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nginx解析漏洞允许缓存投毒攻击

许多nginx用户会使用Google公共DNS,OpenDNS 或ISP 的解析器解析器等解析程序指令来配置 nginx,但是这当中存在很大的风险,唯一安全的选择是在本地主机上运行一个解析器。
发布时间:2016-08-29 14:39        来源:360.cn        作者:

许多nginx用户会使用Google公共DNS,OpenDNS 或ISP 的解析器解析器等解析程序指令来配置 nginx,但是这当中存在很大的风险,唯一安全的选择是在本地主机上运行一个解析器。

我发现,不仅 nginx 的存根 (stub) 解析器会生成非随机的或可预见的 DNS txids,连每个 nginx 的工作进程都会在每个 DNS 查询中使用相同的 UDP 源端口。

只要使用一个简短的脚本就可以在Linux (GNU C 库) 中预测Nginx 的 txids。

这些缺陷允许恶意攻击者发送欺骗性的 DNS 回复去感染解析程序缓存,导致 nginx 代理 HTTP 会向任何攻击者指定的上游服务器发送请求,从而访问到浏览器的恶意内容。

奇怪的是 nginx 开发人员并不认为这存在任何安全问题。在我向 security-@nginx.org 报告之后,他们只修补一部分问题并且拒绝修补其他问题,也没有发布安全咨询。所以我觉得必须要公开我的调查结果,告知nginx 用户他们所面临的潜在风险 。

细节

Nginx 生成 DNS txids所使用的是用于在 Linux/Unix 上random() 和在 Windows 上 rand () 的宏ngx_random() 。

问题 1:

在 Windows 上,nginx 从来没有通过 srand()发送种子 PRNG ,所以 C盘会默认为 1,导致 txids 总是遵循同样的次序,而不是随机种子︰ 41,18467,6334、 26500,19169,15724......

问题 2:

在 Linux 上,对于random() 的依靠使得 txids 变得可预测,因为特定配置下的 nginx 会将random() 值泄漏给远程用户:当ngx_mail_core_module 启用时通过 SMTP/POP3/IMAP CRAM-MD5盐功能,或有时会通过标头暴露客户的$request_id 变量。

问题 3;

在所有平台上,nginx的每个工作进程都允许 OS 选择随机的 UDP 源端口发送 DNS 查询。工作进程会重用遍又一遍的在同一端口发送所有查询,直到 nginx 重新启动。既然猜测 txid是可行的,攻击者只需要蛮力进入源端口就可以感染 nginx 的解析程序缓存。OS TCP/IP 堆栈通常会从Linux中的一系列的 28232 个端口和Windows 上的16384个 端口中选择。攻击者可以一次性确认正确端口。随后,他就可以使用一个假DNS 答复进行攻击,因为端口已知,txid也是可预测的。

攻击场景

首先,成功感染 nginx 的 DNS 缓存的要求是,攻击者需要︰

•知道nginx 尝试解析的主机名 ;

•知道配置nginx 所使用的解析器 。

场景 1

此方案演示如何利用问题 1。

使用下面的nginx.conf 在 Windows 上运行Nginx︰

#nginx.conf http{ server{ listen9980; server_namefrontend.example.com; resolver8.8.8.8; location/{ set$targethttp://backend.example.com; proxy_pass$target; } } }

如果 Nginx 实例相对繁忙 (例如说每两次或更多次才能处理一个请求,以保持 nginx 每次在缓存项过期后不断解决后端名称问题),那么︰

1.攻击者可以看到后端的主机名,并且能看见1 小时之内的TTL 。

2.现在他可以确定,当启动 nginx 代理第一次请求 t = 0时,它会用txid = 41发出一个 DNS 查询等。这是因为,正如我刚才所解释的那样,在 Windows 中nginx 未能种子 PRNG,因此始终会生成相同的序列。

3.攻击者确定 nginx 什么时候会启动,也知道它会用哪个txid来发送下一个 DNS 查询。

4.攻击者等待后端的 IP 地址在nginx 的缓存中过期。例如这可能在 t = 100 h发生,那么攻击者就会知道 nginx 将使用随机值序列中第 101随机值由 rand () 返回。当它再缓存中过期时,nginx可能需要几百毫秒查询 8.8.8.8才能作出答复。在同一时间攻击者可以随机地将多个诈骗 DNS 回复与预测 txid 发送到不同的 UDP 端口,在这段时间里他能够发送 1000次诈骗答复。

5.第一次的中毒尝试将可能失败,因为 Windows 从一系列的 16384 端口 (49152 – 65535)中只选择一个源端口。所以如果他失败了,攻击者下次尝试会再从 nginx 的缓存过期后端的 IP 地址进行无限量的尝试。

