---
tags: Research
title: Phân tích lỗ hổng Parse Server Prototype Pollution Remote Code Execution (CVE-2022-39396)
---
Mình đã từng làm về dạng Prototype Pollution trong CTF rất nhiều nhưng có lẽ đây là lần đầu mình research CVE về lỗi này [ADVISORY DETAILS](https://www.zerodayinitiative.com/advisories/ZDI-22-1590/). Khi mình được @n3mo rủ làm về CVE này thì chúng mình đã bắt tay vào làm ngay và sau 1 tuần debug vào mỗi đêm thì cuối cùng cũng đã build được POC. Mình viết bài này để mong muốn chia sẻ và lưu lại kiến thức, biết đâu sau này sẽ cần >_<. Vào việc thôi nào ...
## Brief CVE description
Lỗ hổng này cho phép kẻ tấn công từ xa thực thi mã tùy ý trên Parse Server bị ảnh hưởng. Authentication là không cần thiết để khai thác lỗ hổng này.

Lỗ hổng cụ thể tồn tại trong hàm transformUpdate. Do thiếu kiểm soát đối với các các thuộc tính trong object. Kẻ tấn công có thể tận dụng lỗ hổng này để ghi đè thuộc tính tùy ý và impact cao nhất là dẫn đến thực thi mã từ xa.

Danh sách các phiên bản bị ảnh hưởng:
- < 4.10.18 và < 5.3.1

Điểm CVSS 3.1: `9.8` `(AV:N/AC:L/PR:N/UI:N/S:U/C:H/I:H/A:H)`
Advisories: https://www.zerodayinitiative.com/advisories/ZDI-22-1590/
Commit: https://github.com/parse-community/parse-server/compare/5.3.0...5.3.1
## Setup
Đầu tiên cần tải source code ở trên github về.

git clone https://github.com/parse-community/parse-server.git
cd parse-server/
git checkout tags/5.3.0

CVE-2022-39396 có bản vá ở 2 versions 4.10.18 và 5.3.1, nên mình quyết định checkout ở 5.3.0.
Sau khi checkout thì sửa file Dockerfile nhằm remote debug:
- Thêm expose port ```EXPOSE 9229 ```
- Sửa entrypoint

Build parse-server docker

Run mongo docker

Cuối cùng chạy lệnh sau để run parse server

Check server đã up chưa bằng lệnh

curl -X POST \
-H "X-Parse-Application-Id: APPLICATION_ID" \
-H "Content-Type: application/json" \
-d '{"score":1337,"playerName":"Sean Plott","cheatMode":false}' \
http://localhost:1337/parse/classes/GameScore

### Remote debug
Ở đây mình dùng WebStorm, mở project source code đã checkout ở trên, sau đó add config -> search chữ chrome ( attach to nodejs/chrome) -> sửa host tương ứng vs ip server, port là `9229`.
## The Patch
Ở CVE này thì source code có trên github và các commit fix đều nằm ở trên đó nên mình không cần phải sử dụng phần mềm khác đề diff mà compare 2 bản ở trên github luôn.
- Diff: https://github.com/parse-community/parse-server/compare/5.3.0...5.3.1
- Một điều chú ý nữa là trong advisory details của ZDI thì nó nói đến lỗ hổng này tồn tại ở trong hàm `transformUpdate`.
- Lỗ hổng này không cần xác thực

## Root Cause
Đầu tiên mình focus vào đoạn diff ở trên github thì thấy được bản mới chỉ thực sự fix ở file `src/Routers/FilesRouter.js` bằng cách thêm đoạn check từ dòng 144-168
Cụ thể đoạn code này như sau:
+ Check đầu vào của chúng ta là `metadata` và `tags` nếu như chứa `key` và `value` nằm trong `requestKeywordDenylist` thì sẽ hiện thị lỗi.
+ Cụ thể `requestKeywordDenylist` được set mặc định trong file `src/Options/Definitions.js`
+ Ở đây được chặn được một số keyword như trên và thứ mình thấy ngay lúc này là có chặn `constructor` và `__proto__` nên mình đã tưởng rằng tìm được chỗ prototype pollution và đã bám vào chỗ này rất lâu.

Khi tới đây, mình tưởng rằng chỉ cần pollution chỗ này là xong với đặt câu hỏi trong đầu:
+ Nếu có thể prototype pollution ở đây thì mình cần pollution cái gì?
+ Làm thế nào để RCE khi không thể thấy sink RCE ở chỗ này?

