浅谈这次ASP.NET的Padding Oracle Attack相关内容
2010-09-25 02:25 by 老赵, 5994 visits上一周爆出了一个关于ASP.NET的安全漏洞，有关这个漏洞的第一篇文章应该是ScottGu的说明，但是其中各方面谈的也是语焉不详。由于这个漏洞关系到“安全”这样敏感的话题，其中又涉及到密码学这样常人看不明白的技术，于是导致了各种猜测和推测，其中甚至与我对ASP.NET的了解所有矛盾，因此我觉得也大都不靠谱。中秋休息在家，我简单地了解了一下与这个漏洞有关的内容，总结出了一些“能够说服自己”的内容，在此记录下来。因此，这篇文章的面向读者是那些和我差不多的同学：对ASP.NET有所了解，但对密码学知之甚少。
什么是Padding和Oracle
要谈这个问题，先要了解什么是Padding Oracle Attack。有些文章把Padding和Oracle，与CSS样式表或是那个收购了Sun的甲骨文公司联系起来，这就驴唇不对马嘴了。
Padding在这里的含义是“填充”，因为对于加密算法来说，它们是基于等长的“数据块”进行操作的（如对于RC2，DES或TripleDES算法来说这个长度是8字节，而对于Rijndael算法来说则是16、24或32字节）。但是，我们的输入数据长度是不规则的，因此必然需要进行“填充”才能形成完整的“块”。“填充”时比较常用的是PKCS #5规则，简单地说，便是根据最后一个数据块所缺少的长度来选择填充的内容。
例如，数据块长度要求是8字节，如果输入的最后一个数据块只有5个字节的数据，那么则在最后补充三个字节的0x3。如果输入的最后一个数据块正好为8字节长，则在最后补充一个完整的长为8字节的数据块，每个字节填0x8。使用这个规则，我们便可以根据填充的内容来得知填充的长度，以便在解密后去除填充的字节。
在解密时，如果算法发现解密后得到的结果，它的填充方式不符合规则，那么表示输入数据有问题，对于解密的类库来说，往往便会抛出一个异常，提示Padding不正确。Oracle在这里便是“提示”的意思，和甲骨文公司没有任何关系。
如何进行Padding Oracle Attack
刚才已经提到，如果输入的密文不合法，类库则会抛出异常，这便是一种提示。攻击者可以不断地提供密文，让解密程序给出提示，不断修正，最终得到的所需要的结果。这里的一个关键在于，攻击者所需要的提示仅仅是“解密成功与否”这样一个二元信息，例如它在一个Web程序中可能只是“200 - OK”及“500 - Internal Server Error”这样的表现形式，而不需要其他任何详细信息。
例如，现代流行的Web框架大都是开源的，因此它的加密方式完全透明（当然这点其实并不是必须的，只是大有帮助而已），对于攻击者来说唯一不知道的便是密钥。于是攻击者便可以根据这个加密方式设计有针对性的密文，最终得到密钥（及IV等信息）。在很多时候，一个网站都会使用同样的密钥和IV，于是只需从一个漏洞，便可以在网站的其他方面进行破坏，或解密信息，或绕开验证。
在具体操作上还可以有许多方式进行辅助，在Juliano Rizzo和Thai Duong的《Practical Padding Oracle Attacks》（及此）论文（下文称PPOA）中便提到了很多方式，例如使用Google搜索异常的关键字（这说明许多站点都把异常信息输出在页面上），检查代码，从外表检查一些BASE64形式的字符串，猜测常见的分割符，如“--”，“|”或是“:”等等。PPOA认为，如今Padding Oracle漏洞与SQL注入，脚本注入等漏洞一样无处不在，论文中还详细讨论了利用这个漏洞来攻击eBay拉丁美洲站点，CAPTCHA等应用，以及在JSF（包括Apache MyFaces和Sun Mojarra实现），Ruby on Rails等Web框架中的漏洞——奇怪的是其中反而没有提到ASP.NET。
关于Padding Oracle Attack的具体细节，您可以从《Automated Padding Oracle Attacks with PadBuster》及《Padding Oracle Attacks on CBC-mode Encryption with Secret and Random IVs》两篇文章中得到更详细的信息，它们似乎并不像表面那样高深莫测，尤其是前者，有机会我也打算将它翻译一下。
针对ASP.NET的攻击及其危害
