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基于PHP扩展的WAF实现

0x00 前言

最近上(ri)网(zhan)上(ri)多了，各种狗啊盾啊看的好心烦，好多蜜汁shell都被杀了，搞的我自己也想开发这么一个斩马刀，顺便当作毕设来做了。

未知攻，焉知防。我们先来看看shell们都是怎么躲过查杀的：加密、变形、回调、隐藏关键字……总之就是一句话，让自己变得没有特征，这样就可以躲过狗和盾的查杀。但是万变不离其宗，无论怎么变形，最终都会回到类似这样的格式：

#!php $_GET($_POST)

分为执行数据部分( $_GET )和传递数据的部分( $_POST )，也就是说，无论怎么变形，在执行的过程中都会变成这个样子，接下来还是去执行类似 system() , exec() , eval() 等等函数，那么我们就直接定位到这里，检测该脚本是否调用危险函数，或是在脚本调用这些函数的时候进行分析，判断该脚本是否为非法用户的shell，会取到很不错的防御效果。

0x01 如何获取先机

既然分析出来了问题的根结，那么下一步就是要控制住这些危险函数的入口点，即 system() 等函数的底层入口，就像 Windows API 中 hook 掉 zw 系列函数一样，我们也要 hook 掉 system() 这些函数。

这里我们需要用到 PHP Extension ，即PHP扩展，位于PHP内核zend和PHP应用代码之间，很明显，扩展可以监控应用层代码的执行细节，也可以调用内核提供的ZEND API接口，包括禁用类、禁用函数等等。图为PHP结合其他必要组件的基本结构。

基于PHP扩展的WAF实现

在ZEND中提供了接口供我们进行这样的操作，通过 zend_set_user_opcode_handler 就可以达到目的，根据某大牛所说，只需要 hook 三个 OPCODE 即可。

#!c ZEND_INCLUDE_OR_EVAL        处理eval()、require等 ZEND_DO_FCALL               函数执行system()等 ZEND_DO_FCALL_BY_NAME       变量函数执行 $func = "system";$func();等

以 ZEND_DO_FCALL 为例，在 MINIT 中将 ZEND_DO_FCALL 替换掉：

#!c zend_set_user_opcode_handler(ZEND_DO_FCALL, LIGHT_DO_FCALL);

接着定义自己的处理函数，这里是 LIGHT_DO_FCALL 。

#!c static int LIGHT_DO_FCALL(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) {  /* 检测是否为合法调用 */  if (/*非法调用*/)  {   /*拦截掉，不执行。*/  }  else  {   /*合法调用，继续执行*/   return ZEND_USER_OPCODE_DISPATHC;  }    }

这样一个骨架就完成了，其余的内容可以自行添加。这样每当调用 system() 等函数时，都会经过你自己的 LIGHT_DO_FCALL ，于是就可以对上层的代码执行进行检查了。

0x02 上面的方法太粗暴

上面的方法固然是好，但是误判会很多，甚至一个普通的函数调用都会直接被ban掉。这样的WAF放在业务中一定会被喷出翔的。我们需要换个思路。

之前已经说过了，无论如何变形、加密、隐藏关键字等，最终都需要调用到 system() ， eval() 等函数，终究是逃不过这些的。那么我们把刚才的思路的变一下，不要直接hook那几个 OPCODE ，向上走一层。

eval() 函数在底层是要调用 zend_compile_string 函数的，那么我们是不是可以在底层重载掉 zend_compile_string 函数，或是用自己的函数替换掉呢？答案肯定是可以的，我们只需要重写自己的 zend_compile_string 函数即可。

但是对于 system 来说有些不一样，上面我们hook掉了 ZEND_DO_FCALL ，但是太粗暴了，我们这里可以在 function_table 中删除掉 system ，并用我们自己的函数注册 system 函数，这样就可以做到了实时检查，如果为合法调用，可以调用旧的 system 函数并继续执行。

