從 cdnjs 的漏洞來看前端的供應鏈攻擊與防禦

前言s

Supply chain attack,中文翻成供應鏈攻擊,這個手法瞄準了上游的漏洞進行攻擊,因為只要污染了上游,下游也會一併被污染。

以前端為例,你使用的 npm 套件或是程式碼中引入的第三方 script,這些就叫做「上游」,在使用這些第三方資源的同時,你有意識到這也伴隨了一定的風險嗎?

這篇文章會以 cdnjs 為例,帶大家看看前端的供應鏈攻擊與防禦。

cdnjs

在寫前端的時候,常常會碰到許多要使用第三方 library 的場合,例如說 jQuery 或者是 Bootstrap 之類的(前者在 npm 上每週 400 萬次下載,後者 300 萬次)。先撇開現在其實大多數都會用 webpack 自己打包這點不談,在以往像這種需求,要嘛就是自己下載一份檔案,要嘛就是找現成的 CDN 來載入。

而 cdnjs 就是其中一個來源,它的官網長這樣:

cdnjs

除了 cdnjs,也有其他提供類似服務的網站,例如說在 jQuery 官網上可以看見他們自己的 code.jquery.com ,而 Bootstrap 則是使用了另一個叫做 jsDelivr 的服務。

舉個實際的例子吧!

假設我現在做的網站需要用到 jQuery,我就要在頁面中用 <script> 標籤載入 jQuery 這個函式庫,而這個來源可以是:

  1. 我自己的網站
  2. jsDelivr: https://cdn.jsdelivr.net/npm/[email protected]/dist/jquery.min.js
  3. cdnjs: https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/jquery/3.6.0/jquery.min.js
  4. jQuery 官方:https://code.jquery.com/jquery-3.6.0.min.js

假設我最後選擇了 jQuery 官方提供的網址,就會寫下這一段 HTML:

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<script src="https://code.jquery.com/jquery-3.6.0.min.js"></script>

如此一來,就載入了 jQuery 這個函式庫,其他程式碼就可以使用它所提供的功能。

那為什麼我要選擇 CDN,而不是選擇下載下來,放在自己的網站上呢?可能有幾個理由:

  1. 懶惰,直接用別人的最快
  2. 預算考量,放別人網站可以節省自己網站流量花費跟負荷
  3. 速度考量

第三點速度考量值得特別說明一下,如果載入的函式庫是來自於 CDN,下載的速度可能會比較快。

比較快的第一個理由是他們本來就是做 CDN 的,所以在不同國家可能都有節點。假設你主機放在美國,那若是放自己網站,台灣的使用者就要連到美國的伺服器去抓這些 library,但如果是用 CDN 提供的網址,可能只要連到台灣的節點就好,省去一些延遲(latency)。

第二個理由是如果大家都在用這個 CDN,那它被快取住的機率就提高了。例如說,假設 Facebook 也用了 cdnjs 來載入 jQuery 3.6.0 版,那如果我的網站也用了同樣的服務載入了同個 library,對於造訪過 Facebook 的瀏覽器來說,它就不需要再次下載檔案,因為已經下載過,被快取住了。

(2021-08-09 補充:感謝 Ho Hong Yip 於文章發出後在臉書前端社群的指正,現在的瀏覽器對於快取多加了一個限制,也就是跨網站(更詳細一點說是根據 eTLD+1 來判斷)的快取將會分開。所以就算 Facebook 已經載入 jQuery 3.6.0,使用者造訪你的網站時還是需要再下載一次。更詳細的介紹可以看這篇:Gaining security and privacy by partitioning the cache。如此一來,好像又少了一個用 public CDN 的理由了?但文末有提到 Web Shared Libraries 想解決這個問題,只是看起來還在早期階段。)

以大家熟悉的 iT 邦幫忙網站為例,就有使用到來自於 google 跟 cdnjs 的資源:

ithome

前面講了一些使用第三方 CDN 的優點,那缺點是什麼呢?

