[ASP.NET] ASP.NET 零時差攻擊 – POET 原理與防禦措施

2010/9/18,由Scott Guthrie在blog上發表的一篇Important: ASP.NET Security Vulnerability的文章,點燃了ASP.NET應用程式的安全防護戰爭,因為受影響的範圍遍及ASP.NET 1.0-4.0所有的應用程式,讓使用ASP.NET開發應用程式的開發人員無一不陷入資訊安全的恐懼之中,在9/18日起的幾天內,許多與ASP.NET技術有關的blog都發出了這個安全性警告,因為這個漏洞在公布的同時,攻擊程式就已經在網路上出現了,這是資安所稱的零時差攻擊(Zero-Attack),零時差攻擊最大的特色就是在系統被修補之前,就有很高的機率被攻擊程式所攻擊(甚至攻陷),因此這個漏洞會在這麼短的時間內受到關注,是有其原因的。

** 2010/9/29 UPDATE: 這個問題微軟已釋出安全修補程式,可參考:http://weblogs.asp.net/scottgu/archive/2010/09/28/asp-net-security-update-now-available.aspx **

2010/9/18,由Scott Guthrie在blog上發表的一篇Important: ASP.NET Security Vulnerability的文章,點燃了ASP.NET應用程式的安全防護戰爭,因為受影響的範圍遍及ASP.NET 1.0-4.0所有的應用程式,讓使用ASP.NET開發應用程式的開發人員無一不陷入資訊安全的恐懼之中,在9/18日起的幾天內,許多與ASP.NET技術有關的blog都發出了這個安全性警告,因為這個漏洞在公布的同時,攻擊程式就已經在網路上出現了,這是資安所稱的零時差攻擊(Zero-Attack),零時差攻擊最大的特色就是在系統被修補之前,就有很高的機率被攻擊程式所攻擊(甚至攻陷),因此這個漏洞會在這麼短的時間內受到關注,是有其原因的。

攻擊原理

這次的零時差攻擊的漏洞是來自在ASP.NET內的加密核心機制,核心內使用的是對稱式加密演算法(Symmetric Algorithm,有學過資訊安全或密碼學的人應該知道,對稱式加密演算法是依靠一組固定的密鑰(Key進行的加密程序,所有的加密與解密程序都要使用這一組密鑰來處理,包含DES、3DES、AES等演算法都是對稱型演算法。而這些演算法為了要強化密鑰的安全性,還會在密鑰的程序中加入一組初始向量值(Initialization Vector; IV,透過密文區塊串鍊(Cipher-Block Chain; CBC的方式進行加密,解密時則是反向處理。

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在ASP.NET中,很多與用戶端互動的功能都會用到加密功能,最典型的就是ViewState,或是Forms Authentication(表單驗證)的驗證用票證(ticket),而這些資訊通常都會儲存了高機密性的資訊,尤其是表單驗證中的票證,它會保存一些由開發人員所登錄的資訊(例如使用者識別碼),這些資訊一旦被破解出來,可以想像攻擊者會如何入侵系統而不被發覺。

而9/18的零時差攻擊漏洞,問題正是出現在加密這些資訊的演算法上,而攻擊的手法稱為Padding Oracle,這是一種透過由密文經過資料填補或位移的方式,推算出加密金鑰與初始向量的一種攻擊手法,在2002年時就被提出(當時被稱為Side-Channel攻擊法),但Padding Oracle被用於攻擊CBC加密模型,最早是由Kenneth G. Paterson與Arnold Yau於2004年所發表的Padding Oracle Attacks on the ISO CBC Mode Encryption Standard論文所揭露,當時它已經可以做到使用t + log2 n是加密的金鑰位元數)的時間內,推算出加密用的金鑰(但不一定是正確的),而在2010年2月,由Juliano Rizzo與Thai Duongy發表的Practical Padding Oracle Attacks論文中,就已經將Padding Oracle攻擊手法應用在攻擊Java Server Face(JSF)的網站上,JSF的View State也是使用對稱金鑰加密法來實作的,而Juliano與Thai成功的開發出破解JSF View State的工具程式,稱為POETPadding Oracle Exploit Tool,並且在他們的網站上釋出這些執行檔(有Linux, Mac, Windows等),對所有使用對稱加密演算法的Web Application Framework造成可能的威脅。ASP.NET本身也是使用對稱演算法進行加密的Framework,也受到這個漏洞的影響,他們已經用這個工具成功破解了由ASP.NET所開發的CMS應用程式套件-DotNetNuke-的加密金鑰,並將破解的過程錄影放在Youtube上,這也是為什麼這個漏洞會是零時差攻擊的主因。

