0 引言

    隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息安全問題也愈演愈烈，漏洞的存在可以使攻擊者在未授權(quán)的情況下訪問或破壞系統(tǒng)^[1]。每天都會(huì)有新的漏洞被挖掘出來，研究這些漏洞的成因或利用方法是安全人員必須完成的工作之一^[2]。現(xiàn)階段的漏洞種類繁多，按照產(chǎn)生漏洞的程序分類，包括Web漏洞、系統(tǒng)漏洞、應(yīng)用程序漏洞、Web中間件漏洞等^[3]。按照漏洞利用方式分類，包括遠(yuǎn)程利用漏洞、本地利用漏洞，再往下細(xì)分又可以分為命令執(zhí)行、溢出、提權(quán)等漏洞^[4]。不同的漏洞所依靠的運(yùn)行環(huán)境也不相同，有些漏洞甚至需要多個(gè)軟件或系統(tǒng)的組合才能順利復(fù)現(xiàn)成功^[5]。為簡化漏洞復(fù)現(xiàn)過程，本文研究了使用Docker容器技術(shù)來進(jìn)行漏洞場(chǎng)景的打包和發(fā)布技術(shù)，并且通過漏洞驗(yàn)證模塊來驗(yàn)證此漏洞場(chǎng)景。

    關(guān)于漏洞驗(yàn)證程序的編寫格式，現(xiàn)階段已經(jīng)有數(shù)個(gè)漏洞驗(yàn)證框架：Beebeeto、Pocsuite、Bugscan、Tangscan等。Beebeeto是由眾多安全研究人員所共同維護(hù)的一個(gè)規(guī)范化觀點(diǎn)證明(Proof of Concept，POC)/漏洞利用(Exploit，EXP)平臺(tái)，安全研究人員可以在互聯(lián)網(wǎng)上獲取漏洞信息，然后按照BB2開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)編寫出相應(yīng)的POC或EXP提交到平臺(tái)。Pocsuite是由知道創(chuàng)宇安全研究團(tuán)隊(duì)打造的一款開源的遠(yuǎn)程漏洞測(cè)試框架。BugScan是西安四葉草信息技術(shù)有限公司旗下BugScan社區(qū)出品的國內(nèi)首款基于社區(qū)的分布式漏洞掃描框架。TangScan是一款在線安全漏洞檢測(cè)服務(wù)，一個(gè)由眾多安全研究人員維護(hù)的企業(yè)在線安全體檢平臺(tái)。上述框架都擁有一套自己的驗(yàn)證程序腳本的編寫規(guī)范。對(duì)此，文中也研究了將這些不同的編寫規(guī)范相兼容的方法，以達(dá)到快速編寫驗(yàn)證程序的目的。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)分為Docker管理模塊、POC驗(yàn)證模塊和數(shù)據(jù)庫。

    如圖1所示，Docker管理模塊分為容器、鏡像、倉庫三個(gè)部分^[6]。容器模塊負(fù)責(zé)本地容器的創(chuàng)建、運(yùn)行、終止和刪除。鏡像模塊負(fù)責(zé)從倉庫中獲取鏡像、添加標(biāo)簽、上傳鏡像和刪除鏡像。倉庫模塊負(fù)責(zé)存儲(chǔ)制作好的鏡像和提供鏡像的下載服務(wù)。驗(yàn)證模塊分為執(zhí)行、框架和庫三個(gè)部分，執(zhí)行模塊是驗(yàn)證過程的入口，所有的驗(yàn)證程序都由執(zhí)行模塊執(zhí)行，為了兼容不同類型的POC，執(zhí)行模塊會(huì)根據(jù)不同類型的POC來調(diào)取相應(yīng)的框架來解析執(zhí)行，具體的驗(yàn)證代碼則是存放在POC庫中。最后如果驗(yàn)證通過，證明漏洞存在并且POC有效，就會(huì)將相應(yīng)的鏡像、容器啟動(dòng)的參數(shù)、倉庫的地址和驗(yàn)證代碼等具體信息存放到數(shù)據(jù)庫中^[7]。

    系統(tǒng)的使用者需要提供給系統(tǒng)所需的資源來啟動(dòng)處理過程，包括搭建環(huán)境所需要的Docker鏡像、漏洞的詳細(xì)信息、漏洞利用程序等資源。

    如圖2所示，系統(tǒng)首先會(huì)加載漏洞所需要的資源，一個(gè)完整的漏洞資源包括Docker鏡像或Dockerfile、漏洞的詳細(xì)信息、漏洞的種類、漏洞的危害程度、漏洞的評(píng)分、漏洞的利用程序等資源。