第一個缺點是如果 CDN 掛了,你的網站可能會跟著一起掛,就算不是掛掉,連線緩慢也是一樣。例如說我網站從 cdnjs 載入了 jQuery,可是 cdnjs 突然變得很慢,那我的網站也會變得很慢,一起被牽連。

而 cdnjs 背後的公司 Cloudflare 確實有出過事,連帶影響了許多網站。

第二個缺點是如果 CDN 被駭客入侵了,你引入的函式庫被植入惡意程式碼,那你的網站就會跟著一起被入侵。而這樣子的攻擊手法,就是這篇的主題:「供應鏈攻擊」,從上游入侵,連帶影響到下游。

有些人可能會想說:「這些大公司不太可能被入侵吧?而且這服務這麼多人用,一定有人在把關吧」

接著,就讓我們來看一個實際案例。

解析 cdnjs 的 RCE 漏洞

2021 年 7 月 16 號,一名資安研究員 @ryotkak 在他的部落格上發布了一篇文章,名為:Remote code execution in cdnjs of Cloudflare(以下用「作者」來稱呼)。

Remote code execution 簡稱為 RCE,這種漏洞可以讓攻擊者執行任意程式碼,是風險等級很高的漏洞。而作者發現了一個 cdnjs 的 RCE 漏洞,若是有心利用這個漏洞的話,可以控制整個 cdnjs 的服務。

作者的部落格文章把過程寫得十分詳細,我在這邊簡單講一下漏洞是怎麼形成的,一共有兩個漏洞。

首先呢,Cloudflare 有把 cdnjs 相關的程式碼開源在 GitHub 上面,而其中有一個自動更新的功能引起了作者的注意。這個功能會自動去抓 npm 上打包好的 package 檔案,格式是壓縮檔 .tgz,解壓縮之後把檔案做一些處理,複製到合適的位置。

而作者知道在 Go 裡面如果用 archive/tar 來解壓縮的話可能會有漏洞,因為解壓縮出來的檔案沒有經過處理,所以檔名可以長得像是這樣:../../../../../tmp/temp

長成這樣有什麼問題呢?

假設今天你有一段程式碼是複製檔案,然後做了類似底下的操作:

  1. 用目的地 + 檔名拼湊出目標位置,建立新檔案
  2. 讀取原本檔案,寫入新檔案

如果目的地是 /packages/test,檔名是 abc.js,那最後就會在 /packages/test/abc.js 產生新的檔案。

這時候若是目的地一樣,檔名是 ../../../tmp/abc.js,就會在 /package/test/../../../tmp/abc.js 也就是 /tmp/abc.js 底下寫入檔案。

因此透過這樣的手法,可以寫入檔案到任何有權限的地方!而 cdnjs 的程式碼就有類似的漏洞,能夠寫入檔案到任意位置。如果能利用這漏洞,去覆蓋掉原本就會定時自動執行的檔案的話,就可以達成 RCE 了。

當作者正想要做個 POC 來驗證的時候,突然很好奇針對 Git 自動更新的功能是怎麼做的(上面講的關於壓縮檔的是針對 npm 的)

而研究過後,作者發現關於 Git repo 的自動更新,有一段複製檔案的程式碼,長這個樣子:

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func MoveFile(sourcePath, destPath string) error {
inputFile, err := os.Open(sourcePath)
if err != nil {
return fmt.Errorf("Couldn't open source file: %s", err)
}
outputFile, err := os.Create(destPath)
if err != nil {
inputFile.Close()
return fmt.Errorf("Couldn't open dest file: %s", err)
}
defer outputFile.Close()
_, err = io.Copy(outputFile, inputFile)
inputFile.Close()
if err != nil {
return fmt.Errorf("Writing to output file failed: %s", err)
}
// The copy was successful, so now delete the original file
err = os.Remove(sourcePath)
if err != nil {
return fmt.Errorf("Failed removing original file: %s", err)
}
return nil
}

看起來沒什麼,就是複製檔案而已,開啟一個新檔案,把舊檔案的內容複製進去。

但如果這個原始檔案是個 symbolic link 的話,就不一樣了。在繼續往下之前,先簡單介紹一下什麼是 symbolic link。

Symbolic link 的概念有點像是以前在 Windows 上看到的「捷徑」,這個捷徑本身只是一個連結,連到真正的目標去。

在類 Unix 系統裡面可以用 ln -s 目標檔案 捷徑名稱 去建立一個 symbolic link,這邊直接舉一個例子會更好懂。

我先建立一個檔案,內容是 hello,位置是 /tmp/hello。接著我在當前目錄底下建立一個 symbolic link,指到剛剛建立好的 hello 檔案:ln -s /tmp/hello link_file

接著我如果印出 link_file 的內容,會出現 hello,因為其實就是在印出 /tmp/hello 的內容。如果我對 link_file 寫入資料,實際上也是對 /tmp/hello 寫入。

terminal

再來我們試試看用 Node.js 寫一段複製檔案的程式碼,看看會發生什麼事:

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node -e 'require("fs").copyFileSync("link_file", "test.txt")'

執行完成之後,我們發現目錄底下多了一個 test.txt 的檔案,內容是 /tmp/hello 的檔案內容。

所以用程式在執行複製檔案時,並不是「複製一個 symbolic link」,而是「複製指向的檔案內容」。

因此呢,我們剛剛提到的 Go 複製檔案的程式碼,如果有個檔案是指向 /etc/passwd 的 symbolic link,複製完以後就會產生出一個內容是 /etc/passwd 的檔案。

我們可以在 Git 的檔案裡面加一個 symbolic link 名稱叫做 test.js,讓它指向 /etc/passwd,這樣被 cdnjs 複製過後,就會產生一個 test.js 的檔案,而且裡面是 /etc/passwd 的內容!

