Lodash 严重安全漏洞背后你不得不知道的 JavaScript 知识

摘要： 详解原型污染。

原文：Lodash 严重安全漏洞背后你不得不知道的 JavaScript 知识
作者：Lucas HC

Fundebug经授权转载，版权归原作者所有。

可能有信息敏感的同学已经了解到：Lodash 库爆出严重安全漏洞，波及 400万+ 项目。这个漏洞使得 lodash “连夜”发版以解决潜在问题，并强烈建议开发者升级版本。

我们在忙着“看热闹”或者“”升级版本”的同时，静下心来想：真的有理解这个漏洞产生的原因，明白漏洞修复背后的原理了吗？

这篇短文将从原理层面分析这一事件，相信“小白”读者会有所收获。

漏洞原因

其实漏洞很简单，举一个例子：lodash 中 defaultsDeep 方法，

_.defaultsDeep({ 'a': { 'b': 2 } }, { 'a': { 'b': 1, 'c': 3 } })

输出：

{ 'a': { 'b': 2, 'c': 3 } }

如上例，该方法：

分配来源对象（该方法的第二个参数）的可枚举属性到目标对象（该方法的第一个参数）所有解析为 undefined 的属性上

这样的操作存在的隐患：

const payload = '{"constructor": {"prototype": {"toString": true}}}'

_.defaultsDeep({}, JSON.parse(payload))

如此一来，就触发了原型污染。原型污染是指：

攻击者通过某种手段修改 JavaScript 对象的原型（prototype）

对应上例，Object.prototype.toString 就会非常不安全了。

详解原型污染

理解原型污染，需要读者理解 JavaScript 当中的原型、原型链的知识。我们先来看一个例子：

// person 是一个简单的 JavaScript 对象

let person = {name: 'lucas'}

// 输出 lucas

console.log(person.name)

// 修改 person 的原型

person.__proto__.name = 'messi'

// 由于原型链顺序查找的原因，person.name 仍然是 lucas

console.log(person.name)

// 再创建一个空的 person2 对象

let person2 = {}

// 查看 person2.name，输出 messi

console.log(person2.name)

把危害扩大化：

let person = {name: 'lucas'}

console.log(person.name)

person.__proto__.toString = () => {alert('evil')}

console.log(person.name)

let person2 = {}

console.log(person2.toString())

这段代码执行将会 alert 出 evil 文字。同时 Object.prototype.toString 这个方法会在隐式转换以及类型判断中经常被用到：

Object.prototype.toString 方法返回一个表示该对象的字符串

每个对象都有一个 toString() 方法，当该对象被表示为一个文本值时，或者一个对象以预期的字符串方式引用时自动调用。默认情况下，toString() 方法被每个 Object 对象继承。如果此方法在自定义对象中未被覆盖，toString() 返回 [object type]，其中 type 是对象的类型。

如果 Object 原型上的 toString 被污染，后果可想而知。以此为例，可见 lodash 这次漏洞算是比较严重了。

再谈原型污染（NodeJS 漏洞案例）

由上分析，我们知道原型污染并不是什么新鲜的漏洞，它“随时可见”，“随处可见”。在 Nullcon HackIM 比赛中就有一个类似的 hack 题目：

'use strict';

const express = require('express');

const bodyParser = require('body-parser')

const cookieParser = require('cookie-parser');

const path = require('path');

const isObject = obj => obj && obj.constructor && obj.constructor === Object;

function merge(a, b) {

    for (var attr in b) {

        if (isObject(a[attr]) && isObject(b[attr])) {

            merge(a[attr], b[attr]);

        } else {

            a[attr] = b[attr];

        }

    }

    return a

}

function clone(a) {

    return merge({}, a);

}

// Constants

const PORT = 8080;

const HOST = '0.0.0.0';

const admin = {};

// App

const app = express();

app.use(bodyParser.json())

app.use(cookieParser());

app.use('/', express.static(path.join(__dirname, 'views')));

app.post('/signup', (req, res) => {

    var body = JSON.parse(JSON.stringify(req.body));

    var copybody = clone(body)

    if (copybody.name) {

        res.cookie('name', copybody.name).json({

            "done": "cookie set"

        });

    } else {

        res.json({

            "error": "cookie not set"

        })

    }

});

app.get('/getFlag', (req, res) => {

    var аdmin = JSON.parse(JSON.stringify(req.cookies))

    if (admin.аdmin == 1) {

        res.send("hackim19{}");

    } else {

        res.send("You are not authorized");

    }

});

app.listen(PORT, HOST);

console.log(`Running on http://${HOST}:${PORT}`);

