Source Code Analyse - Ein praktikabler Ansatz

Source Code Analyse
Ein praktikabler Ansatz
Marc Ruef
www.scip.ch
Hacking Day
11. Juni 2014, Zürich

Agenda | Source Code Analyse
1. Einführung
Wer bin ich 2 min
Was ist das Ziel 2 min
2. Source Code Analyse
Eintrittspunkte 5 min
Austrittspunkte 3 min
Subroutinen 5 min
Logische Abläufe 5 min
Grafische Schnittstellen 2 min
Parallelisierung 2 min
Experimentell 3 min
Dokumentation 2 min
3. Abschluss
Zusammenfassung 2 min
Fragerunde 10 min
Hacking Day 2014 2

Einführung | Wer bin ich?
Name Marc Ruef
Beruf Mitglied der Geschäftsleitung, scip AG, Zürich
Private Website http://www.computec.ch
Letztes eigenes Buch «Die Kunst des Penetration Testing»,
Computer & Literatur Böblingen,
ISBN 3-936546-49-5
Übersetzung
Hacking Day 2014
2013 2007 20022004
3

Einführung | Was ist das Ziel
◦ Ziel einer Source Code Analyse
◦ Identifikation von Schwachstellen im Quelltext einer Software
◦ Fehler
◦ Unsicherheiten
◦ Ineffizienz
◦ Unschönheiten
Hacking Day 2014 4

Einführung | Der praktikable Ansatz
◦ Praktikabler Ansatz soll
schnelle und akkurate
Resultate liefern
Hacking Day 2014 5
◦ Akademischer Ansatz ist sehr
aufwendig
1
2
4
5 6
7
8
9
3

Einführung | Struktur einer Software
Eingabe
Eintrittspunkte
Wo kommen Daten her?
Verarbeitung
Logik / Datenfluss
Was passiert mit den Daten?
Ausgabe
Austrittspunkte
Wo gehen die Daten hin?
Hacking Day 2014 6

Eintrittspunkte | Ermöglichen Manipulationen
Eintrittspunkt Exponiertheit Einfachheit
Argumente mittel-hoch hoch
Umgebungsvariablen gering hoch
Dateien mittel-hoch gering-hoch
Datenbanken gering-hoch gering-hoch
HTTP Dateiuploads mittel-hoch hoch
HTTP GET-Parameter hoch mittel-hoch
HTTP POST-Parameter mittel-hoch mittel-hoch
HTTP Cookies mittel mittel-hoch
HTTP Sessions gering gering
Hacking Day 2014 7

Eintrittspunkte | Beispiele
Eintrittspunkt PHP ASP JSP
Argumente • $argv
• $_SERVER['argv']
Interaktive
Eingabe
• fgets()
Umgebungs-
variablen
• $_ENV, getenv()
• apache_getenv()
• $_SERVER
• Request.ServerVariables
• objShell.ExpandEnvironm
entStrings()
• System.getenv()
• System.getProperty()
Dateien • fread()
• fgets()
• file()
• file_get_contents()
• file.OpenAsTextStream()
• objBinRead.readBinFile()
• InitialContext().lookup()
HTTP
Dateiuploads
• $_FILES • FileUploadControl
• objUpload("foo").SaveAs
• request.getPart()
HTTP GET-
Parameter
• $_GET, $_REQUEST
• $_SERVER
['QUERY_STRING']
• $HTTP_GET_VARS
• Request.QueryString • getParameter()
• getParameterValues()
• ${param['foo']}
• ${param.foo}
HTTP POST-
Parameter
• $_POST
• $_REQUEST
• $HTTP_RAW_POST_DATA
• $HTTP_POST_VARS
• Request.Form
• Request["foo"]
• getInputStream()
• getReader()
• ${param['foo']}
• ${param.foo}
HTTP Cookies • $_COOKIE • Request.Cookies • request.getCookies(),
${cookie['foo']},
${cookie.foo}
…

Eintrittspunkte | Suchen und Finden
01 maru@debian:~$ grep -H -n -r
'$_GET|$_POST|$_SERVER|$_COOKIE|$_FILE' *.php
02 foo.php:3:if($_GET['a'] 'foo'){
03 foo.php:5:}elseif($_POST['b'] 'bar'{
04 foo.php:6: echo htmlentities($_POST['c']);