很明显这样做的话，确实减少了误杀，但是也增加了风险，因为除了 system() 之外还有很多可以用于执行命令的函数。除了执行命令，还有遍历目录、读敏感文件的问题，需要考虑很多的方面，偏僻的函数都要考虑在内，还有 PHP SPL 、 DirectoryIterator 等等各种方面。

0x03 说了这么多我们看看实际效果吧

我们来看看hook三个 OPCODE 的方式会产生什么样子的效果。首先我们在 MINIT 函数中将这三个 OPCODE 的处理函数换成我们自己的。

#!c ZEND_MINIT_FUNCTION(lightWAF) {     /*      * hook掉ZEND_DO_FCALL      * 处理system函数等      */     zend_set_user_opcode_handler(ZEND_DO_FCALL, LIGHT_DO_FCALL);      /*      * hook掉ZEND_DO_FCALL_BY_NAME      * 处理$func='system';$func();等类型      */     zend_set_user_opcode_handler(ZEND_DO_FCALL_BY_NAME, LIGHT_DO_FCALL_BY_NAME);      /*      * hook掉ZEND_INCLUDE_OR_EVAL      * 处理eval, require等      */     zend_set_user_opcode_handler(ZEND_INCLUDE_OR_EVAL, LIGHT_INCLUDE_OR_EVAL);      return SUCCESS; }

LIGHT_DO_FCALL ， LIGHT_DO_FCALL_BY_NAME ， LIGHT_INCLUDE_OR_EVAL 的内容类似，均为判断脚本文件是否在 upload 目录中，如果在的话就禁止危险函数的执行，否则放行。这里我们用 LIGHT_DO_FCALL 说明一下：

#!c /* LIGHT_DO_FCALL */ static int LIGHT_DO_FCALL(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) {  char *filePath;  filePath = zend_get_executed_filename(TSRMLS_C);  php_printf("[Debug] filePath: %s/n<br />", filePath);  if (strstr(filePath, "/upload/"))  {   /* 非法调用，拦截 */      php_printf("[Warning] Execute command via system() etc./n<br />");   return ZEND_USER_OPCODE_RETURN;  }  else /* Not Found */  {   /* 合法调用，放行 */   return ZEND_USER_OPCODE_DISPATCH;  } }

这里我们看到，一旦检测到在 upload 目录中，就返回 ZEND_USER_OPCODE_RETURN ，实际作用就是不继续执行危险函数了，如果不在 upload 目录中，就返回 ZEND_USER_OPCODE_DISPATCH ，实际作用就是继续执行该函数。

扩展编写完成后，编译即可得到 so 文件，如果对PHP扩展开发以及编译不熟悉的同学，请参考这个扩展开发教程的第五章：http://www.walu.cc/phpbook/ ，开发方面的知识超出了本文的内容，所以这里不再赘述了。

编译完成后，将得到的lightWAF.so文件复制到php的扩展目录下，我这里是 /usr/local/php/lib/php/extensions/ ，根据自己的实际情况进行调整。接下来修改 php.ini ，让PHP自动加载我们的扩展，在其中加上一行：

extension=/path/to/our/lightWAF.so

我这里是：

extension=/usr/local/php/lib/php/extensions/lightWAF.so

根据之前so文件放的位置不同，请自行修改路径。

基于PHP扩展的WAF实现

最后我们重启 PHP 服务，让设置生效。 PHP 重启完成后，在终端中执行 php -m ，来验证扩展是否加载成功，如果在结果中看到了 lightWAF ，则说明加载成功。（请无视图中的错误信息，那个是我本地环境的问题，对 lightWAF 以及 PHP 没什么影响）

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成功加载后，我们看一下实际效果，这里有一个上传文件的页面，可以上传任何类型的文件并将上传的文件保存在upload目录中。现在模拟一下getshell的过程。

