JavaWeb解压缩漏洞之ZipSlip与Zip炸弹

前言

前面一篇博文《Android Zip解压缩目录穿越导致文件覆盖漏洞》介绍过 Android 系统 Zip 文件解压缩场景下的目录穿越漏洞，近期在学习 JavaWeb 代码审计的时候从 github 看到《OpenHarmony-Java-secure-coding-guide.md》中“从 ZipInputStream 中解压文件必须进行安全检查”章节提及 JavaWeb 系统同样涉及此类目录穿越漏洞，同时还涉及 Zip 炸弹的攻击场景，故在此学习记录下。

Zip Slip

此类漏洞指的是解压 zip 文件时没有校验各解压文件的名字，如果文件名包含 ../ 会导致解压文件被释放到目标目录之外的目录。

在《Android Zip解压缩目录穿越导致文件覆盖漏洞》一文已经讲过原理，不再过多赘述。直接沿用原来的恶意 Zip 生成代码和 Zip 解压缩代码即可：

import zipfile


def zip_slip_file(output_path):
    try:
        with open("source/test.txt", "r") as f:
            binary = f.read()
            zipFile = zipfile.ZipFile(output_path, "a", zipfile.ZIP_DEFLATED)
            zipFile.writestr("../../test.txt", binary)
            zipFile.close()
    except Exception as e:
        print(e)


if __name__ == '__main__':
    zip_slip_file(r'result/test.zip')

    public static void unzipFile(String zipPtath, String outputDirectory) throws IOException {
        File file = new File(outputDirectory);
        if (!file.exists()) {
            file.mkdirs();
        }
        InputStream inputStream = new FileInputStream(zipPtath); ;
        ZipInputStream zipInputStream = new ZipInputStream(inputStream);
        byte[] buffer = new byte[1024 * 1024];
        int count;
        ZipEntry zipEntry;
        while ((zipEntry = zipInputStream.getNextEntry()) != null){
            if (!zipEntry.isDirectory()) {
                String fileName = zipEntry.getName();
                System.out.println("解压文件的名字： " + fileName + "，解压文件的大小： " + zipEntry.getSize());
                file = new File(outputDirectory + File.separator + fileName);
                file.createNewFile();
                FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(file);
                while ((count = zipInputStream.read(buffer)) > 0) {
                    fileOutputStream.write(buffer, 0, count);
                }
                fileOutputStream.close();
            }
        }
        zipInputStream.close();
        System.out.println("解压完成!");
    }

运行结果如下，成功进行路径穿越：

在实际漏洞利用中，可借助上述 Zip Slip 漏洞，对系统重要文件或可执行文件进行被覆盖，从而造成系统故障或任意代码执行的危害。

Zip 炸弹

重点介绍下 Zip 炸弹，先看下 OpenHarmony Java 安全编码指导文档的相关描述：

Zip 炸弹的大致原理是 zip 炸弹文件中有大量刻意重复的数据，这种重复数据在压缩的时候是可以被丢弃的，这也就是压缩后的文件其实并不大的原因。最为典型的 Zip 炸弹就是 42.zip，一个 42KB 的文件，解压完其实是个 4.5 PB（1 PB=1024 TB）的“炸弹”，详细原理可参见：A better zip bomb。

漏洞演示

Github 有生成 Zip 炸弹的现成项目： CreeperKong/zipbomb-generator。

脚本用法很简单，如下指定生成包含一个 3.9G 左右大小的 test.zip 文件：

python zipbomb.py --mode=quoted_overlap --num-files=1 --compressed-size=3999999 > test.zip

修改 --num-files=10 参数则可以令 zip 中包含 10 个重复的上述文件（当然还可以包含更多）：

由上面可见，如果 Web 服务器从客户端发送过来的 http 报文中提取 zip 文件并进行解压缩的时候没校验 zip 文件夹内部文件的大小的话，将导致攻击者可以传递 zip 炸弹耗尽服务器资源，形成严重的 Dos 攻击。

历史上知名组件的相关漏洞的话可以参见 ZIP bomb vulnerability in HuTool：

错误修补

上文提到使用 zipEntry.getSize() 函数获取 zip 文件大小是不可取，zipEntry.getSize()是从 zip 文件中的固定字段中读取单个文件压缩前的大小，如何篡改并欺骗服务器？

先模仿一段存在缺陷的修复代码：

    public static void unzipFile(String zipPtath, String outputDirectory) throws IOException {
        File file = new File(outputDirectory);
        if (!file.exists()) {
            file.mkdirs();
        }
        InputStream inputStream = new FileInputStream(zipPtath); ;
        ZipInputStream zipInputStream = new ZipInputStream(inputStream);
        byte[] buffer = new byte[1024 * 1024];
        int count;
        ZipEntry zipEntry;
        while ((zipEntry = zipInputStream.getNextEntry()) != null){
            if (!zipEntry.isDirectory()) {
                String fileName = zipEntry.getName();
                System.out.println("解压文件的名字： " + fileName + "，解压文件的大小： " + zipEntry.getSize());
                // 判断被压缩的文件的大小，单个文件不得大于4Mb
                if(zipEntry.getSize() < 4096){
                    file = new File(outputDirectory + File.separator + fileName);
                    file.createNewFile();
                    FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(file);
                    while ((count = zipInputStream.read(buffer)) > 0) {
                        fileOutputStream.write(buffer, 0, count);
                    }
                    fileOutputStream.close();
                }else {
                    System.out.println("文件大小超出限制！");
                    return;
                }
            }
        }
        zipInputStream.close();
        System.out.println("解压完成!");
    }