Eintrittspunkte | Alternative Referenzierungen in PHP
◦ http://example.com/?foo=bar
◦ $_GET['foo']
◦ $_REQUEST['foo']
◦ $_SERVER['QUERY_STRING']
◦ parse_str($_SERVER['QUERY_STRING'], $arr); echo $arr['foo'];
◦ preg_match('/foo=([^&]*)/', $_SERVER['QUERY_STRING'], $matches);
echo $matches[1];
◦ substr($_SERVER['QUERY_STRING'], strpos($_SERVER['QUERY_STRING'],
'foo='));
◦ $HTTP_GET_VARS['foo'] (bis 4.1.0)
Hacking Day 2014 10

Austrittspunkte | Beispiele
Austrittspunkt PHP ASP JSP
Ausgabe • echo
• print
• printf()
• fprintf()
• sprintf()
• vprintf()
• print_r()
• Response.Write • out.println()
• out.print()
Datei schreiben • fwrite()
• file_put_contents()
• file.Write()
• file.WriteLine()
• InitialContext().bind()
MySQL Query • mysqli_query()
• mysqli_multi_query()
• mysqli_real_query()
• mysqli_send_query()
• mysqli_stmt_execute()
• objConn.Execute() • executeQuery()
• executeUpdate()
• execute()
Umgebungs-
variablen
• putenv() • System.setenv()
• System.setProperty()
Hacking Day 2014 11

Austrittspunkte | Erschliessen von Schwachstellen
◦ Pufferüberlauf ⇒ überlange Eingaben
◦ Format String ⇒ überlange Eingaben
◦ Directory Traversal ⇒ ../ Zeichensequenzen
◦ OS Command Injection ⇒ Sonderzeichen + Chaining
◦ HTML Injection ⇒ HTML Anweisungen
◦ Cross Site Scripting ⇒ HTML/JS Anweisungen
◦ SQL Injection ⇒ SQL Anweisungen + Chaining
◦ Open Redirects ⇒ URL/Link
Hacking Day 2014 12

Austrittspunkte | Beispiel eines Cross Site Scripting
01 <?php
02
03 // Eingabe:
04 // http://example.com/?foo=<script>alert('xss');</script>
05
06 // Eintrittspunkt
07 $foo = $_GET['foo'];
08
09 // Austrittspunkt
10 echo $foo;
11
12 ?>

Austrittspunkte | Program Slicing
◦ Forward Slicing
◦ Eintrittspunkt ⇒ Austrittspunkt
◦ Lesefluss wirkt natürlicher
◦ Typischerweise beim ersten Durchsehen des Codes
◦ Backward Slicing
◦ Austrittspunkt ⇒ Eintrittspunkt
◦ Alternative als Vier-Augen-Prinzip
◦ Effizienter bei gewissen Angriffstechniken (z.B. XSS)
Hacking Day 2014 14

Subroutinen | Intrinsische Ein-/Austrittspunkte
◦ Parameter
◦ Können entgegengenommen werden
◦ Können unterschiedliche Konventionen aufweisen
◦ Call by Value
◦ Call by Reference
◦ …
◦ Rückgabewerte
◦ Können zurückgegeben werden
◦ Können unterschiedliche Datentypen darstellen
◦ Boolean
◦ Integer
◦ String
◦ …
Hacking Day 2014 15

Subroutinen | Intrinsische Ein-/Austrittspunkte
01 <?php
02
03 // Uebergebe Benutzereingabe
03 $result = getResult($_GET['foo']);
04
05 // Zeige Resultat
06 echo $result;
07
08 // Funktion zur Abarbeitung
09 getResult($str){
10 return $str; // gebe Resultat zurueck
11 }
12
13 ?>

Subroutinen | Mikrokosmische Betrachtung
Eingabe
Eintrittspunkte
Wo kommen Daten her?
Ausgabe
Austrittspunkte
Wo gehen die Daten hin?
Hacking Day 2014 17

Subroutinen | Scope
◦ Objekte kennen einen Sichtbarkeitsbereich
◦ Globale Objekte
◦ Sind «übergeordnet»
◦ Können durch einzelne Routinen angesteuert/eingebunden werden
◦ Superglobal ⇒ echo $_GET['foo'];
◦ Global ($GLOBALS) ⇒ echo $GLOBALS['foo'];
◦ Global (Keyword) ⇒ global $foo; echo $foo;
◦ Lokale Objekte
◦ Sind nur durch die jeweiligen Routinen nutzbar
◦ Sollten nach dem Beenden der Routine durch den Garbage Collector
zerstört werden
Hacking Day 2014 18

Subroutinen | Scope
Software
Modul
Global
LokalSubroutine
Global
Global
Lokal
Lokal
Lokal
Subroutine
Subroutine
Subroutine
Modul
Superglobal

Subroutinen | Scope Beispiel
01 <?php
02
03 // $_GET ist superglobal
04 // $result ist gobal
06 echo $result;
07
08 getResult($str){
09 // $str ist lokal
10 return $str;
11 }
12
13 ?>