6.Nginx 将然后代理攻击者服务器的所有请求,直到 TTL 过期。下一次感染尝试就会简单得多,因为此时攻击者已经知道哪一组端口是无效的。

截至 2016 年 8 月 24 日,这种攻击在发布到目前为止的所有 nginx 版本上都有效。我的报告公布后,开发人员在 2016 年 8 月 4 日进行了修补,因此即将发布的1.11.4版本应该会包括此修复程序。然而 nginx 开发人员认为这不是一个安全漏洞,尽管一切都那么显而易见。

场景2

此方案演示如何利用问题 2。

它需要使用CRAM-MD5验证启用 (不是默认)将nginx 配置为 SMTP、 POP3 或 IMAP 这样它才能将$request_id 报告给客户端。

我选择在这里展示使用 SMTP 的终结点在 Linux/Unix 上运行Nginx的过程︰

#nginx.conf http{ server{ listen9980; server_namefrontend.example.com; resolver8.8.8.8; location/{ set$targethttp://backend.example.com; proxy_pass$target; } } } mail{ server_namemy-name; auth_httphttp://localhost/; smtp_authcram-md5; server{ listen1025; protocolsmtp; } }

使用此配置,nginx会通过CRAM-MD5 盐泄漏用于 SMTP/POP3/IMAP 认证的 random() 值︰

$telnetlocalhost1025 [...] 220my-nameESMTPready HELOfoo 250my-name AUTHCRAM-MD5 334PDE2OTM3OTc3NS4xNDcxOTgyODMxQG15LW5hbWU+ $echoPDE2OTM3OTc3NS4xNDcxOTgyODMxQG15LW5hbWU+|opensslbase64-d <169379775.1471982831@my-name>

169379775 < 169379775.1471982831@my-name > 中的整数就是由 random() 返回的值。GNU C 库的这一功能允许攻击者预测未来的返回值。我写了示范 Python 脚本script cram-md5-predict-random.py连接到 nginx 的 SMTP 终结点︰

$./cram-md5-predict-random.py Connectingtolocalhost:1025... [...] Nextrandom()valuewillbe:693589235(75%prob.)or693589236(25%prob.) NextDNStxidwillbe:21747or21748

接下来我们可以通过运行 nginx 试图解决 backend.example.com 数据包时在浏览器中请求 http://localhost:9980 验证此 txid 预测。

$tcpdump-n"port53andhost8.8.8.8" [...] 15:15:31.419931IP10.110.0.117.44335>8.8.8.8.53:21747+A?backend.example.com.(37) 15:15:31.527168IP8.8.8.8.53>10.110.0.117.44335:21747NXDomain0/1/0(94)

攻击者感染 nginx 的 DNS 缓存会采取的步骤︰

1.攻击者会运行runs cram-md5-predict-random.py来预测下一个 txid 值 (其中有 75%的机会是正确的)。

2.然后他要么采用强力方法开始不断发送欺骗的 DNS 回复到nginx 的不同的 UDP 端口;最终等到 nginx 的缓存后端 IP 地址过期,nginx 尝试重新解析它并将接受欺骗答复发送到正确的端口。或者攻击者可能只有当 nginx 试图重新解析后端主机名时才发送欺骗的 DNS 回复以节省网络带宽。

3.当 nginx 重新解析主机名时,它可能需要几百毫秒来接收合法的答复。在这段时间,攻击者就可以发送欺骗性的 DNS 回复。

4.第一次的感染尝试可能会失败,因为默认情况下的 Linux 会从一系列28232个端口中选择端口 (net.ipv4.ip_local_port_range = 32768 60999)。如果失败了,攻击者下次会尝试再从 nginx 的缓存过期后端的 IP 地址进行无限量的尝试。

5.Nginx 然后就会代理攻击者服务器的所有请求,直到 TTL 过期。

修复方案︰

1.放弃使用random()/rand() 作为 PRNG 生成 txids。改为使用getrandom(2的系统调用、/ dev/urandom 或者 CryptGenRandom() 的熵。

2.随机化 UDP 源端口的每个 DNS 查询。

但开发商拒绝考虑这些问题中的任何一个安全问题,也没有发表安全咨询,所以漏洞还是没有得到解决︰他们还在继续使用 random()/rand(),并且他们仍然没有随机化每个查询的源端口。

受影响 nginx 版本

截至 2016 年 8 月 24 日,所有曾经附带解析器的 nginx 版本都会受到影响:

•0.6.18版本以上,包括0.6.39版本

•0.7版本以上,包括0.7.69版本

•0.8版本以上,包括0.8.55版本

•1.0 版本以上,包括1.0.15版本

•1.2 版本以上,包括1.2.9版本

•1.4 版本以上,包括1.4.7版本

•1.6 版本以上,包括1.6.3版本

•1.8 版本以上,包括1.8.1版本

•1.10 版本以上,包括1.10.1版本

•1.11版本以上,包括1.11.3版本

即将发布的如 1.11.4 版本应该会包含部分问题的修复程序,但是绝不是全部。

 

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