[Day11] 繞過你的防禦：Mutation XSS

2023 iThome 鐵人賽

DAY 11

Security

Beyond XSS：探索網頁前端資安宇宙系列第 11 篇

15th鐵人賽

huli

2023-09-11 08:42:36

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之前在講 sanitization 的時候，有提醒大家不要輕易嘗試自己實作，而是去找一些 library 來用，因為這個水很深，坑很多。

那這些 library 會不會也有問題呢？當然有可能，而且事實上也曾經發生過。而有一種常拿來針對 sanitizer 的攻擊方式，叫做 mutation based XSS，也被稱做 mutation XSS 或是簡稱 mXSS。

在理解 mXSS 以前，我們要來看 sanitizer 通常是怎麼運作的。

Sanitizer 的基本運作方式

根據我們之前使用的經驗，sanitizer 的輸入是一個字串，裡面含有 HTML，而輸出也是一個含有 HTML 的字串，使用方式如下：

const inputHtml = '<h1>hello</h1>'
const safeHtml = sanitizer.sanitize(inputHtml)
document.body.innerHTML = safeHtml

那 sanitizer 內部又是怎麼運作的呢？其實內部的運作方式跟我們前面用 BeautifulSoup 實作出的 sanitizer 差不多：

把 inputHtml 解析成 DOM tree
根據設定檔，刪除不合法的 node 以及 attribute
把 DOM tree 序列化（serialize）成字串
回傳

這流程看似也沒有什麼問題，但魔鬼藏在細節裡，萬一「看起來很安全的 HTML，其實並不安全」呢？咦？不是都已經 sanitize 過了嗎？怎麼個不安全法？讓我們先來看個例子。

瀏覽器的貼心服務

瀏覽器是一個貼心的程式，為了因應各種情況以及符合規格，你眼中的 HTML，不一定會是最後呈現出來的，例如說下面這個範例：

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <div id=content></div>
  <script>
    content.innerHTML = '<table><h1>hello</h1></table>'
  </script>
</body>
</html>

在 <table> 裡面放一個 <h1>，看起來沒什麼問題，但如果你打開了這個網頁，會發現：

HTML 的結構變了！

變成了：

<h1>hello</h1>
<table></table>

原本應該在 <table> 中的 <h1>，從裡面「跳出來了」，會有這樣的結果是因為瀏覽器根據 HTML 規格，判定 <h1> 不該在 <table> 中，因此就很貼心地把它拿了出來。從網頁的發展史來看是很正常的，當 HTML 不合法時，瀏覽器總是會先試著修它，畢竟這樣總比拋出錯誤或是顯示白畫面好。

這種「HTML 字串 render 時會被瀏覽器改變」的行為，就稱作 mutation，而利用這個特性所達成的 XSS，自然而然就叫做 mutation XSS。

我們再看一個例子：

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <div id=content></div>
  <script>
    content.innerHTML = '<svg><p>hello</svg>'
  </script>
</body>
</html>

render 出來的結果為：

瀏覽器認為 <p> 不應該在 <svg> 裡面，所以把在 <svg> 裡面的 <p> 給搬了出來，還順便修復了 HTML，幫忙加上 </p>

那這個更奇怪的例子呢？這次不是用 <p>，而是 </p>：

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <div id=content></div>
  <script>
    content.innerHTML = '<svg></p>hello</svg>'
  </script>
</body>
</html>

結果為：

<svg><p></p>hello</svg>

瀏覽器自動修復了 </p>，幫前面加上了 <p>，但是標籤依舊在 <svg> 裡面。

（備註：現在 Chrome 瀏覽器的行為已經修復，會是 <svg></svg><p></p>hello，所以現在沒辦法測出來這個狀況，但讓我們先繼續看下去）

這時候有趣的事情來了，如果我們把 <svg><p></p>hello</svg> 再拿去丟給 innerHTML，結果會變什麼呢？

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <div id=content></div>
  <script>
    content.innerHTML = '<svg><p></p>hello</svg>'
    console.log(content.innerHTML)
  </script>
</body>
</html>

結果為：

<svg></svg>
<p></p>
hello

不只是 <p>，連後面的 hello 也一起跳了出來，等於是所有原本在 <svg> 裡的東西，現在都在 <svg> 外了。

那這一連串的變化，對我們想要繞過 sanitizer 有什麼幫助呢？這就要再結合前面提過的 sanitizer 流程了。

假設我們的 inputHtml 是這樣：<svg></p>hello</svg>，而 sanitizer 的第一步就是把這個解析成 DOM tree，根據之前的實驗，會變成：

<svg>
  <p></p>
  hello
</svg>

看起來完全沒問題，沒有需要過濾的東西，下一步就是把 DOM tree 序列化成字串，變為：<svg><p></p>hello</svg>

接著我們自己的前端拿到了 safeHtml，執行 document.body.innerHTML = safeHtml，最終的 HTML 就是上面寫過的：

<svg></svg>
<p></p>
hello

對 sanitizer 來說，<p> 跟 hello 是在 svg 裡面的，但是最終的結果卻不是這樣，會是在外面。因此透過這個 mutation，我們可以讓任意元素從 <svg> 裡面跳出來。