Logische Abläufe | Kontrollstrukturen
◦ Kontrollstrukturen bestimmen Programmablauf
◦ if, elseif, else
◦ for, foreach, while, do, until
◦ switch, case
◦ break, continue
◦ goto, return, exit
Hacking Day 2014 21

Logische Abläufe | Fehler 1: Zuweisung anstatt Vergleich
01 <?php
02
04 echo $result;
05
06 getResult($str){
07 // Parameter wird zugewiesen; ist immer TRUE
08 if($str = 'bar'){
09 return $str;
10 }
11 }
12
13 ?>

Logische Abläufe | Fehler 2: Toter Code
01 <?php
02
04 echo $result;
05
06 getResult($str){
07 if($str > 0){
08 // Kann ausgefuehrt werden
09 }elseif($str > 10){
10 // Kann niemals ausgefuehrt werden
11 }else{
12 // Kann ausgefuehrt werden
13 }
12 }
13
14 ?>

Logische Abläufe | Fehler 3: Typenunsichere Prüfung
01 <?php
02
04 echo $result;
05
06 getResult($str){
07 if(strpos($str, '<')){
08 return ''; // nur falls an Position >0
09 }else{
10 return $str; // auch falls an Position 0
11 }
12 }
13
14 ?>

Logische Abläufe | Typenunsichere Prüfung bei PHP
TRUE FALSE 1 0 -1 "1" "0" "-1" NULL arr() "php" ""
TRUE TRUE FALSE TRUE FALSE TRUE TRUE FALSE TRUE FALSE FALSE TRUE FALSE
FALSE FALSE TRUE FALSE TRUE FALSE FALSE TRUE FALSE TRUE TRUE FALSE TRUE
1 TRUE FALSE TRUE FALSE FALSE TRUE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE
0 FALSE TRUE FALSE TRUE FALSE FALSE TRUE FALSE TRUE FALSE TRUE TRUE
-1 TRUE FALSE FALSE FALSE TRUE FALSE FALSE TRUE FALSE FALSE FALSE FALSE
"1" TRUE FALSE TRUE FALSE FALSE TRUE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE
"0" FALSE TRUE FALSE TRUE FALSE FALSE TRUE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE
"-1" TRUE FALSE FALSE FALSE TRUE FALSE FALSE TRUE FALSE FALSE FALSE FALSE
NULL FALSE TRUE FALSE TRUE FALSE FALSE FALSE FALSE TRUE TRUE FALSE TRUE
arr() FALSE TRUE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE TRUE TRUE FALSE FALSE
"php" TRUE FALSE FALSE TRUE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE TRUE FALSE
"" FALSE TRUE FALSE TRUE FALSE FALSE FALSE FALSE TRUE FALSE FALSE TRUE
http://www.scip.ch/?labs.20120503
Hacking Day 2014 25
Beispiel wird gerne mit PHP gemacht. Aber
viele andere typenunsichere Sprachen
verhalten sich ähnlich «irrational».

Logische Abläufe | Fehler 4: Apple Goto Fail [CVE-2014-1266]
01 if ((err = SSLFreeBuffer(&hashCtx)) != 0)
02 goto fail;
03
04 if ((err = ReadyHash(&SSLHashSHA1, &hashCtx)) != 0)
05 goto fail;
06 if ((err = SSLHashSHA1.update(&hashCtx, &clientRandom)) != 0)
07 goto fail;
08 if ((err = SSLHashSHA1.update(&hashCtx, &serverRandom)) != 0)
09 goto fail;
10 if ((err = SSLHashSHA1.update(&hashCtx, &signedParams)) != 0)
11 goto fail;
12 goto fail;
13 if ((err = SSLHashSHA1.final(&hashCtx, &hashOut)) != 0)
14 (...)

Datenverarbeitung | Konstruierte Datensätze am Beispiel PHP
Konstruktion Strings Arrays
Konkatenation • $c = 'a' . 'b';
• $e.= 'd';
• echo $c,$e;
• array_combine()
• array_merge()
• array_merge_recursive()
• array_push()
• compact()
• implode() / join()
Diskonkatenation • chunk_split()
• explode()
• preg_split()
• split()
• strtok()
Teilstrings • preg_match()
• substr()
• array_chunk()
• array_filter()
• array_pop()
• array_reduce()
• array_shift()
• array_slice()
Ersetzen • preg_filter()
• preg_replace()
• str_ireplace()
• str_replace()
• substr_replace()
• array_replace()
• array_replace_recursive()
• array_splice()
Sortieren • strrev()
• str_shuffle()
• arsort()
• array_multisort()
• array_reverse()
• krsort()
• ksort()
• natcasesort()
• natsort()
• shuffle()
• sort()
• rsort()
• uasort()
• uksort()
• usort()