    判斷資源完整性后，如果資源完整，說明可以產(chǎn)生一個(gè)Docker容器，并且提供了相應(yīng)的驗(yàn)證程序。接下來，框架會(huì)根據(jù)提供的驗(yàn)證程序信息調(diào)用不同的驗(yàn)證框架來嘗試驗(yàn)證Docker容器中運(yùn)行的有漏洞的程序。在驗(yàn)證程序驗(yàn)證完成后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)驗(yàn)證的結(jié)果來判斷漏洞提交者所提交的資源是否有效，若有效，則將相關(guān)的信息存入數(shù)據(jù)庫中；否則終止驗(yàn)證過程，重新調(diào)整資源。

2 Docker容器虛擬化技術(shù)

    Docker是PaaS提供商dotCloud開源的一個(gè)基于LXC(Linux Container)的應(yīng)用容器引擎，讓開發(fā)者可以將應(yīng)用程序、依賴的運(yùn)行庫文件打包并移植到一個(gè)新的容器中，然后發(fā)布到任何系統(tǒng)為Linux的機(jī)器上，也可以實(shí)現(xiàn)虛擬化解決方案^[8]。

    Docker的三大核心概念是鏡像、容器和倉庫。Docker鏡像類似于虛擬機(jī)鏡像，可以理解為創(chuàng)建Docker容器的模板，它是創(chuàng)建容器的基礎(chǔ)。Docker鏡像是必須向此漏洞驗(yàn)證系統(tǒng)所提交的資源之一。

    容器是完全沙箱機(jī)制的實(shí)現(xiàn)方式，任意容器之間不會(huì)有任何接口，具有安全訪問資源的特性，而且容器的運(yùn)行資源開銷小，可以很容易地在機(jī)器和數(shù)據(jù)中心中運(yùn)行。容器是從鏡像創(chuàng)建的應(yīng)用運(yùn)行實(shí)例，可以將其啟動(dòng)、開始、停止、刪除^[9]。

    Docker倉庫是Docker集中存放鏡像文件的場(chǎng)所，倉庫可以分為共有倉庫和私有倉庫兩種形式。漏洞驗(yàn)證框架驗(yàn)證后的Docker鏡像就會(huì)存放在私有倉庫中。

    如圖3所示，鏡像是容器的前提，鏡像可以通過Pull操作從Docker倉庫中下載，完整制作的鏡像也可以通過Push操作向Docker倉庫中推送。下載鏡像到本地后，就可以使用鏡像來創(chuàng)建容器了，容器不同于鏡像，容器擁有運(yùn)行時(shí)需要的可讀寫層，而鏡像只是靜態(tài)的只讀文件。通過run命令啟動(dòng)的容器處于運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于運(yùn)行狀態(tài)的容器可以使用stop來終止，終止?fàn)顟B(tài)的容器并沒有消失，可以使用start操作來重新啟動(dòng)。如果希望容器暫停工作一段時(shí)間，可以使用pause操作將容器切換到暫停狀態(tài)，處于暫停狀態(tài)的容器不會(huì)占用CPU資源，直到通過unpause操作恢復(fù)運(yùn)行。

2.1 Docker容器與傳統(tǒng)虛擬化的不同

    傳統(tǒng)的服務(wù)器虛擬化解決的核心問題是計(jì)算資源的調(diào)配，而Docker容器解決的核心問題是應(yīng)用開發(fā)、測(cè)試和部署。如圖4所示，虛擬機(jī)技術(shù)通過Hypervisor層抽象底層基礎(chǔ)設(shè)施資源提供相互隔離的虛擬機(jī)，通過統(tǒng)一配置、統(tǒng)一管理，計(jì)算資源的可運(yùn)維性，資源利用率能夠得到有效的提升。同時(shí)，虛擬機(jī)提供客戶機(jī)操作系統(tǒng)，客戶機(jī)變化不會(huì)影響宿主機(jī)，能夠提供可控的測(cè)試環(huán)境，更能夠屏蔽底層硬件甚至基礎(chǔ)軟件的差異性，讓應(yīng)用做到廣泛兼容。然而虛擬化技術(shù)因?yàn)橐嗄M出一層操作系統(tǒng)，都不可避免地出現(xiàn)計(jì)算、IO、網(wǎng)絡(luò)性能的損失^[10]。而容器技術(shù)嚴(yán)格來說并不是虛擬化，沒有客戶機(jī)操作系統(tǒng)，是共享內(nèi)核的。容器可以視為軟件供應(yīng)鏈的集裝箱，能夠把應(yīng)用需要的運(yùn)行環(huán)境、緩存環(huán)境、數(shù)據(jù)庫環(huán)境等封裝起來，以最簡潔的方式支持應(yīng)用運(yùn)行，輕裝上陣，性能更佳^[11]。

    Docker鏡像特性則讓這種方式簡單易行。當(dāng)然，因?yàn)镈ocker共享內(nèi)核的特性，所以容器隔離性沒有虛擬機(jī)那么好^[12]。

2.2 獲取Docker鏡像

    Docker鏡像可以通過pull操作直接從倉庫中下載，也可以通過Dockerfile來創(chuàng)建。

    Dockerfile是由一系列命令和參數(shù)構(gòu)成的腳本，這些命令應(yīng)用于基礎(chǔ)鏡像并最終創(chuàng)建一個(gè)新的鏡像。它們簡化了從頭到尾的流程并極大地簡化了部署工作。

