运行机制进行了介绍。同时,它还介绍了如何通过将WebSockets指定为唯一的传输机制来禁用轮询。不过,我认为反过来也是可行的,这样,我们就可以将轮询指定为唯一的传输机制了。

https://socket.io/docs/client-api/#with-WebSocket-transport-only

在浏览socket.io.js源代码过程中,我无意中发现了以下代码,看起来对我们非常有用。

this.transports=n.transports||["polling","WebSocket"]

上面这行代码会将一个名为"transports"的内部变量设置为传入的某个值,但是,如果传入的值为false/empty的话,就将其设为默认的 [“polling”,”websocket”] 。到目前为止,这当然符合我们对轮询和WebSockets的默认传输的理解。那么,接下来让我们看看,当我们在Burp的Proxy->Options选项中通过设置匹配和替换规则来改变这些默认值后,会发生什么情况。

添加规则后,刷新页面(必须启用Burp的内置规则“Require non-cached response”或执行强制刷新),这样,数据就不再通过WebSockets发送了。

这很好,但是,如果您使用的应用程序已经提供了优先于我们的新默认值的传输选项呢?在这种情况下,可以修改匹配和替换规则。下面给出的规则,将适用于socket.io库的不同版本,并会忽略应用程序开发人员指定的任何传输选项。

为了便于复制粘贴,下面给出对应的字符串:

this\.transports=.*?\.transports\|\|\["polling","websocket"]

this.transports=["polling"]

请务必将其设置为正则表达式匹配。

方法2:阻止WebSockets升级


需要说明的是,方法1只能用于socket.io,不过,如果经过适当修改的话,也可以用于其他客户端库。但是,下面介绍的方法将更加通用,因为它是以WebSockets协议本身为目标。

经过一番研究后,我发现WebSockets会首先通过HTTP进行通信,以便与服务器进行相关的协商,然后将连接“升级”为WebSocket方式。为此,需要完成的重要工作包括:

1)客户端发送带有WebSocket某些特殊头部的升级请求。

2)服务器将返回状态码101 Switching Protocols,以及WebSocket的某些特殊头部。

3)通信转换为WebSockets方式,之后,就看不到用于该特殊会话的HTTP请求了。

WebSockets RFC文档的第4.1节提供了如何中断这个工作流程的相关线索。

以下内容节选自https://tools.ietf.org/html/rfc6455#section-4.1页面:

1.如果从服务器收到的状态代码不是101,那么客户端仍然根据HTTP [RFC2616]过程来处理响应。特别是,如果客户端收到401状态代码,则可能进行身份验证;服务器可使用3xx状态代码重定向客户端(但客户端不需要遵循它们),等等。否则,请按以下步骤操作。

2.如果响应中缺少头部字段Upgrade,或头部字段Upgrade包含的值与大小写敏感的ASCII字符串"WebSocket"不完全匹配的话,客户端必须废除这个WebSocket 连接。

3.如果响应中缺少头部字段Connection,或头部字段Connection包含的值与大小写敏感的ASCII字符串"Upgrade"不完全匹配的话,客户端必须废除这个WebSocket连接。

4.如果响应中缺少Sec-WebSocket-Accept头部字段,或Sec-WebSocket-Accept头部字段的值并非是由Sec-WebSocket-Key(作为字符串,未经base64解码)与字符串"258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"串联起来的字符串(忽略任何前导和尾随空格)的base64编码后的SHA-1值的话 ,客户端必须废除这个WebSocket连接。

5.如果响应中包括Sec-WebSocket-Extensions头部字段,并且该头部字段要求使用的扩展并没有出现在客户端的握手消息中(服务器指示的扩展并非是客户端所请求的),客户端必须废除这个WebSocket连接。(解析该头部字段以确定请求哪些扩展的问题,将在第9.1节中讨论。)

通过考察上面“必须废除”连接的条件,我想出了如下文所示的一套替换规则,这些规则可以在上述五种情形下都会令客户端废除WebSocket连接。

一旦这些规则就位,所有WebSocket升级请求都会失败。由于socket.io默认情况下无法使用HTTP,因此,这些规则完全可以达到理想的效果。当然,某些特殊实现或其他库的行为可能有所不同,并导致您正在测试的应用程序出错。但是我们的工作就是让软件做一些不应该做的事情!

原始响应看起来就是这种情况,并且会导致客户端和服务器转而使用WebSockets进行通信。

实际上,客户端收到的响应虽然来自服务器,但是却已经进行了相应的修改,按照RFC的规定,它会废弃该WebSockets连接。

我在测试中遇到的一件事是,在使用这些匹配和替换规则后,客户端在重试WebSockets连接时非常持久,并在我的HTTP历史记录中产生了大量不必要的流量。如果您正在处理socket.io库,最简单的方法就是使用上面介绍的第一种方法。如果您面对的是不同的库或情况,则可能需要添加更多规则来让客户端认为服务器不支持WebSockets,甚至废掉客户端库中的WebSockets功能。

将Burp Repeater用作Socket.io客户端


由于我们已经迫使通信流量通过HTTP进行传输,而非通过WebSockets进行传输,所以,现在可以添加自定义的匹配和替换规则,将其应用于过去通过WebSockets传输的流量上面!