Datenverarbeitung | Erweiterte Funktionen
Angriff PHP ASP JSP
Directory
Traversal
• basename()
• realpath()
Cross Site
Scripting
• htmlentities()
• htmlspecialchars()
• Server.HTMLEncode() • escapeHtml()
SQL Injection • mysql_real_escape_string()
• mysqli_real_escape_string()
• sqlite_escape_string()
• addslashes()
• PDO::quote()

Datenverarbeitung | Str-Manipulation erschliesst Schwachstelle
01 <?php
02
03 // Eingabe:
04 // http://example.com/?foo=<script>alert('&bar=xss');</script>
05
06 // Eingaben werden separat vorbereitet
07 $var1 = substr($_GET['foo'], 0, 15);
08 $var2 = substr($_GET['bar'], 0, 15);
09
10 // Ausgabe
11 echo $var1.$var2;
12
13 ?>

Grafische Schnittstellen | Eine andere Denkweise
◦ Eintrittspunkte bei prozeduralen Projekten sind simpel
◦ Bei grafischen Schnittstellen müssen Events verstanden werden
◦ Wann wird ausgelöst?
◦ Was wird ausgelöst?
Hacking Day 2014 30

Grafische Schnittstellen | Fehlerhafte Events
01 ''' Textbox erlaubt ausschliesslich Zahleneingaben
02 Private Sub txtProductID_KeyPress(KeyAscii As Integer)
03 Select Case KeyAscii
04 Case vbKey0 To vbKey9
05 Case vbKeyBack, vbKeyClear, vbKeyDelete
06 Case vbKeyLeft, vbKeyRight, vbKeyUp, vbKeyDown, vbKeyTab
07 Case Else
08 KeyAscii = 0
09 Beep
10 End Select
11 End Sub

Grafische Schnittstellen | 76 Events für TextBox in VS2013
◦ Layout
◦ Leave
◦ LocationChanged
◦ LostFocus
◦ MarginChanged
◦ ModifiedChanged
◦ MouseCaptureChanged
◦ MouseClick
◦ MouseDoubleClick
◦ MouseDown
◦ MouseEnter
◦ MouseHover
◦ MouseLeave
◦ MouseMove
◦ MouseUp
◦ MouseWheel
◦ Move
◦ MultilineChanged
◦ PaddingChanged
◦ Paint
◦ ParentChanged
◦ PreviewKeyDown
◦ QueryAccessibilityHelp
◦ QueryContinueDrag
◦ ReadOnlyChanged
◦ RegionChanged
◦ Resize
◦ RightToLeftChanged
◦ SizeChanged
◦ StyleChanged
◦ SystemColorsChanged
◦ TabIndexChanged
◦ TabStopChanged
◦ TextAlignChanged
◦ TextChanged
◦ Validated
◦ Validating
◦ VisibleChanged
◦ AcceptsTabChanged
◦ AutoSizeChanged
◦ BackColorChanged
◦ BackgroundImageChanged
◦ BackgroundImageLayoutChanged
◦ BindingContextChanged
◦ BorderStyleChanged
◦ CausesValidationChanged
◦ ChangeUICues
◦ Click
◦ ClientSizeChanged
◦ ContextMenuChanged
◦ ContextMenuStripChanged
◦ ControlAdded
◦ ControlRemoved
◦ CursorChanged
◦ Disposed
◦ DockChanged
◦ DoubleClick
◦ DragDrop
◦ DragEnter
◦ DragLeave
◦ DragOver
◦ EnabledChanged
◦ Enter
◦ FontChanged
◦ ForeColorChanged
◦ GiveFeedback
◦ GotFocus
◦ HandleCreated
◦ HandleDestroyed
◦ HelpRequested
◦ HideSelectionChanged
◦ ImeModeChanged
◦ Invalidated
◦ KeyDown
◦ KeyPress
◦ KeyUp
32

Grafische Schnittstellen | Validierung
◦ Wann wird ein Control validiert?
◦ Focus
◦ GotFocus
◦ LostFocus
◦ ...
◦ Maus Events
◦ Click
◦ DoubleClick
◦ DragDrop
◦ DragEnter
◦ …
◦ Key Events
◦ KeyDown
◦ KeyPress
◦ KeyUp
◦ ...
Hacking Day 2014 33