那么，这次又是如何对ASP.NET站点进行攻击的呢？方式有不少，例如攻击者可以为一个需要认证的请求发送自定义的cookie值，如果没有通过认证，则会得到一个转向登陆页面的302跳转。一个更为直观和通用的作法来自于PPOA论文的作者所提供的一段视频，其中使用了WebResources.axd?d=xyz进行探测工作。WebResource.axd有一个特点，便是会对错误的密文（即d=xyz中的xyz）产生500错误，而对正确的密文产生404错误，这便形成了足够的提示。
好，那么假设攻击者已经得到了站点的Machine Key，也就是网站所使用的密钥，那么它又能造成什么危害呢？
一些危害是很容易理解的，例如解密（或注入）ViewState，或是如视频里那样设置一个管理员的cookie。在ScottGu等文章中描述这个漏洞的危害时还提到，这个漏洞可以用来下载web.config等私密文件，这又是如何办到的呢？要知道web.config文件的下载是被IIS和ASP.NET所禁止的，它似乎和加密解密或是Machine Key无关。不过您是否意识到，在ASP.NET 3.5 SP1以后，我们可以利用ScriptManager来打包输出本地的脚本文件？例如：
<asp:ScriptManager ID="sm" runat="server"> <CompositeScript> <Scripts> <asp:ScriptReference Path="~/scripts/core.js" /> <asp:ScriptReference Path="~/scripts/lib.js" /> </Scripts> </CompositeScript> </asp:ScriptManager>
这段内容会在页面上放置一段ScriptResource.axd的引用，它的Query String便包含了需要输出的文件路径，它是与ScriptManager等组件完全独立的。那么，如果攻击者告诉它输出“~/web.config”的时候……
有趣的是，PPOA论文作者同时还在今年两月和六月分别提供了攻击CAPTCHA和攻击Apache MyFaces的视频，同时也提供了一个针对JSF的自动攻击工具，不过它们并没有形成微软对ASP.NET的漏洞那样强烈反应。
防止攻击
目前ScottGu给出了多个workaround，归根结底便是消除“Oracle”，也就是提示信息。例如他强调要为404和500错误提供完全相同的反馈——不止是输出的错误页面，也包括所有的头信息（如Server Time等自然除外），这种做法会让攻击者无法得到提示信息，自然也就无法解密了。此外，ScottGu的一些代码同时让错误页面Sleep一小段时间，这也是种常用的混淆手段，让攻击者无法从响应时间长短上来了解这个请求“性质”如何。
从上面的分析中我们可以知道，这种统一错误信息的作法似乎是针对WebResource.axd和ScriptResource.axd的。由于我们知道了攻击的手段，便也可以采取其他作法。例如对于不需要这两个Handler的站点，就把它们从ASP.NET或IIS里直接摘除吧。还有，如果在日志中发现太多CryptographicException异常，便要关注站点是否遭受的攻击。
但是，Padding Oracle Attack的危害之处在于它所需要的信息实在太少，攻击者只需分辨两种状态便可以进行攻击，即便WebResource.axd的攻击被您防止了，那么之前提到的用户认证所带来的302跳转又如何？对于我们独立编写的应用程序来说，要绕开这个问题可以使用各种技巧。但对于微软来说可能就不容易了，因为ASP.NET作为一个框架，它提供的是一种统一的，普适的机制，这也是为什么这个漏洞会影响几乎所有微软ASP.NET产品的缘故。
此外还有一些做法也是可取的。例如：
- 避免在ViewState和Cookie中存放敏感数据。
- 不要过度依赖Machine Key。
- 在认证cookie里保存的不只是用户名，而是外界无法得知的ID，或是同时保存checksum等额外的验证信息。
- 为ScriptResource.axd写一个Wrapper，只让它输出扩展名为js的内容。
这些做法的目的是：即使攻击者得到了Machine Key，也无法对站点造成破坏。
总结
安全性漏洞总是不令人愉快的，但是在遇到这种状况的同时，我们也要努力得知问题的真实情况。在如今信息爆炸的时代，产生和获取一条没有多大价值甚至是错误的信息，可谓是非常容易的。排除干扰寻求真相，即便只是种态度和意愿，也是一名技术人员的基本素质。因此在这个问题上，我最反感的便是“微软的产品就是不安全”，“反正我不会被攻击”这样的态度。
这篇看明白了