上述代码判断被压缩的文件的大小，单个文件不得大于 4Mb，如何绕过？

步骤很简单，首先下载用于修改二进制文件的 010editor 软件，安装后打开上面演示用的 Zip 炸弹 test.zip（包含了一个 3.9G 的大文件）：

修改图示 frUncompressedsize 字段的值后，重新运行 Java 程序对其进行解压缩，可成功绕过文件大小限制，解压出目标文件：

用 VSCode 可成功打开上述解压缩出来的文件（文件内容全都是 aaaaa……），意味着文件并未损坏：

可以看到，此时zipEntry.getSize() 函数获取到的压缩文件大小已经变成我们修改完以后的值（10），同时成功解压缩出 3.9G 大小的目标文件，成功绕过了修复代码对于压缩文件的大小限制。

值得注意的是，从上述截图也可以看到修改了 zip 文件的 frUncompressedsize 字段的值以后，解压缩 zip 文件会报错，如果直接使用 7-zip 进行解压缩的话更是直接报错而终止，提取不出任何文件：

java.util.zip.ZipException: invalid entry size (expected 10 but got 396289 bytes)
	at java.util.zip.ZipInputStream.readEnd(ZipInputStream.java:384)
	at java.util.zip.ZipInputStream.read(ZipInputStream.java:196)
	at java.io.FilterInputStream.read(FilterInputStream.java:107)
	at Util.Util.unzipFile(Util.java:42)
	at Main.main(Main.java:14)

但是通过实践也可以看到，通过上述 Java 代码可成功解压缩出来目标文件，这样子的话就不影响我们通过修改 zip 文件的 frUncompressedsize 字段的值，制作 zip 炸弹绕过服务端的文件大小校验检测，完成攻击利用。

安全编码

最后直接看看《OpenHarmony-Java-secure-coding-guide》提供的 Zip 文件解压缩的安全编码示例：

private static final long MAX_FILE_COUNT = 100L;
private static final long MAX_TOTAL_FILE_SIZE = 1024L * 1024L;

...

public void unzip(FileInputStream zipFileInputStream, String dir) throws IOException {
    long fileCount = 0;
    long totalFileSize = 0;
    try (ZipInputStream zis = new ZipInputStream(zipFileInputStream)) {
        ZipEntry entry;
        String entryName;
        String entryFilePath;
        File entryFile;
        byte[] buf = new byte[10240];
        int length;
        while ((entry = zis.getNextEntry()) != null) {
            entryName = entry.getName();
            //先对文件名的合法性进行校验
            entryFilePath = sanitizeFileName(entryName, dir);
            entryFile = new File(entryFilePath);
            if (entry.isDirectory()) {
                creatDir(entryFile);
                continue;
            }
            fileCount++;
            //对zip压缩包中的文件数量进行限制，设置了上限阈值
            if (fileCount > MAX_FILE_COUNT) {
                throw new IOException("The ZIP package contains too many files.");
            }
            //此处不再同通过zipEntry.getSize()函数获取 zip 文件大小，而是通过文件数据流直接读取整个文件的数据并统计大小
            try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(entryFile)) {
                while ((length = zis.read(buf)) != -1) {
                    totalFileSize += length;
                    zipBombCheck(totalFileSize);
                    fos.write(buf, 0, length);
                }
            }
        }
    }
}

//防止压缩文件名携带../导致的Zip Slip路径穿越漏洞
private String sanitizeFileName(String fileName, String dir) throws IOException {
    File file = new File(dir, fileName);
    String canonicalPath = file.getCanonicalPath();
    if (canonicalPath.startsWith(dir)) {
        return canonicalPath;
    }
    throw new IOException("Path Traversal vulnerability: ...");
}

private void creatDir(File dirPath) throws IOException {
    boolean result = dirPath.mkdirs();
    if (!result) {
        throw new IOException("Create dir failed, path is : " + dirPath.getPath());
    }
    ...
}

//防止zip炸弹
private void zipBombCheck(long totalFileSize) throws IOException {
    if (totalFileSize > MAX_TOTAL_FILE_SIZEG) {
        throw new IOException("Zip Bomb! The size of the file extracted from the ZIP package is too large.");
    }
}

上述示例中，一共做了 3 项目安全检查：

在解压每个文件之前对其文件名进行校验，如果校验失败，整个解压过程会被终止，防止路径穿越漏洞；
解压缩过程中，对每个文件通过文件数据流识别其实际大小，如果达到指定的阈值（MAX_TOTAL_FILE_SIZE），会抛出异常终止解压操作；
同时，程序会统计解压出来的文件的数量，如果达到指定阈值（MAX_FILE_COUNT），会抛出异常终止解压操作。

总结

从上面的安全示例编码可以看到，简简单单的一个常见 Zip 文件解压缩过程，需要做的安全校验却并不少。总的来说，研发人员在编写对用户可见的 zip 文件上传功能时，一定要严格校验好 zip 文件中待解压缩的文件文件名是否包含../非法字符，校验带解压的文件大小，同时禁止通过 zipEntry.getSize() 函数获取 zip 文件大小，最后也需要校验下解压缩出来的文件总数（设置阈值，毕竟积少成多，通过大量中小型文件也可以完成 zip 炸弹攻击）。

本文参考文章：