Sink đầu tiên mà mình tưởng prototype pollution là tại đoạn code sau
Với `fileOptions` và `fileTags` được xử lí như dưới đây.
+ Cả hàm `setTags` và `setMetadata` đều có chức năng giống nhau là gán giá trị `_metadata` hoặc `_tags` theo key-value.
Chỗ xử lí chính của `setMetadata`
Chỗ xử lí chính của `setTags`
Cuối cùng 2 object `fileOptions` và `fileTags` có attribute `metadata` và `tags` được lấy từ `fileObject.file._metadata` và `fileObject.file._tags` được set ở trên.

Với `key` và `value` mình có thể control thì hiện tại mình có thể chèn `key` bằng `__proto__` với `value` mình muốn.
Để có thể truy cập vô đây thì mình sử dụng router `/files/:filename` với method POST
+ Khi truy cập vào router này thì đầu tiên hàm `handleParseHeaders` để xác thực auth. Hàm này chỉ thực hiện check header `X-Parse-Master-Key` và tham số truyền vào ở json là `_ApplicationId` để xác thực auth.
+ Sau đó sẽ gọi tới `createHandler` là đoạn code xử lí mà mình cần vào.

Đặt breakpoint tại dòng 483 ở file `node_modules/parse/lib/node/ParseFile.js` và send với request sau để xác định xem mình đã có thể nhảy vào đúng thứ mình muốn chưa:

POST /parse/files/hello HTTP/1.1
Host: localhost:1337
Connection: close
X-Parse-Master-Key: MASTER_KEY
Content-Type: text/json
Content-Length: 100

{"_ApplicationId":"APPLICATION_ID","base64":"AAA","fileData":{"metadata":{"__proto__":{"polluted":true}}}}

Tiếp tục đặt breakpoint ở dòng 183 và nhảy đến đây.
Nhưng khi check thì thấy thực sự ở đây không thể pollution toàn bộ object.
Giống với một ví dụ trên mạng mình đã tìm được và test [Ref](https://guidesmiths.github.io/cybersecurity-handbook/attacks_explained/prototype_pollution)
Example:
+ Thực sử nó chỉ đè `__proto__` của object đó chứ không phải là prototype pollution.
+ Một điều nữa là nó không đệ quy ở đoạn này nên pollution toàn bộ object là không khả thi. [Explain](https://twitter.com/aszx87410/status/1564271712501645312)

Tới đây mình khá là bế tắc không phải làm gì tiếp theo, vẫn như thường lệ khi làm 1day thì sẽ tìm mục đích cần làm là gì. Đây là lí do mình thích làm 1day vì nó khá giống chơi CTF, biết được mục tiêu cuối cùng mình làm là gì. Vậy ở đây trước khi mình pollution được toàn bộ object thì mình sẽ tìm sink RCE nằm ở đâu.

### Sink exploit for RCE
Để tìm được chỗ có thể exploit RCE thì mình đã đọc spec mà được cung cấp cùng với trong diff github
Qua đây thì có thể đoán được có vẻ là liên quan đến `evalFuntions` và mình có tham khảo các CVE trước đây của parse server thì hầu hết nó vẫn liên quan đến đoạn này. [Ref1](https://github.com/tuo4n8/CVE-2022-24760#sink-exploit-for-rce), [Ref2](https://www.huntr.dev/bounties/ac24b343-e7da-4bc7-ab38-4f4f5cc9d099)

Sau khi search `evalFuntions` trong source và đọc những CVE trước đó thì thấy được đoạn code như sau:
+ Trong hàm `deserializeObject` khi `evalFunctions` được set thành true thì sẽ nhảy vào hàm `isolateEval`
+ Hàm này có sử dụng `Function.prototype.bind()` nên mình có thể lợi dụng ở đây để RCE.
+ CVE trước đây thì ở hàm `isolateEval` sử dụng `eval` nên RCE dễ dàng hơn.

Mình đọc các CVE cũ của những người khác phân tích thì thấy rằng đoạn này như sau:
+ Trước khi lưu dữ liệu lên DB, luồng dữ liệu sẽ được serialize qua thư viện BSON tại `node_modules/mongodb/node_modules/bson/src/parser/serializer.ts`
+ Sau đó nếu chúng ta truy cập vào nội dung được lưu trong DB thì chương trình sẽ tiến hành deserialize.

Cụ thể như nào thì mình sẽ debug dưới đây.
Đặt breakpoint tại 2 dòng 183 và 185
và dòng 542 của file `serializer.ts`
Thực hiện send request với `_bsontype` là `Code`.