Grafische Schnittstellen | Modalität
◦ Frames kennen eine Modalität
◦ Modal
◦ Immer im Fokus
◦ Erfordert Close, Hide oder Unload
◦ Weiterer Code wird erst danach ausgeführt
◦ Modeless
◦ Erlaubt Fokuswechsel
◦ Weiterer Code wird unmittelbar nach Anzeige ausgeführt
◦ Child (Windows)
◦ Erlaubt Modal und Modeless
◦ Ist an Parent gebunden
◦ Verhält sich gleich wie Parent bei Close, Hide, Unload und Minimize
Hacking Day 2014 34

Grafische Schnittstellen | Beispiel iPhone Lockscreen 08.06.2014
http://www.scip.ch/?vuldb.13481

Parallelisierung | Zusätzliche Komplexität
◦ Abhängigkeiten werden eingeführt
◦ Nachvollziehbarkeit wird erschwert
◦ Heisenbugs sind möglich
◦ Durch das Beobachten eines Bugs wird dessen Verhalten beeinflusst
Hacking Day 2014 36

Parallelisierung | Gefahr einer Race Condition
01 Private Sub Form_Load()
02 Me.Caption = "Foo 2.0"
03 Screen.MousePointer = vbHourglass
04 With tlbMenu.Buttons
05 .Item(1).Enabled = True
06 .Item(2).Enabled = True
07 .Item(3).Enabled = False 'deaktiviere Debug Moeglichkeiten
08 End With
09 Screen.MousePointer = vbDefault
10 End Sub

Dokumentation | Beispiel eines Findings
High Reflektives Cross Site Scripting ID 42
Risiko 5.0/10 (CVSS2#AV:N/AC:L/Au:N/C:N/I:P/A:N)
Datei /foo.php
Funktion getResult()
Parameter $_GET['foo'] (extern), $str (lokal)
Zeilen 09-11
Beschreibung Durch eine fehlerhafte Eingabeüberprüfung wird es möglich, eigenen Script-Code zu
injizieren, der bei der Ausgabe übernommen wird. Dadurch ist es Möglich, das
Erscheinungsbild und Verhalten der Webapplikation zu manipulieren.
Massnahme Die Eingabe sollte mit einer Whitelist auf ihre Korrektheit hin geprüft oder die Ausgabe
mittels htmlentities() dargestellt werden.
OWASP OWASP-DV-001
Links http://www.scip.ch/?labs.20110914 (Eingabeprüfung im Detail)

Dokumentation | Der Kontext wird wichtig
◦ Eine Software kann isoliert betrachtet werden
◦ Das Mitberücksichtigen des Kontexts generiert Qualität
◦ Technische Umsysteme
◦ Benutzerverhalten
◦ Geschäftsprozesse
Hacking Day 2014 39

Experimentell | Der Ansatz von codEX
Hacking Day 2014 40
1. Original-Quelltext wird in
METACODE™ umgewandelt
2. Token werden ausgemacht
und analysiert
3. Logische Entscheidungen und
Datenfluss werden ermittelt
4. Schwachstellen werden
identifiziert
http://www.computec.ch/projekte/codex/

Experimentell | Beispiel einer Analyse mit codEX
Hacking Day 2014 41

Abschluss | Zusammenfassung
◦ Source Code Analysen sind ein mächtiges Werkzeug
◦ Damit lassen sich effizient und zuverlässig Schwächen erkennen
◦ Verständnis für die zugrundeliegende Sprache ist unabdingbar
◦ Eintritts- und Austrittspunkte sind die Ausgangslage
◦ Logische Entscheidungen und Datenfluss müssen verstanden werden
◦ Ein Report muss die Resultate nachvollziehbar festhalten
◦ Es gibt viele potentielle Möglichkeiten für Verbesserungen
Hacking Day 2014 42

Abschluss | Literatur (Source Code Analyse Allgemein)
Hacking Day 2014 43
Principles of Program Analysis (2010)
Fleming Nielson, Hanne Riis Nielson, Chris Hankin
Sehr theoretischer aber umfangreicher Einstieg ins Thema der Software-Analyse
ISBN 978-3642084744
Advanced Programming Language Design (1995)
Raphael Finkel
Historische Herleitung von Programmiersprachen und ihren Paradigmen
ISBN 978-0805311914
Source Code Analyse - Eine Einführung (2014)
Marc Ruef
Zusammenfassung dieses Vortrags mit zusätzlichen Informationen
http://www.scip.ch/?labs.20140425
Code Reading (2003)
Diomidis Spinellis
Einführung in das Lesen und Verstehen von Code
ISBN 978-0201799408

Abschluss | Fragen
Hacking Day 2014 44

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Hacking Day 2014 45

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