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PHP白盒审计工具RIPS源码简析

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RIPS是一款对PHP源码进行风险扫描的工具，其对代码扫描的方式是常规的正则匹配，确定sink点；还是如flowdroid构建全局数据流图，并分析存储全局数据可达路径；下面就从其源码上略探一二。

1、扫描流程

分析其源码前，我们需要缕清其扫描的流程，方便后面的分析，下图展示其进行扫描的主界面：

PHP白盒审计工具RIPS源码简析

先简单介绍下每个标签的基本功能：

path/file：待扫描代码的文件地址；
subdirs：是否对代码的子目录进行扫描，勾选将会扫描子目录，不勾选只扫描当前目录下的PHP文件；
verbosity level：选择source点，即可控制的输入点，定义在rips下config/sources.php中；
vuln type：选择sink点，即可能会触发各种风险的函数，定义在rips下config/sinks.php中；
scan：选择好前面的选项，点击该按钮即可开始扫描；
code style：扫描结果的展示方式；
/regex/：要搜索内容的正则表达式；
search：根据正则表达式对全局代码进行搜索；

在进行扫描时一般将扫描文件目录粘贴到第一栏中，点击scan进行扫描，那么这个scan就是执行扫描的开始点；点击scan按钮会调用js/script.js中的scan方法进行扫描，该方法将会获取在主界面中获取的参数，并通过XMLHttpRequest方法传递给rips主目录下的main.php中进行处理。在main.php中主要执行一些赋值的操作，及调用scanner.php进行具体的扫描，下面的代码便是其调用scanner.php的相关代码。

// scan
				$scan = new Scanner($file_scanning, $scan_functions, $info_functions, $source_functions);
				$scan->parse();
				$scanned_files[$file_scanning] = $scan->inc_map;

其赋值对象主要是$file_scanning, $scan_functions, $info_functions, $source_functions这四个对象，四个对象的含义如下所示：

$file_scanning：表示要扫描的php文件，如果扫描的对象是一个文件，那么该参数就代表这个对象本身；如果扫描对象是一个目录，RIPS将会对目录中的文件进行逐个扫描，该对象就代表目录中的每个文件。
$scan_functions：sink点，会触发漏洞的函数名称的列表，根据选择的vuln type，通过config/sinks.php进行构造。
$info_functions：设备信息，根据扫描文件中使用的函数特征值确定，通过config/info.php进行构造。
$source_functions：source点，可控制的输入点，通过config/sources.php进行构造。

scanner的扫描可以把它大致分为两步，第一步是初始化Scanner对象；第二步则是最关键的漏洞扫描，通过parse()方法进行。

2、代码扫描

2.1 初始化Scanner对象

此处主要通过__construct方法执行一些初始化操作，对其中一些关键代码进行说明：

function __construct($file_name, $scan_functions, $info_functions, $source_functions)
	{
		$this->file_name = $file_name;
		$this->scan_functions = $scan_functions;
		$this->info_functions = $info_functions;
		$this->source_functions = $source_functions;

此处主要是将main.php中传递过来的文件赋值给类变量，这几个变量是初始化后面一些类变量的基础。下面将是初始化的关键步骤，为方便说明将在代码中直接进行注释说明：

$this->inc_file_stack = array(realpath($this->file_name));                           // 待扫描文件的真实地址，存入数组中
		$this->inc_map = array();
		$this->include_paths = Analyzer::get_ini_paths(ini_get("include_path"));   // 文件所包含的路径，单个结果一般为：Array( [0] => .  [1] => )，即文件的自身路径
		$this->file_pointer = end($this->inc_file_stack);                                          // 文件地址数组中最后的元素，值为文件自身真实路径
		if(!isset($GLOBALS['file_sinks_count'][$this->file_pointer]))
			$GLOBALS['file_sinks_count'][$this->file_pointer] = 0;                              // 初始化该文件sink点统计数目
		$this->lines_stack = array();
		$this->lines_stack[] = file($this->file_name);                                             // 读取待扫描文件内容，存储到一个数组中
		$this->lines_pointer = end($this->lines_stack);                                        // 由于文件内容存储在数组的第一个元素中，且数组长度为1，此处代表将文件内容逐行存储在一个数组中
		$this->tif = 0; // tokennr in file
		$this->tif_stack = array();
	
		// preload output
		echo $GLOBALS['fit'] . '|' . $GLOBALS['file_amount'] . '|' . $this->file_pointer . ' (tokenizing)|' . $GLOBALS['timeleft'] . '|' . "/n";
		@ob_flush();
		flush();
		
