0 引言

    隨著信息技術的發(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的情況下訪問或破壞系統(tǒng)^[1]。每天都會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]?，F(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，包括遠程利用漏洞,、本地利用漏洞,，再往下細分又可以分為命令執(zhí)行、溢出,、提權等漏洞^[4],。不同的漏洞所依靠的運行環(huán)境也不相同，有些漏洞甚至需要多個軟件或系統(tǒng)的組合才能順利復現(xiàn)成功^[5],。為簡化漏洞復現(xiàn)過程,，本文研究了使用Docker容器技術來進行漏洞場景的打包和發(fā)布技術，并且通過漏洞驗證模塊來驗證此漏洞場景,。

    關于漏洞驗證程序的編寫格式,，現(xiàn)階段已經(jīng)有數(shù)個漏洞驗證框架：Beebeeto、Pocsuite,、Bugscan,、Tangscan等。Beebeeto是由眾多安全研究人員所共同維護的一個規(guī)范化觀點證明(Proof of Concept,，POC)/漏洞利用(Exploit,，EXP)平臺，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)標準編寫出相應的POC或EXP提交到平臺,。Pocsuite是由知道創(chuàng)宇安全研究團隊打造的一款開源的遠程漏洞測試框架。BugScan是西安四葉草信息技術有限公司旗下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服務,，一個由眾多安全研究人員維護的企業(yè)在線安全體檢平臺,。上述框架都擁有一套自己的驗證程序腳本的編寫規(guī)范。對此,，文中也研究了將這些不同的編寫規(guī)范相兼容的方法,，以達到快速編寫驗證程序的目的。

1 系統(tǒng)結構

    系統(tǒng)整體結構分為Docker管理模塊,、POC驗證模塊和數(shù)據(jù)庫,。

    如圖1所示，Docker管理模塊分為容器,、鏡像,、倉庫三個部分^[6]。容器模塊負責本地容器的創(chuàng)建,、運行,、終止和刪除。鏡像模塊負責從倉庫中獲取鏡像,、添加標簽,、上傳鏡像和刪除鏡像。倉庫模塊負責存儲制作好的鏡像和提供鏡像的下載服務,。驗證模塊分為執(zhí)行,、框架和庫三個部分，執(zhí)行模塊是驗證過程的入口,，所有的驗證程序都由執(zhí)行模塊執(zhí)行,，為了兼容不同類型的POC，執(zhí)行模塊會根據(jù)不同類型的POC來調(diào)取相應的框架來解析執(zhí)行,，具體的驗證代碼則是存放在POC庫中,。最后如果驗證通過，證明漏洞存在并且POC有效,，就會將相應的鏡像,、容器啟動的參數(shù)、倉庫的地址和驗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)所需的資源來啟動處理過程,，包括搭建環(huán)境所需要的Docker鏡像、漏洞的詳細信息,、漏洞利用程序等資源,。

    如圖2所示，系統(tǒng)首先會加載漏洞所需要的資源,，一個完整的漏洞資源包括Docker鏡像或Dockerfile,、漏洞的詳細信息、漏洞的種類,、漏洞的危害程度,、漏洞的評分,、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Docker容器,，并且提供了相應的驗證程序,。接下來，框架會根據(jù)提供的驗證程序信息調(diào)用不同的驗證框架來嘗試驗證Docker容器中運行的有漏洞的程序,。在驗證程序驗證完成后,，系統(tǒng)會根據(jù)驗證的結果來判斷漏洞提交者所提交的資源是否有效，若有效,，則將相關的信息存入數(shù)據(jù)庫中,；否則終止驗證過程，重新調(diào)整資源,。

2 Docker容器虛擬化技術

    Docker是PaaS提供商dotCloud開源的一個基于LXC(Linux Container)的應用容器引擎,，讓開發(fā)者可以將應用程序、依賴的運行庫文件打包并移植到一個新的容器中,，然后發(fā)布到任何系統(tǒng)為Linux的機器上,，也可以實現(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,。Docker鏡像是必須向此漏洞驗證系統(tǒng)所提交的資源之一。

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

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

    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,，容器擁有運行時需要的可讀寫層,，而鏡像只是靜態(tài)的只讀文件。通過run命令啟動的容器處于運行狀態(tài),，對于運行狀態(tài)的容器可以使用stop來終止,，終止狀態(tài)的容器并沒有消失，可以使用start操作來重新啟動,。如果希望容器暫停工作一段時間,，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)的容器不會占用CPU資源,，直到通過unpause操作恢復運行,。

2.1 Docker容器與傳統(tǒng)虛擬化的不同

    傳統(tǒng)的服務器虛擬化解決的核心問題是計算資源的調(diào)配，而Docker容器解決的核心問題是應用開發(fā),、測試和部署,。如圖4所示，虛擬機技術通過Hypervisor層抽象底層基礎設施資源提供相互隔離的虛擬機,，通過統(tǒng)一配置,、統(tǒng)一管理，計算資源的可運維性,，資源利用率能夠得到有效的提升,。同時，虛擬機提供客戶機操作系統(tǒng),，客戶機變化不會影響宿主機,，能夠提供可控的測試環(huán)境，更能夠屏蔽底層硬件甚至基礎軟件的差異性,，讓應用做到廣泛兼容,。然而虛擬化技術因為要多模擬出一層操作系統(tǒng)，都不可避免地出現(xiàn)計算,、IO,、網(wǎng)絡性能的損失^[10]。而容器技術嚴格來說并不是虛擬化,，沒有客戶機操作系統(tǒng),，是共享內(nèi)核的。容器可以視為軟件供應鏈的集裝箱,，能夠把應用需要的運行環(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用運行,，輕裝上陣,，性能更佳^[11]。

    Docker鏡像特性則讓這種方式簡單易行,。當然,，因為Docker共享內(nèi)核的特性，所以容器隔離性沒有虛擬機那么好^[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)構成的腳本,，這些命令應用于基礎鏡像并最終創(chuàng)建一個新的鏡像。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)出為一個新的可以用于創(chuàng)建容器的鏡像。

3 POC驗證模塊

    為了提高驗證模塊的兼容度,、降低驗證程序編寫的學習成本,，此系統(tǒng)采用插件式的驗證框架設計,驗證過程由驗證引擎啟動，根據(jù)驗證程序的類型說明,，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)輸入到驗證系統(tǒng)中^[14]，在經(jīng)過相應的框架執(zhí)行完成后,，不同的框架會產(chǎn)生不同的返回值,，甚至返回一個布爾值，這些返回值都將交給結果處理器來匯總處理,。在驗證程序驗證成功后,，在數(shù)據(jù)庫中就會將相應的漏洞信息標記為有效。

4 框架測試

    測試漏洞為已經(jīng)公布的couchdb數(shù)據(jù)庫漏洞,，漏洞編號為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,，造成垂直權限提升,。向此系統(tǒng)提交漏洞的相關信息，提交的Dockerfile主要內(nèi)容為：(1)從鏡像庫中以Debian系統(tǒng)來作為基礎鏡像,；(2)獲得CouchDB相關的運行腳本,；(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)運行從第二步獲得的腳本,，設置參數(shù)來添加CouchDB普通權限用戶,；(6)運行CouchDB服務。

    在以Dockerfile生成的鏡像的基礎上啟動容器,，啟動容器時設置相關的端口映射使Docker容器中的CouchDB服務端口映射到本地主機上,。

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

5 結論

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

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作者信息:

陳一鳴，寇小強,，王永利

（華北計算機系統(tǒng)工程研究所,，北京100083）