基于PHP扩展的WAF实现

我们写个小马，内容如下：

#!php <?php     system($_GET["cmd"]); ?>

进行上传，并访问shell，结果如下：

基于PHP扩展的WAF实现

可以看到被成功拦截了，好吧，我们换只牛逼的马儿，试试反射型的。

#!php <?php     $func = new ReflectionFunction("system");     echo $func->invokeArgs(array("$_GET[c][/c]")); ?>

继续上传并访问，看看结果：

基于PHP扩展的WAF实现

依然被拦截了，只不过这次触发的是 ZEND_DO_FCALL_BY_NAME 这个 OPCODE 。接下来我们看看正常的文件会不会被拦截，在lightWAF目录下写入一个test.php，用于模拟正常的业务文件，内容如下：

#!php <?php     system('ls'); ?>

访问一下看看结果：

基于PHP扩展的WAF实现

可以看到 ls 命令成功的执行了，也就是说我们的正常文件是不会被拦截的，而只有 upload 目录中的文件会被拦截，这样做又会引发另一个弊端，倘若攻击者通过某种方法将shell写入正常的文件中，或是与业务结合起来，那么这种防御手段就很难生效了。具体如何防御还要结合其他的特征进行检测，并不是没有办法了，实际应用中不能只依靠检测文件路径这一条规则，需要结合业务进行部署防御方案。

另一种方法与这个hook三个 OPCODE 的方法类似，无非就是麻烦一点，感兴趣的同学可以围观下面的参考文献：http://security.tencent.com/index.php/blog/msg/19 ，这里描述了hook函数的比较详细的思路。

0x04 不谈业务的安全都是耍流氓

总结一下，拦截的方法大概就是上面两种，但是拦截的依据还没有决定，如何判断一个调用 system() 的脚本是否为 webshell 呢？如果我们的WAF放到生产环境，啥都不管乱杀，很有可能造成正常的业务无法工作。我自己总结了几个方法，可能联合起来使用效果更好一些。

根据目录判断通常情况下，上传的文件一般都有专门的目录进行存放，例如 upload/ 等，正常的业务文件是不在这其中的，于是我们可以简单的只对这个目录进行处理，其他目录的文件一律放行。
根据文件权限判断这需要网站的维护者对网站的权限进行严格的控制，例如，所有的 web 文件均是 644 ，且为 root:root 所有。上传的文件为 www:www 所有，根据权限的不同进行查杀，对于默认的 web 文件进行放行，对属于非 root:root 的文件进行查杀。也可以根据 w 标志判断，通过未知方式 getshell 的文件很多是带有 w 标志的，所以可以根据这些特征进行查杀。
变形检测如果发现一个文件调用了 assert 、 system 、 preg_replace /e 等等，但是在源文件中没有发现这些关键字，还等什么，这个文件很大的可能就是 shell 了。（ zend_get_executed_filename 可以获得文件的标志以及文件的路径，例如出现了 assert ，说明该脚本使用了 assert 执行代码。）
黑名单检测就像传统的杀软一样，总会有那么一部分的特征病毒库，我们也可以建立一部分的 webshell 特征库，先依靠特征库杀掉一部分，再根据其他的情况进行判断。如果将动态检测和静态检测结合起来，查杀、拦截效果应当都会有显著的改善。

0x05 所以这WAF有啥用

安全需要和业务结合起来进行，不谈业务的安全都是耍流氓。因为是扩展级别的WAF，在部署的时候可能需要重新编译，修改配置文件等等。批量式部署可能显得不是那么方便，而且要根据业务需要进行各种细微的调整。如果仅仅是几台服务器，相信这种WAF还是十分棒的，调整起来也十分方便。

如果能开发出适合批量部署的基于扩展的WAF，那么可能会比较容易普及，毕竟在业务上部署WAF不是一个简单的事情。

参考资料：

http://security.tencent.com/index.php/blog/msg/57 http://security.tencent.com/index.php/blog/msg/19 http://www.walu.cc/phpbook/ http://www.php-internals.com/book/?p=index http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1543

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