接下来,我们可以完成更进一步的修改,从而为使用Repeater、Intruder和Scanner等工具铺平道路。当然,这些修改都是针对socket.io库的。

不过,当我们重发socket.io使用的HTTP请求时,还面临两个问题。

  1. 每个请求都有一个会话号,任何无效请求都将导致服务器终止该会话。
  2. 每个请求的主体都有一个计算字段,用来表示消息的长度。如果这个值不正确的话,服务器会将其视为无效请求并终止会话。

以下是应用程序使用的几个示例URL。

/socket.io/?EIO=3&transport=polling&t=MJJR2dr

/socket.io/?EIO=3&transport=polling&t=MJJZbUa&sid=iUTykeQQumxFJgEJAABL

URL中的“sid”参数表示到服务器的单个连接流。如果发送了无效消息(这种情况在攻击过程中很常见),那么服务器将关闭整个会话,这样的话,我们就不得不重启新会话。

给定请求的主体中含有一个字段,其中存放有效载荷的字节数。这类似于“Content-Length”HTTP头部,只不过该字段的值近针对socket.io的有效载荷而已。例如,如果您要发送的有效载荷是“hello”,那么,相应的主体将是“5:hello”,Content-Length头部的值是7。其中,5表示字符串“hello”中的字母数量,而7则表示字符串“hello”中的字母数量以及socket.io添加到主体内的字符串“5:”中的字母数量之和。与往常一样,Burp将替我们更新Content-Length头部,因此,这件事情我们无需担心。但是,我还没有找到能够自动计算和包含有效载荷长度的好方法。更让人头疼的是,我发现socket.io竟然会在同一个HTTP请求中发送多条消息。由于每个消息都是一个封装后的WebSockets有效载荷,并且每个消息都有自己的长度,因此,最终看起来就像这样:“5:hello,4:john,3:doe”(实际的语法可能有所不同,这里只是便于演示)。计算长度时一旦出错,服务器就会将其作为无效消息拒绝,这样,我们就又不得不重新面对第一个问题了。

下面是一个消息体的示例。该示例取自Juice-Shop应用程序中的响应,不过请求的格式是完全相同的。注意,这里的“215”表示“:”之后的有效载荷的长度。

215:42[“challenge solved”,{“key”:”zeroStarsChallenge”,”name”:”Zero Stars”,”challenge”:”Zero Stars (Give a devastating zero-star feedback to the store.)”,”flag”:”e958569c4a12e3b97f38bd05cac3f0e5a1b17142″,”hidden”:false}]


宏指令


我们可以使用Burp宏指令来解决第一个问题。基本上,每当Burp发现服务器拒绝消息时,宏指令都会自动建立新会话,并用有效的“sid”更新原始请求。要想使用宏指令,请选择Project options->Sessions->Macros->Add选项,这样就可以创建新的宏指令了。

为了获取建立新会话的URL,只需省略“sid”参数即可,例如:

/socket.io/?EIO=3&transport=polling&t=MJJJ4Ku

我发现,“t”的值并不重要,所以我没有理会它。

服务器响应包含了一个供我们使用的全新“sid”值。

接下来,单击“Configure item”按钮,并将参数名称命名为“sid”。然后,选择“Extract from regex group”选项,并使用如下所示的正则表达式。

"sid"\:"(.*?)"

这时,配置窗口应如下所示:

会话处理规则


现在,我们已经建好了一个宏指令,接下来要做的是,设法触发它。这时候,Burp会话处理规则就派上用场了。为此,请选择Project options->Sessions->Session Handling Rules->Add菜单项。

为“Check session is valid”创建新的规则动作

对新的规则动作进行配置,具体如下:

最后,在弄好新的规则动作后,还要修改规则的应用范围,也就是说,处决定要将该规则应用到哪些地方。我建议至少将其应用于Repeater上面,这样,我们就可以手动方式重发请求了。

我的规则应用范围的配置如下所示。当然,您也可以让应用范围更加具体,但下面的选项应该能够适用于大多数情况。

这里是在没有会话处理规则的情况下发出的请求。

这里是在会话处理规则生效后发出的同一请求。请注意,会话处理规则“透明地”更新了cookie以及请求中“sid”参数的值。

结束语


最后说明一点,在处理上面讨论的第2个问题的时候,由于无法使用Burp的Scanner和Intruder插件,于是,我修改了一个现有的Burp插件,这似乎可以完成这项工作,不过,由于某些原因,服务器对它并不友好。如果读者有兴趣进一步研究这个问题的话,请随时与我联系。

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