如此一來,就得到了一個任意檔案讀取(Arbitrary File Read)的漏洞。

講到這邊稍微做個總結,作者一共找到兩個漏洞,一個可以寫檔案一個可以讀檔案,寫檔案如果不小心覆蓋重要檔案會讓系統掛掉,因此作者決定從讀檔案開始做 POC,自己建了一個 Git 倉庫然後發佈新版本,等 cdnjs 去自動更新,最後觸發檔案讀取的漏洞,在 cdnjs 發布的 JS 上面就可以看到讀到的檔案內容。

而作者讀的檔案是 /proc/self/environ(他本來是想讀另一個 /proc/self/maps),這裡面有著環境變數,而且有一把 GitHub 的 api key 也在裡面,這把 key 對 cdnjs 底下的 repo 有寫入權限,所以利用這把 key,可以直接去改 cdnjs 或是 cdnjs 網站的程式碼,進而控制整個服務。

以上就是關於 cdnjs 漏洞的解釋,想看更多技術細節或是詳細發展的話,可以去看原作者的部落格文章,裡面記錄了許多細節。總之呢,就算是大公司在維護的服務,也是有被入侵的風險存在。

而 Cloudflare 也在一週後發佈了事件處理報告:Cloudflare’s Handling of an RCE Vulnerability in cdnjs,記錄了事情發生的始末以及事後的修補措施,他們把整個架構都重寫了,把原本解壓縮的部分放到 Docker sandbox 裡面,增加了整體的安全性。

身為前端工程師,該如何防禦?

那我們究竟該如何防禦這類型的漏洞?或搞不好,我們根本防禦不了?

瀏覽器其實有提供一個功能:「如果檔案被竄改過,就不要載入」,這樣僅管 cdnjs 被入侵,jQuery 的檔案被竄改,我的網站也不會載入新的 jQuery 檔案,免於檔案污染的攻擊。

在 cdnjs 上面,當你決定要用某一個 library 的時候,你可以選擇要複製 URL 還是複製 script tag,若是選擇後者,就會得到這樣的內容:

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<script
src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/react/17.0.2/umd/react.production.min.js"
integrity="sha512-TS4lzp3EVDrSXPofTEu9VDWDQb7veCZ5MOm42pzfoNEVqccXWvENKZfdm5lH2c/NcivgsTDw9jVbK+xeYfzezw=="
crossorigin="anonymous"
referrerpolicy="no-referrer">
</script>

crossorigin="anonymous" 這個我在之前的文章:利用 Cookie 特性進行的 DoS 攻擊:Cookie 炸彈有提過,利用 CORS 的方式送出 request,可以避免把 cookie 一起帶到後端去。

而上面的另一個標籤 integrity 才是防禦的重點,這個屬性會讓瀏覽器幫你確認要載入的資源是否符合提供的 hash 值,如果不符合的話,就代表檔案被竄改過,就不會載入資源。所以,就算 cdnjs 被入侵了,駭客替換掉了我原本使用的 react.js,瀏覽器也會因為 hash 值不合,不會載入被污染過的程式碼。

想知道更多的話可以參考 MDN,上面有一頁 Subresource Integrity 專門在講這個。

不過這種方法只能防止「已經引入的 script」被竄改,如果碰巧在駭客竄改檔案之後才複製 script,那就沒有用了,因為那時候的檔案已經是竄改過的檔案了。

所以如果要完全避免這個風險,就是不要用這些第三方提供的服務,把這些 library 放到自己家的 CDN 上面去,這樣風險就從第三方的風險,變成了自己家服務的風險。除非自己家的服務被打下來,不然這些 library 應該不會出事。

而現在許多網站因為 library 都會經由 webpack 這類型的 bundler 重新切分,所以沒有辦法使用第三方的 library CDN,一定會放在自己家的網站上,也就排除了這類型的供應鏈攻擊。