		// tokenizing
		$tokenizer = new Tokenizer($this->file_pointer);
		$this->tokens = $tokenizer->tokenize(implode('',$this->lines_pointer));
		unset($tokenizer);                                                                                     // 上面几行是整个分析的关键，将在下面进行详细的说明                        
		
		// add auto includes from php.ini
		if(ini_get('auto_prepend_file')) { $this->add_auto_include(ini_get('auto_prepend_file'), true);}
		if(ini_get('auto_append_file')) { $this->add_auto_include(ini_get('auto_append_file'), false);}
                                                                                                                // 校验php配置文件（php.ini）中是否存在自动包含的文件，如果存在将直接添加到$this->tokens的类变量中

此处将粗略说明$this->tokens类变量的生成，该变量的生成主要调用lib/tokenizer.php中的方法，下面是其关键代码：

public function tokenize($code) {
		$this->tokens = token_get_all($code);			
		$this->prepare_tokens();
		$this->array_reconstruct_tokens();
		$this->fix_tokens();	
		$this->fix_ternary();
		#die(print_r($this->tokens));
		return $this->tokens;
	}

通过调用ZEND引擎的token_get_all方法将PHP源码分解成PHP tokens（参考：http://php.net/manual/en/function.token-get-all.php），并对这些tokens进行相关处理优化，处理优化的过程没有进行仔细的研究，此处不做详细介绍。为了让大家对ZEND引擎生成的tokens有个更直观的认识，这是将使用一个简单的例子分别展示源码、token_get_all生成的原始tokens、处理后的tokens，通过后面的对比可以粗略的看出，处理后的tokens比原始生成的tokens更加简洁，去除了一些对于风险扫描无用的tokens，如<?php、?>、空字节等。如下所示：

源码：

<?php echo $_GET('info'); ?>

原始tokens：

Array
(
    [0] => Array
        (
            [0] => 374
            [1] => <?php
            [2] => 1
        )
    [1] => Array
        (
            [0] => 317
            [1] => echo
            [2] => 2
        )
    [2] => Array
        (
            [0] => 377
            [1] =>  
            [2] => 2
        )
    [3] => Array
        (
            [0] => 310
            [1] => $_GET
            [2] => 2
        )
    [4] => (
    [5] => Array
        (
            [0] => 316
            [1] => 'info'
            [2] => 2
        )
    [6] => )
    [7] => ;
    [8] => Array
        (
            [0] => 377
            [1] => 
            [2] => 2
        )
    [9] => Array
        (
            [0] => 376
            [1] => ?>
            [2] => 3
        )
)

处理后的tokens：

Array
(
    [0] => Array
        (
            [0] => 317
            [1] => echo
            [2] => 2
        )
    [1] => Array
        (
            [0] => 310
            [1] => $_GET
            [2] => 2
        )
    [2] => (
    [3] => Array
        (
            [0] => 316
            [1] => 'info'
            [2] => 2
        )
    [4] => )
    [5] => ;
    [6] => ;
)

2.2 parse扫描

获取了需要扫描的PHP tokens，下一步就是进行最关键的风险扫描了，风险扫描主体函数在lib/scanner.php文件中的parse()方法。该方法中会遍历2.1中生成的tokens，对tokens进行逐个扫描，根据每个token是否为数组（is_array）分别进行操作，由于整体代码比较庞杂，此处挑选处理上的几个关键点，并结合实际的代码，对其扫描的方式进行探究。下面先展示本次测试使用的源码，主要包含两个文件commond_exec.php与para.php两个文件，源码如下所示：

commond_exec.php：
<?php
include('para.php');
$str = 'command';
$command = para($str);
shell_exec( $command );
?>
para.php：
<?php
function para($str){
	return $_GET($str);
}
?>

扫描的目标文件是commond_exec.php，此时其生成的tokens如下所示：

Array
(
    [0] => Array
        (
            [0] => 262
            [1] => include
            [2] => 2
        )
    [1] => (
    [2] => Array
        (
            [0] => 318
            [1] => 'para.php'
            [2] => 2
        )
    [3] => )
    [4] => ;
    [5] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $str
            [2] => 4
        )
    [6] => =
    [7] => Array
        (
            [0] => 318
            [1] => 'command'
            [2] => 4
        )
    [8] => ;
    [9] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $command
            [2] => 5
        )
    [10] => =
    [11] => Array
        (
            [0] => 310
            [1] => para
            [2] => 5
        )
    [12] => (
    [13] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $str
            [2] => 5
        )
    [14] => )
    [15] => ;
    [16] => Array
        (
            [0] => 310
            [1] => shell_exec
            [2] => 6
        )
    [17] => (
    [18] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $command
            [2] => 6
        )
    [19] => )
    [20] => ;
    [21] => ;
)