POST /parse/files/hello HTTP/1.1
Host: localhost:1337
X-Parse-Master-Key: MASTER_KEY
Content-Type: text/json
Content-Length: 176

{"_ApplicationId":"APPLICATION_ID","base64":"AAA","fileData":{"metadata":{"_bsontype":"Code","code":"console.log(1)"}}}

Sau khi f9 qua dòng 185 thì chương trình sẽ nhảy vô hàm `serializeCode`

Khi duyệt qua `serializeInto` lần thứ 3 thì chương trình có `value['_bsontype'] === 'Code'` và sẽ nhảy vào `serializeCode`.

Stack Frame của khi gọi `serializeCode`:

Tiếp đến mình sẽ debug xem deserialize sẽ được gọi như nào.
Đặt breakpoint tại dòng 577 của file `node_modules/mongodb/node_modules/bson/src/parser/deserializer.ts` chính là sink mà mình cần vào.
Với request ở trên serialize thì reponse trả về sẽ chứa url truy cập vô file. Thực hiện truy cập vào url trả về đó.

http://localhost:1337/parse/files/APPLICATION_ID/d634ffe8019ffc125f27e230ea5f2a69_hello

+ `evalFunctions` lúc này được set là false nên không thể nhảy vô hàm `isolateEval`.
+ Stack Frame để đến được đây như sau
+ Đoạn code `evalFunctions` được set

Vậy mình đã tìm được giá trị cần pollution để vào được sink RCE là `evalFunctions` => giờ cần tìm chỗ prototype pollution toàn bộ object sau đó ghi đè `evalFunctions` thành true thì sẽ hoàn thành.

Sau khi lỗ hổng này được public trên ZDI thì mình mới biết được nó có liên quan đến hàm `transformUpdate`, lúc đầu mình làm chỉ focus vào những đoạn patch và thực sự trong đoạn patch thì lại không nhắc đến hàm này.

Search hàm `transformUpdate` trong source thì cuối cùng cũng đã tìm được sink cho việc prototype pollution tại hàm `transformUpdate` trong file `src/Adapters/Storage/Mongo/MongoTransform.js`.
Vậy là đã về dạng pollution mà mình thường gặp. Vậy việc bây giờ cần làm là control được những giá trị sau:
+ `out.value.__op` -> `__proto__`
+ `out.key` -> `evalFunctions`
+ `out.value.arg` -> `true`

Bây giờ mình cần đi tìm route nào sẽ xử lí và gọi đến hàm `transformUpdate`.

Search `transformUpdate` để xem được sử dụng ở đâu thì thấy được chủ yếu được gọi ở trong file `src/Adapters/Storage/Mongo/MongoStorageAdapter.js`.
Có 3 hàm gọi đến là:

updateObjectsByQuery
findOneAndUpdate
upsertOneObject

Tiếp tục 3 hàm này đều được gọi ở trong hàm `update` tại `src/Controllers/DatabaseController.js`.

Trace tiếp xem hàm `update` này sẽ được gọi những nơi nào. Ở đây rất nhiều chỗ sẽ gọi đến hàm này nhưng mình đã focus vào 2 chỗ mà 2 route sử dụng mà mình thấy là hợp lí, trong đó 1 route auth và 1 route unauth.

Mình sẽ đi vào route `/graphql-config`
+ Nhận đầu vào mới tham số `params`
+ Check đầu vào của chúng ta
+ Ở đoạn check này chỉ thực hiện check các atribute đưa vào phải là 1 trong số này và tất cả đều phải là array. Nhưng chúng ta có thể truyền vào `__proto__` vì đây là 1 atribute đặc biệt nên được chấp nhận và vượt qua đoạn check này.
+ Nhảy vào hàm `update`
+ Tới đây có thể debug dần dần tiếp nhưng mình chọn đặt breakpoint tại hàm `transformUpdate` ở `src/Adapters/Storage/Mongo/MongoTransform.js` luôn, sau đó mình sẽ xem stack frame biết được nó sẽ đi qua những hàm nào.