可是要注意的是,你仍然避免不了其他供應鏈攻擊的風險。因為儘管沒有用第三方的 library CDN,還是需要從別的地方下載這些函式庫對吧?例如說 npm,你的函式庫來源可能是這裡,意思就是如果 npm 被入侵了,上面的文件被竄改,還是會影響到你的服務。這就是供應鏈攻擊,不直接攻擊你,而是從其他上游滲透進來。

不過這類型的風險可以在 build time 的時候透過一些靜態掃描的服務,看能不能抓出被竄改的檔案或是惡意程式碼,或也有公司會在內部架一個 npm registry,不直接與外面的 npm 同步,確保使用到的函式庫不會被竄改。

額外風險:CSP 的繞過

除了上面提到的供應鏈安全風險以外,其實使用第三方 JS 還有另一個潛在風險,就是 CSP(Content Security Policy) 的繞過。現在有許多網站都會設置 CSP,阻擋不信任的來源,例如說只允許某個 domain 的 JS 檔案,或是不開放 inline event 跟 eval 等等。

如果你的網站有用到 cdnjs 的腳本,你的 CSP 裡面勢必會有 https://cdnjs.cloudflare.com 這個網址。比起完整的路徑,比較多人會傾向允許整個 domain 的東西,因為你可能用到多個 library,懶得一個一個新增上去。

這時候若是網站有著 XSS 漏洞,一般情況下 CSP 應該會有防禦作用,阻止這些不信任的程式碼的執行。但很遺憾地,CSP 中 https://cdnjs.cloudflare.com 的這個路徑,讓攻擊者可以輕鬆繞過 CSP。

先講一下原理,原理就是 cdnjs 上除了你想要用的 library 之外,還有千千萬萬個不同的 library,而有些 library 本身提供的功能,讓攻擊者不需要執行 JS,也能執行任意程式碼。

例如說 AngularJS,在舊版本中有著 Client-Side Template Injection 的漏洞,只需要 HTML 就可以執行程式碼,像是這類「利用其他合法的 script 幫助你執行攻擊程式碼」的手法,叫做 script gadgets,想知道更多可以參考:security-research-pocs/script-gadgets

假設我們現在的 CSP 只允許 https://cdnjs.cloudflare.com,該怎麼繞過呢?我找到這兩個很棒的資源:

  1. Bypassing path restriction on whitelisted CDNs to circumvent CSP protections - SECT CTF Web 400 writeup
  2. H5SC Minichallenge 3: “Sh*t, it’s CSP!”

只要利用 AngularJS + Prototype 這兩個 library,就可以在符合 CSP(只引入 cdnjs 底下的腳本)的情況下進行 XSS,我做了一個簡單的 demo:https://aszx87410.github.io/demo/csp_bypass/cdnjs.html

完整程式碼如下:

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<html lang="en">
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>CSP bypass</title>
<meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="default-src 'none'; script-src https://cdnjs.cloudflare.com">
</head>
<body>
<script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/prototype/1.7.2/prototype.js"></script>
<script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/angular.js/1.0.1/angular.js"></script>
<div ng-app ng-csp>
{{$on.curry.call().alert('xss')}}
</div>
</body>
</html>

想要避免這種 CSP bypass,就只能把 CSP 中 cdnjs 的路徑寫死,把整個腳本的 URL 寫上去,而不是只寫 domain。否則,這類型的 CSP 其實會幫助攻擊者更容易突破 CSP 的限制,進而執行 XSS 攻擊。

總結

攻擊手法千千百百種,發現 cdnjs 漏洞的研究員近期鍾情於 supply chain attack,不只 cdnjs,連 HomebrewPyPI 甚至是 @types 也都被找到漏洞。

如果要直接在頁面上用 script 引入第三方的網址,記得先確認對方的網站是值得信任的,如果可以的話也請加上 integrity 屬性,避免檔案被竄改,連帶影響到自己的服務。也要注意 CSP 的設定,對於 cdnjs 這種網站,若是只設置 domain 的話,已經有了可行的繞過手法,在設置前請多加注意。

在談到前端的安全時,大家第一個會想到 XSS,第二個會想到 CSRF,然後可能就沒了。這篇文章希望藉由 cdnjs 的漏洞讓前端工程師們認識什麼是供應鏈攻擊。只要有意識到這個攻擊手法,日後在開發時就會多留意一些,就會注意到引入第三方 library 所帶來的風險。

除了 hexo,也可以考慮用 eleventy 來寫技術部落格 Intigriti 七月份 XSS 挑戰:突破層層關卡

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