    如圖5所示，Dockerfile從FROM命令開始，緊接著跟隨者各種方法、命令和參數(shù)，其產(chǎn)出為一個(gè)新的可以用于創(chuàng)建容器的鏡像。

3 POC驗(yàn)證模塊

    為了提高驗(yàn)證模塊的兼容度、降低驗(yàn)證程序編寫的學(xué)習(xí)成本，此系統(tǒng)采用插件式的驗(yàn)證框架設(shè)計(jì),驗(yàn)證過程由驗(yàn)證引擎啟動(dòng)，根據(jù)驗(yàn)證程序的類型說明，由分類器來決定輸入的參數(shù)和使用哪種框架來執(zhí)行程序^[13]，Docker容器的啟動(dòng)所產(chǎn)生的屬于漏洞環(huán)境的IP地址將作為參數(shù)輸入到驗(yàn)證系統(tǒng)中^[14]，在經(jīng)過相應(yīng)的框架執(zhí)行完成后，不同的框架會(huì)產(chǎn)生不同的返回值，甚至返回一個(gè)布爾值，這些返回值都將交給結(jié)果處理器來匯總處理。在驗(yàn)證程序驗(yàn)證成功后，在數(shù)據(jù)庫中就會(huì)將相應(yīng)的漏洞信息標(biāo)記為有效。

4 框架測(cè)試

    測(cè)試漏洞為已經(jīng)公布的couchdb數(shù)據(jù)庫漏洞，漏洞編號(hào)為CVE-2017-12635，漏洞于2017年11月15日被披露，任意用戶通過此漏洞可以創(chuàng)建管理員賬戶，造成垂直權(quán)限提升。向此系統(tǒng)提交漏洞的相關(guān)信息，提交的Dockerfile主要內(nèi)容為：(1)從鏡像庫中以Debian系統(tǒng)來作為基礎(chǔ)鏡像；(2)獲得CouchDB相關(guān)的運(yùn)行腳本；(3)更新軟件源中的所有軟件列表；(4)從軟件源中安裝cURL軟件；(5)運(yùn)行從第二步獲得的腳本，設(shè)置參數(shù)來添加CouchDB普通權(quán)限用戶；(6)運(yùn)行CouchDB服務(wù)。

    在以Dockerfile生成的鏡像的基礎(chǔ)上啟動(dòng)容器，啟動(dòng)容器時(shí)設(shè)置相關(guān)的端口映射使Docker容器中的CouchDB服務(wù)端口映射到本地主機(jī)上。

    在容器啟動(dòng)后，就可以調(diào)用相關(guān)的驗(yàn)證程序進(jìn)行驗(yàn)證。編寫驗(yàn)證程序時(shí)，可以使用任何一種驗(yàn)證框架來實(shí)現(xiàn)。此漏洞的驗(yàn)證程序的內(nèi)容為發(fā)送一個(gè)經(jīng)過特殊構(gòu)造的HTTP請(qǐng)求包，目的是創(chuàng)建一個(gè)管理員賬戶。請(qǐng)求包中包含JSON數(shù)據(jù)，而此漏洞的形成原因就是由于Erlang和JavaScript對(duì)JSON解析方式的不同，使得語句執(zhí)行產(chǎn)生差異性導(dǎo)致的。在數(shù)據(jù)包發(fā)送之后，驗(yàn)證程序會(huì)自動(dòng)以剛剛創(chuàng)建的管理員賬戶進(jìn)行登錄，如果登錄成功，就會(huì)返回漏洞存在的結(jié)果。確認(rèn)返回結(jié)果后，系統(tǒng)將相關(guān)的漏洞信息存放到了數(shù)據(jù)庫中，并關(guān)閉了容器，漏洞驗(yàn)證完畢。

5 結(jié)論

    本文通過對(duì)Docker系統(tǒng)和漏洞驗(yàn)證系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)，利用Docker容器和多框架的漏洞驗(yàn)證系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種提供Dockerfile文件或者鏡像后，可以快速地對(duì)漏洞環(huán)境進(jìn)行驗(yàn)證的漏洞驗(yàn)證框架。通過向系統(tǒng)提供具體的漏洞和驗(yàn)證程序的測(cè)試，結(jié)果表明，本框架大大簡化了漏洞環(huán)境的搭建過程，同時(shí)也提升了漏洞驗(yàn)證的速度。綜上所述，本框架為需要頻繁驗(yàn)證不同的漏洞提供了較有參考價(jià)值的解決方案。

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作者信息:

陳一鳴，寇小強(qiáng)，王永利

（華北計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程研究所，北京100083）