对tokens进行遍历时，如果该token的类型是数组，那么分别获取该数组中的每个值，如下所示：

$token_name = $this->tokens[$i][0];     // 该token的名称，相当于变量名称
	$token_value = $this->tokens[$i][1];    // 该token的值，相当于变量的值
	$line_nr = $this->tokens[$i][2];            // token出现在源码的第几行

2.2.1 文件包含处理

对token进行逐个扫描时，第一个出现的token就是便是include函数，RIPS遇到这个函数时会根据文件包含出现的位置，获取被包含文件的tokens，插入到原tokens语句的后面，其具体的操作代码如下所示：

$tokenizer = new Tokenizer($try_file);
	$inc_tokens = $tokenizer->tokenize(implode('',$inc_lines));
	unset($tokenizer);
	// if(include('file')) { - include tokens after { and not into the condition :S
	if($this->in_condition)
	{
		$this->tokens = array_merge(
			array_slice($this->tokens, 0, $this->in_condition+1), 	// before include in condition
			$inc_tokens, 											// included tokens
			array(array(T_INCLUDE_END, 0, 1)), 						// extra END-identifier
			array_slice($this->tokens, $this->in_condition+1) 		// after condition
		);
	} else
	{
		// insert included tokens in current tokenlist and mark end
		$this->tokens = array_merge(
			array_slice($this->tokens, 0, $i+$skip), 			// before include
			$inc_tokens, 										// included tokens
			array(array(T_INCLUDE_END, 0, 1)), 					// extra END-identifier
			array_slice($this->tokens, $i+$skip) 				// after include
		);
	}

最后生成的包含include文件的tokens如下所示，对比下会发现5-19的token是新添加的，为被包含文件para.php的tokens。

Array
(
    [0] => Array
        (
            [0] => 262
            [1] => include
            [2] => 2
        )
    [1] => (
    [2] => Array
        (
            [0] => 318
            [1] => 'para.php'
            [2] => 2
        )
    [3] => )
    [4] => ;
    [5] => Array
        (
            [0] => 337
            [1] => function
            [2] => 2
        )
    [6] => Array
        (
            [0] => 310
            [1] => para
            [2] => 2
        )
    [7] => (
    [8] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $str
            [2] => 2
        )
    [9] => )
    [10] => {
    [11] => Array
        (
            [0] => 339
            [1] => return
            [2] => 3
        )
    [12] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $_GET
            [2] => 3
        )
    [13] => (
    [14] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $str
            [2] => 3
        )
    [15] => )
    [16] => ;
    [17] => }
    [18] => ;
    [19] => Array
        (
            [0] => 380
            [1] => 0
            [2] => 1
        )
    [20] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $str
            [2] => 4
        )
    [21] => =
    [22] => Array
        (
            [0] => 318
            [1] => 'command'
            [2] => 4
        )
    [23] => ;
    [24] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $command
            [2] => 5
        )
    [25] => =
    [26] => Array
        (
            [0] => 310
            [1] => para
            [2] => 5
        )
    [27] => (
    [28] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $str
            [2] => 5
        )
    [29] => )
    [30] => ;
    [31] => Array
        (
            [0] => 310
            [1] => shell_exec
            [2] => 6
        )
    [32] => (
    [33] => Array
        (
            [0] => 312
            [1] => $command
            [2] => 6
        )
    [34] => )
    [35] => ;
    [36] => ;
)

2.2.2 添加数据源（source点）

当扫描到第11个token return时，此时会判断返回的语句是否是用户可以控制的语句，如果这条语句是用户能够控制的语句，比如此处使用$_GET进行赋值表明是用户可以控制的语句；也就是说para()方法的返回值是用户可以控制的，那么该方法返回的数据将被认为是一个被污染的数据源，即source点并将该方法添加到source_functions的数组中。对于return返回参数是否是用户可控制的判断，主要是通过函数scan_parameter()实现的，下面抽取几个关键点来了解判断流程的实现，当遇到token为return的语句时，会向后遍历token，直到该语句结束，代码的实现上是通过“;”是否出现进行判断，如下所示：

while( $this->tokens[$i + $c] !== ';' )

对于每个token，判断该token是否是一个数组，如果是一个数组则检查数组元素是否是一个变量，如下所示：

if( is_array($this->tokens[$i + $c]) )
		{
			if( $this->tokens[$i + $c][0] === T_VARIABLE )

如果该token是一个数组且为变量，则使用scan_parameter()函数对其进行检查，该函数调用形式如下。该调用的参数比较多，但是本例中实际起到判断作用的只有第三个参数，即这个token本身：$this->tokens[$i+$c]，具体的值为：tokens[12]，即$_GET函数。