Như đã nói ở trên có 3 hàm gọi đến `transformUpdate` thì ở route này đã sử dụng `upsertOneObject`.
Các giá trị mà chúng ta muốn thì hiện tại không thể control. Khi mình đi đọc stackframe và debug thì thấy được ở route này chúng ta chỉ có thể control được `out.value.__op` và `out.value.arg` theo flow như sau:
+ Trước khi nhảy vào sink pollution thì sẽ có đi qua hàm `transformKeyValueForUpdate`.
+ Với `restKey` lúc này là `config` không nằm trong switch thì sẽ nhảy xuống đoạn code tiếp theo.
+ Tại đoạn code tiếp theo này thì nhánh if cũng không vô được vì sai các điều kiện của nó.
+ Vậy tiếp tục code sẽ nhảy vào hàm `transformTopLevelAtom` với `restValue` là một object của mình truyền vào.
+ Khi nhảy vào function đó thì mình thấy có 1 đoạn check `isValidJSON`, cụ thể hàm này sẽ check xem `value.__type === 'File'` và sau đó sẽ nhảy vào `JSONToDatabase`. `atom` chính là input của mình nhập vào, nên mình có thể control được giá trị trong này.
Check điều kiện
Cuối cùng gọi `JSONToDatabase` trả về `json.name`. Vậy ở đây mình có thể dựa vào `name` để control `__op` và `arg`.

Send request với `__type` là `File` để thoải điều kiện và nhảy vào được `JSONToDatabase`:

PUT /parse/graphql-config HTTP/1.1
Host: localhost:1337
Connection: close
X-Parse-Master-Key: MASTER_KEY
X-Parse-Application-Id: APPLICATION_ID
Content-Type: text/json
Content-Length: 120

{"params":{"classConfigs":[{"className":"haha"}],"__proto__":{"__type":"File"}}}

Khi debug tới hàm `isValidJSON` thì thấy được với request trên thì mình đã vô được `JSONToDatabase`, vậy bây giờ mình sẽ thêm atribute `name` với giá trị `__op` và `arg` mình muốn.

Tới sink thì thấy được giá trị của `__op` và `arg` đã thay đổi theo ý mình.
Nhưng ở đây mình không thể control `key`, vì vậy mình chỉ pollution `config` cho toàn bộ object.
Lí do ở đây không thể control được `key` vì nó đã được set cứng ở file `src/Controllers/ParseGraphQLController.js`.

=> Mình không thể prototype pollution ở route này.
Flow của route `graphql-config`.

updateGraphQLConfig
    _validateGraphQLConfig
        update
        upsertOneObject
            transformUpdate
                transformKeyValueForUpdate
                    transformTopLevelAtom
                        isValidJSON
                        JSONToDatabase                  

Tiếp tục đến với route thứ hai là `/classes/:className/:objectId`
Ở đây sẽ gọi đến `handleUpdate` và có gọi đến `update`
Tiếp tục chương trình sẽ gọi đến hàm `execute` của `RestWrite`
Rồi sau đó chương trình sẽ về dạng gần giống như ở route trên để xử lí
Ở route này mình có thể control được đầu vào là `className`,`objectId` và `req.body` là tùy ý của mình.
Như route trước mình đặt breakpoint ở hàm `transformUpdate` chứa sink để khi cho chương trình chạy đến đây thì mình sẽ đọc các stack frame và xem input của mình đi qua những chỗ nào và xử lí ở đâu.
Vậy ở đây khi mình nhập body là một object thì `restUpdate` sẽ nhận tất cả object đó.
Tới đoạn này thì thấy được `restKey` sẽ đượclấy ra từ `restUpdate` => đã có thể control được `key` => hoàn thành việc prototype pollution. Ở đây mình sẽ không nói tiếp việc control `__op` và `arg` vì khi nhảy vào hàm `transformKeyValueForUpdate` thì sẽ xử lí như nhau. Với việc mình có thể control toàn bộ đầu vào là 1 object bằng cách nhập vào key-value tương ứng thì để vượt qua các đoạn check trong hàm `transformTopLevelAtom` để tới `JSONToDatabase` đã là điều dễ dàng.


### Tóm lại.
+ Thực hiện prototype pollution `evalFunctions` tại route `/classes/:className/:objectId` để nhảy vào được hàm `isolateEval` có chứa sink để dẫn đến RCE.
+ Khi nhảy vào được hàm `isolateEval` thì sẽ mục đích của mình là sẽ lợi dụng `.bind` để gọi một function khác -> dẫn đến RCE
+ Tại hàm `metadataHandler` và có một route gọi đến hàm này nên mình có thể lợi dụng chỗ này để thực thi một function khác. Nếu như chúng ta send với một atribute `toJSON` thì khi code chạy tới`res.json` thì trong hàm này có chứa `JSON.stringify(obj)` vì vậy nó sẽ tự động được gọi tới.

## POC
https://www.youtube.com/watch?v=ETeTqtmEICE