Python原型链污染与Flask安全漏洞分析

1. Python原型链污染基础

1.1 Python中的魔术方法

Python中所有以双下划线__包围的方法称为魔术方法(Magic Method)，它们会在特定条件下自动执行：

• __class__: 查看变量所属的类
• __init__(): 类的构造函数，创建实例时自动调用
• __globals__: 保存函数全局变量的字典引用，可以修改无继承关系的类属性甚至全局变量
• __file__: 全局变量，返回当前文件路径

1.2 原型链污染原理

在Node.js中，对象的__proto__属性指向该对象所在类的prototype属性。修改son.__proto__中的值可以影响父类。

在Python中，通过修改魔术方法或特殊属性，可以达到类似原型链污染的效果，影响类的行为或全局配置。

2. Flask框架中的安全漏洞

2.1 文件路径污染

通过污染__file__全局变量，可以改变文件路径解析行为。常见的Linux环境变量路径包括：

• /proc/[pid]/environ: 当前进程环境变量
• /etc/environment: 系统全局环境变量

2.2 Flask全局变量

Flask框架中两个重要的全局变量：

1. app: Flask应用实例，核心对象，负责处理请求和配置

   • 包含路由定义(app.route)
   • 应用启动(app.run())
   • 其他配置方法

2. _static_folder: 指定静态文件目录路径

   • 默认在应用根目录下的static文件夹
   • 可通过app.static_folder访问和修改

2.3 静态目录利用

如果_static_folder被设置为根目录/，可以通过/static/proc/1/environ访问系统环境变量文件。

3. Flask调试模式PIN码攻击

当Flask开启debug模式时，访问/console路由需要PIN码进行调试。PIN码生成依赖六个要素：

1. username: 通过getpass.getuser()或/etc/passwd获取
2. modname: 默认flask.app，通过getattr(mod, "file", None)获取
3. appname: 默认Flask，通过getattr(app, "name", type(app).name)获取
4. moddir: Flask库app.py的绝对路径
5. uuidnode: MAC地址十进制表示
   • 通过uuid.getnode()获取
   • 或从/sys/class/net/eth0/address读取16进制后转换
6. machine_id: 机器唯一标识
   • Linux: /etc/machine-id或/proc/sys/kernel/random/boot_id
   • Docker: /proc/self/cgroup中/docker/后的内容

PIN码生成算法:

• Python 3.6: MD5加密
• Python 3.8: SHA1加密

4. 实际攻击案例分析

4.1 污染app.secret_key

通过原型链污染修改Flask的app.secret_key，可以控制会话签名密钥，可能导致会话伪造。

4.2 merge函数漏洞分析

merge函数实现对象合并功能时，如果没有正确处理属性访问，可能导致原型链污染：

def merge(target, source):
    for key in source:
        if key in target and isinstance(target[key], dict) and isinstance(source[key], dict):
            merge(target[key], source[key])
        else:
            target[key] = source[key]

攻击者可以通过精心构造的输入修改对象的特殊属性。

4.3 WAF绕过技术

• Unicode编码绕过: 使用Unicode编码特殊字符绕过字符串过滤，json.loads可以解析Unicode
• UTF-16BE编码: 将payload编码为UTF-16BE绕过某些过滤机制

4.4 XXE漏洞组合攻击

通过原型链污染设置app.config['xml_data']为恶意XML代码，再访问触发XML解析的路由，实现XXE文件读取。

5. 防御措施

1. 严格输入验证: 对所有用户输入进行严格验证和过滤
2. 禁用调试模式: 生产环境务必关闭Flask调试模式
3. 最小权限原则: 应用运行使用最小必要权限
4. 安全配置:
   • 限制静态目录访问范围
   • 使用随机强密钥
5. 代码审计: 检查所有对象合并、属性复制操作的安全性
6. 依赖更新: 保持框架和依赖库的最新版本

6. 参考资源

1. Flask官方安全指南
2. Python魔术方法文档
3. CTF中Flask PIN码计算总结
4. 原型链污染原理与防御