$new_find = new VulnTreeNode();
	$userinput = $this->scan_parameter(
		$new_find, 
		$new_find, 
		$this->tokens[$i+$c], 
		$this->tokens[$i+$c][3],
		$i+$c,
		$this->var_declares_local,  
		$this->var_declares_global,									
		false, 
		$GLOBALS['F_SECURES_ALL'], 
		TRUE
	);

由于$_GET函数为定义的source函数，因此将直接认为返回值是用户可输入的，即$userinput=true。最后将此函数名添加到source_functions列中，以后的扫描该函数将作为source点看待。

if($userinput == 1 || $GLOBALS['userfunction_taints'])
	{
		$this->source_functions[] = $this->function_obj->name;
	}

2.2.3 添加风险点（sink点）

此处实际是RIPS的一个误报，RIPS将$_GET()作为可变函数名对待，如果函数名可变那么就可以将该函数名赋值为eval，从而造成代码执行的漏洞，sink点的添加也是在scan_parameter()中进行。由于此处是$_GET()，显然此函数包含在source函数中，因此使用scan_parameter()函数其返回值肯定为true，那么在函数内部将会触发如下代码块的执行。

if($this->in_function && !$return_scan)
	{
		$this->addtriggerfunction($mainparent);
	}

触发后主要执行的函数是addtriggerfunction()，该函数的作用主要是向$GLOBALS变量中添加该函数。

$GLOBALS['user_functions'][$this->file_name][$this->function_obj->name][0][0] = 0;
	// no securings				
	$GLOBALS['user_functions'][$this->file_name][$this->function_obj->name][1] = array();
	// doesnt matter if called with userinput or not
	$GLOBALS['user_functions'][$this->file_name][$this->function_obj->name][3] = true;

最后在包含文件扫描结束时，即token=”}”，此处是第17个token，将被全局变量合并到scan_functions中，即添加到sink点。

if(isset($GLOBALS['user_functions'][$this->file_name]))
	{
		$this->scan_functions = array_merge($this->scan_functions, $GLOBALS['user_functions'][$this->file_name]);
	}

2.2.4 命令执行（shell_exec）漏洞

这个漏洞是本代码中实际包含的一个漏洞，在上面各种准备工作完成后，来看一下这个实际漏洞的扫描流程；当token为shell_exec时，由于该函数是一个危险函数，即包含在sink点，那么分析将直接跳转到TAINT ANALYSIS中进行。同2.2.2类似，会跳转到scan_parameter()函数中对函数的参数进行分析，确定该参数是否是用户可控制的，即包含在source点内。该函数的参数是变量$command，该参数是一个自定义变量，RIPS对于自定义变量会进行自动扫描并通过函数variable_add()添加到var_declares_local、var_declares_global两个变量中的一个。

下面先对variable_add()函数进行简单介绍，当遍历到tokens[24]，$command的赋值操作时，会触发该函数的执行。该函数调用形式如下，其中比较关键的是第二个参数，调用Analyzer::getBraceEnd()静态方法，获取该变量声明的所有token，此处$command的token的序列号为24-30，将这些tokens存储到一个数组中，最后将该变量的相关信息存入var_declares_global数组中。这样就完成了对一个文件中的全局遍历的发现及存储。

$this->variable_add(
		$token_value, 
		array_slice($this->tokens, $i-$c, $c+Analyzer::getBraceEnd($this->tokens, $i)), 
		'', 
		0, 0, 
		$line_nr, 
		$i, 
		isset($this->tokens[$i][3]) ? $this->tokens[$i][3] : array()
	);

由于存储了该变量的tokens信息，那么对于自定义变量的分析，就转变成了对该变量的tokens的分析，遍历该变量的tokens，如果该token来自用户可控制的输入，即sorce点数据源，那么表明自定义变量的也是可控的，此处的source点就是自添加的函数para()，这样就存在一个用户可控制的数据源（source）流向危险函数（sink），形成了一个漏洞触发的完整路径。

for($i=$var_declare->tokenscanstart; $i<$var_declare->tokenscanstop; $i++)
		{ ...
			else if( in_array($tokens[$i][1], $this->source_functions) )
				{
					$userinput = true;
					$var_trace->marker = 4;
					$mainparent->title = 'Userinput returned by function <i>'.$tokens[$i][1].'()</i> reaches sensitive sink.';

3、结语

上面对于RIPS的源码进行了简单的分析，从中可以看出，其工作的流程大致为遍历token，发现sink点，然后对sink点的参数使用scan_parameter进行后向追踪，如果这个参数是用户可控制的参数，及包含在source点中，那么就存在一条从source到sink的联通路径，及存在一条漏洞触发的路径，则认为是一个风险点。

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