这段代码的漏洞就在于 merge 函数上，我们可以这样攻击：

curl -vv --header 'Content-type: application/json' -d '{"__proto__": {"admin": 1}}' 'http://0.0.0.0:4000/signup'; 

curl -vv 'http://0.0.0.0:4000/getFlag'

首先请求 /signup 接口，在 NodeJS 服务中，我们调用了有漏洞的 merge 方法，并通过 __proto__ 为 Object.prototype（因为 {}.__proto__ === Object.prototype）添加上一个新的属性 admin，且值为 1。

再次请求 getFlag 接口，条件语句 admin.аdmin == 1 为 true，服务被攻击。

攻击案例出自：Prototype pollution attacks in NodeJS applications

这样的漏洞在 jQuery $.extend 中也经常见到：

对于 jQuery：如果担心安全问题，建议升级至最新版本 jQuery 3.4.0，如果还在使用 jQuery 的 1.x 和 2.x 版本，那么你的应用程序和网站仍有可能遭受攻击。

防范原型污染

了解了漏洞潜在问题以及攻击手段，那么如何防范呢？

在 lodash “连夜”发版的修复中：

我们可以清晰的看到，在遍历 merge 时，当遇见 constructor 以及 __proto__ 敏感属性，则退出程序。

那么作为业务开发者，我们需要注意些什么，防止攻击出现呢？总结一下有：

冻结 Object.prototype，使原型不能扩充属性

我们可以采用 Object.freeze 达到目的：

Object.freeze() 方法可以冻结一个对象。一个被冻结的对象再也不能被修改；冻结了一个对象则不能向这个对象添加新的属性，不能删除已有属性，不能修改该对象已有属性的可枚举性、可配置性、可写性，以及不能修改已有属性的值。此外，冻结一个对象后该对象的原型也不能被修改。freeze() 返回和传入的参数相同的对象。

看代码：

Object.freeze(Object.prototype);

Object.prototype.toString = 'evil'

consoel.log(Object.prototype.toString)

ƒ toString() { [native code] }

对比：

Object.prototype.toString = 'evil'

console.log(Object.prototype.toString)

"evil"

建立 JSON schema

在解析用户输入内容是，通过 JSON schema 过滤敏感键名。
规避不安全的递归性合并

这一点类似 lodash 修复手段，完善了合并操作的安全性，对敏感键名跳过处理
使用无原型对象

在创建对象时，不采用字面量方式，而是使用 Object.create(null)：

Object.create()方法创建一个新对象，使用现有的对象来提供新创建的对象的__proto__

Object.create(null) 的返回值不会链接到 Object.prototype：

let foo = Object.create(null)

console.log(foo.__proto__)

// undefined

这样一来，无论如何扩充对象，都不会干扰到原型了。

采用新的 Map 数据类型，代替 Object 类型

Map 对象保存键/值对，是键/值对的集合。任何值（对象或者原始值）都可以作为一个键或一个值。使用 Map 数据结构，不会存在 Object 原型污染状况。

这里总结一下 Map 和 Object 不同点：：

Object 的键只支持 String 或者 Symbols 两种类型，Map 的键可以是任意值，包括函数、对象、基本类型
Map 中的键值是有序的，而 Object 中的键则不是
具体 API 上的差异：比如，通过 size 属性直接获取一个 Map 的键值对个数，而 Object 的键值无法获取；再比如迭代一个 Map 和 Object 差异也比较明显
Map 在频繁增删键值对的场景下会有些性能优势

补充：V8，chromium 的小机灵

同样存在风险的是我们常用的 JSON.parse 方法，但是如果你运行：

JSON.parse('{ "a":1, "__proto__": { "b": 2 }}')

你会发现返回的结果如图：

复写 Object.prototype 失败了，__proto__ 属性还是我们熟悉的那个有安全感的 __proto__ 。这是因为：

V8 ignores keys named proto in JSON.parse

这个相关讨论 Doug Crockford，Brendan Eich，反正 chromium 和 JS 发明人讨论过很多次。相关 issue 和 PR：

相关 ES 语言设计的讨论：ES 语言设计的讨论：proto-and-json

在上面链接中，你能发现 JavaScript 发明人等一众大佬哦～

总之你可以记住，V8 默认使用 JSON.parse 时候会忽略 __proto__，原因当然是之前分析的安全性了。

总结

通过分析 lodash 的漏洞，以及解决方案，我们了解了原型污染的方方面面。涉及到的知识点包括但不限于：

Object 原型
原型、原型链
NodeJS 相关问题
Object.create 方法
Object.freeze 方法
Map 数据结构
深拷贝
以及其他问题

这么来看，全是基础知识。也正是基础，构成了前端知识体系的方方面面。

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