接下來你可能會問說：「所以勒？那有什麼用？」，這就是有趣的地方了。

神奇的 HTML

<style> 是個神奇的標籤，因為在這標籤裡面的東西都會被解讀為文字，例如說：

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <style>
    <a id="test"></a>
  </style>
</body>
</html>

會被解析為：

黑字就代表是純文字的節點。

但有趣的是，如果在外面加上一層 <svg>，瀏覽器解析的方式就會不同，一切就都不一樣了，現在的 HTML 原始碼是：

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <svg>
    <style>
      <a id="test"></a>
    </style>
  </svg>
</body>
</html>

解析的結果為：

<style> 裡面的 <a> 變成了真的 HTML 元素，而不是純文字。

更有趣的是，你可以構造這樣一串 HTML：

<svg>
  <style>
    <a id="</style><img src=x onerror=alert(1)>"></a>
  </style>
</svg>

呈現出來是：

這邊只是幫 <a> 加上了一個 id，內容為 </style><img src=x onerror=alert(1)>，雖然說有 </style> 但是並不會閉合之前的 <style>，而是會被當作 id 屬性的一部分。後面的 <img> 也是，它不是一個新的標籤，只是屬性內容的一部分。

但如果把 svg 給拿掉，變成：

<style>
  <a id="</style><img src=x onerror=alert(1)>"></a>
</style>

因為 <a> 現在不是一個元素了，只是單純的純文字，所以也沒有什麼屬性可言，因此這邊的 </style> 就會關閉前面的 <style>，變成：

原本在 <a> 的 id 裡面的 <img> 只是屬性的內容，現在卻因為前面的 </style> 而跑了出來，變成了一個真的 HTML 元素。

從上面的實驗中我們可以得知，<style> 外層有沒有 <svg> 是重要的，因為會影響瀏覽器的解析。

全部加在一起

一開始我們提到了瀏覽器的 mutation，讓我們能做到「讓所有元素從 <svg> 中跳出來」，剛剛又提到了「<style> 外層有沒有 <svg> 是重要的」，把這兩個加在一起，就變成了最後的終極大魔王：mXSS。

在 2019 年 9 月 19 號，DOMPurify 釋出了 2.0.1 版本，目的是修正一個利用 mutation 來繞過檢查的 mXSS 漏洞，當時有問題的完整 payload 是這樣：

<svg></p><style><a id="</style><img src=1 onerror=alert(1)>">

把這個解析成 DOM tree 之後會變成底下的結構：

<svg>
  <p></p>
  <style>
    <a id="</style><img src=1 onerror=alert(1)>"></a>
  </style>
</svg>

瀏覽器在這邊做了幾件事：

把 </p> 變成 <p></p>
自動閉合 <svg>、<style> 跟 <a> 這些標籤

接著 DOMPurify 根據這個 DOM tree 檢查，因為 <svg>、<p>、<style> 跟 <a> 都是允許的標籤，id 也是允許的屬性，所以都沒問題，於是就回傳序列化後的結果：

<svg>
  <p></p>
  <style>
    <a id="</style><img src=1 onerror=alert(1)>"></a>
  </style>
</svg>

然後使用者的程式把上面這個字串丟給 innerHTML，此時前面一再提到的 mutation 發生，所有的標籤都從 <svg> 裡面跳了出來，最終變成：

<svg></svg>
<p></p>
<style><a id="</style>
<img src=1 onerror=alert(1)>
"></a>
</style>

因為 <style> 也跳了出來，導致 <a> 元素不復存在，變成了純文字，因此 </style> 就提前閉合，讓原本隱藏著的 <img> 也從屬性內容變成了標籤，最後演變成 XSS。

問題的修復

為了修復這個問題，DOMPurify 在程式碼裡面特別加上了檢查，來避免受到 mXSS 的影響。

而同時這個問題也回報給了 Chromium，因為是 parser 的行為錯誤才導致了這個奇怪的 mutation：Issue 1005713: Security: Parser bug can introduce mXSS and HTML sanitizers bypass，結果在討論中開發者們發現這樣做是符合規格的，也就是說，這其實是一個 HTML 規格的 bug！

所以這個問題就變成規格也要修了，因此他們在規格的 repo 開了一個 issue：Unmatched p or br inside foreign context needs a special parser rule #5113。

最後的結果就是在規格中補上了新的規則，而 Chromium 也根據新的規則修復了這個漏洞。

於是之後就再也沒有產生過類似的漏洞，所有人都過著幸福快樂的生活⋯⋯嗎？

並沒有，後來 DOMPurify 又被發現了一個更複雜一點的繞過方式，但修復之後變得更加強壯，在那之後基本上都沒有發生問題。

當時發現這個問題的人叫做 Michał Bentkowski，是個非常熟悉前端資安的前輩，回報過各種大大小小的問題，對於 HTML parsing 還有各種機制都很了解，我們之後還會看到他所回報過的經典漏洞。

想要更深入研究這個問題的話，可以參考他以前寫過的文章，我的 mXSS 知識都是從他那邊學來的：