利用OpCode绕过Python沙箱

0x01 OpCode

opcode又称为操作码,是将python源代码进行编译之后的结果,python虚拟机无法直接执行human-readable的源代码,因此python编译器第一步先将源代码进行编译,以此得到opcode。例如在执行python程序时一般会先生成一个pyc文件,pyc文件就是编译后的结果,其中含有opcode序列。

如何查看一个函数的OpCode?

def a():
    if 1 == 2:
        print("flag{****}")

print "Opcode of a():",a.__code__.co_code.encode('hex')

通过此方法我们可以得到a函数的OpCode

Opcode of a(): 6401006402006b020072140064030047486e000064000053

我们可以通过dis库获得相应的解析结果。

import dis

dis.dis('6401006402006b020072140064030047486e000064000053'.decode('hex'))

得到反编译的结果

0 LOAD_CONST          1 (1)
      3 LOAD_CONST          2 (2)
      6 COMPARE_OP          2 (==)
      9 POP_JUMP_IF_FALSE    20
     12 LOAD_CONST          3 (3)
     15 LOAD_BUILD_CLASS
     16 YIELD_FROM     
     17 JUMP_FORWARD        0 (to 20)
>>   20 LOAD_CONST          0 (0)
     23 RETURN_VALUE

常见的字节码指令

为了进一步研究OpCode,我们可以对dis的disassemble_string函数进行patch

在124行加入

print hex(op).ljust(6),

可以查看具体的字节码。

0 LOAD_CONST           0x64       1 (1)
      3 LOAD_CONST           0x64       2 (2)
      6 COMPARE_OP           0x6b       2 (==)
      9 POP_JUMP_IF_FALSE    0x72      20
     12 LOAD_CONST           0x64       3 (3)
     15 LOAD_BUILD_CLASS     0x47  
     16 YIELD_FROM           0x48  
     17 JUMP_FORWARD         0x6e       0 (to 20)
>>   20 LOAD_CONST           0x64       0 (0)
     23 RETURN_VALUE         0x53

变量

指令名 操作
LOAD_GLOBAL 读取全局变量
STORE_GLOBAL 给全局变量赋值
LOAD_FAST 读取局部变量
STORE_FAST 给局部变量赋值
LOAD_CONST 读取常量

IF

指令名 操作
POP_JUMP_IF_FALSE 当条件为假的时候跳转
JUMP_FORWARD 直接跳转

CMP_OP

cmp_op = ('<', '<=', '==', '!=', '>', '>=', 'in', 'not in', 'is','is not', 'exception match', 'BAD')

其余的指令参考OpCode源码

0x02 利用OpCode改变程序运行逻辑

在Python中,我们可以对任意函数的__code__参数进行赋值,通过对其进行赋值,我们可以改变程序运行逻辑。

Example1

def a():
    if 1 == 2:
        print("flag{****}")

在沙箱环境中我们需要调用这个函数,但是此函数我们无法执行到print语句。因此我们需要通过某种方法得到flag

Solution 1

我们直接获取a.__code__.co_consts,查看所有的常量。即可知道flag

(None, 1, 2, 'flag{****}')

Solution 2

更改程序运行逻辑
CodeType构造函数

def __init__(self, argcount, nlocals, stacksize, flags, code,
                   consts, names, varnames, filename, name, 
                   firstlineno, lnotab, freevars=None, cellvars=None):

上述函数其余参数均可通过__code.__.co_xxx获得
因此我们

def a():
    if 1 == 2:
        print("flag{****}")

for name in dir(a.__code__):
    print name,getattr(a.__code__,name)

输出

co_argcount 0
co_cellvars ()
co_code ddkrdGHndS
co_consts (None, 1, 2, 'flag{****}')
co_filename example1.py
co_firstlineno 1
co_flags 67
co_freevars ()
co_lnotab 

co_name a
co_names ()
co_nlocals 0
co_stacksize 2
co_varnames ()

构造相应目标代码

def a():
    if 1 != 2:
        print("flag{****}")

print "Opcode of a():",a.__code__.co_code.encode('hex')

得到code

6401006402006b030072140064030047486e000064000053

构造payload

def a():
    if 1 == 2:
        print("flag{****}")

newcode = type(a.__code__)
code = "6401006402006b030072140064030047486e000064000053".decode('hex')
code = newcode(0,0,2,67,code,(None, 1, 2, 'flag{****}'),(),(),"xxx","a",1,"")
a.__code__ = code

a()

即可输出flag

Example 2

def target(flag):
    def printflag():
        if flag == "":
            print flag
    return printflag

flag = target("flag{*******}")
del target

这一次因为是通过变量传入参数,我们无法通过上一次读co_consts获得变量。但是我们这次依旧可以通过重写code获得flag。

构造替代函数

def target(flag):
    def printflag():
        if flag != "":
            print flag
    return printflag
a = target("xxx")
import types
code = a.__code__.co_code.encode('hex')
print code

EXP

newcode = type(flag.__code__)
code = "8800006401006b030072140088000047486e000064000053".decode('hex')
code = newcode(0,0,2,19,code,(None, ''),(),(),"example2.py","printflag",2,"",('flag',),())
flag.__code__ = code
flag()
➜  python example2exp.py
8800006401006b030072140088000047486e000064000053
➜  python example2.py   
flag{*******}

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