NOTE: 目前已知使用CBC模式的對稱加密演算法,像DES, 3DES與AES等,都會受到這個漏洞的攻擊。

不過POET基本上不會入侵應用程式所在的主機,而是透過在Web Application Framework中所顯露的密文(Cipher Text)進行推算,並且將推算的資訊交給原本的解密程式進行驗證,POET工具假設解密程式一定會回傳有效或無效的訊息給攻擊端,在JSF的攻擊測試中,攻擊程式送出的金鑰如果無效的話,JSF會回傳javax.crypto.BadPaddingException的HTTP 500錯誤狀態給攻擊端,而成功的話會回傳HTTP 200(這在該論文中是以VALID/INVALID來設計),攻擊程式可利用這個方式來判斷這組金鑰是正確或錯誤的。因此若應用程式本身會針對HTTP 500進行與HTTP 200不同的反應的話,就很有可能被這個手法所攻擊。

防護措施

由於POET工具的判斷依據是使用應用程式所產生的密文,利用Padding Oracle的手法產生加密金鑰後,再送回給原加密程式進行驗證,因此要防禦這個攻擊手法,在應用程式端可以做的是:

1. 處理錯誤,並回傳一致的HTTP狀態,例如開啟自訂的錯誤頁,如此一來回傳的HTTP狀態會一致(都是HTTP 200),這是目前防禦POET工具的最好方法。

2. 利用錯誤頁回傳的,可以將回應時間拉長,讓POET工具的HTTP測試程式Timeout(但這無法防禦將Timeout設很大的測試程式)。

因此ASP.NET應用程式目前可以做的,就是在Web.config中加入自訂錯誤的頁面,並設定將custom errors的機制開放,作法可以參考Scott Guthrie的blog,有提供ASP.NET不同版本的方式:

<!-- for ASP.NET 1.0-3.5 (non SP1) -->

<configuration>
  <system.web>
    <customErrors mode="On" defaultRedirect="~/error.html" />
  </system.web>
</configuration>

<!-- for ASP.NET 3.5 SP1 and 4.0 -->

<configuration>
  <system.web>
    <customErrors mode="On" redirectMode="ResponseRewrite" defaultRedirect="~/error.aspx" />
  </system.web>
</configuration>

NOTE: 如果設為RemoteOnly基本上應也可行,因為它是針對遠端的電腦進行的。

您的應用程式有自行處理Global.asax內的Application_Error事件來捕捉HTTP錯誤時,請記得所有錯誤都回傳相同的HTTP狀態,以避免攻擊程式依此來判斷金鑰的有效性。另外,微軟也提供了一個VBScript指令碼,可偵測在電腦內的ASP.NET Web應用程式是否有被攻擊的風險,這個指令碼可以在http://www.asp.net/media/782788/detectcustomerrorsdisabledv30.zip取得,執行方式如下:

[command prompt]
cscript DetectCustomErrors.vbs

NOTE: 不論您的應用程式是否有處理Global.asax的Application_Error事件,都請設定Web.config以加強防禦。

結語

POET是以加密的核心為目標進行攻擊的手法,屬於暴力攻擊的一種,透過Web應用程式對錯誤狀態處理的不一致性來驗證推算的金鑰是否正確,目前能夠根本解決這個問題的方式就是改用不同的加密演算法,以解決因為CBC加密模型而暴露的安全漏洞問題,但應用程式本身的安全設定也是重點,因為POET的驗證階段是利用原加密程式進行的,如果加密程式可以防堵驗證階段,POET工具的攻擊基本上就很難成功,因此平時對應用程式的安全控制也是非常重要的,它會在你不經意的時候發揮作用,以保護應用程式的安全。