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Pentesting contra aplicaciones en node.js – Parte 1.

En los últimos años nos encontramos con que las aplicaciones desarrolladas en node.js son cada vez más comunes en entornos empresariales y en Internet, lo que inicialmente se construyo como un prototipo para probar el funcionamiento de un modelo “event-loop” hoy en día se ha convertido en un lenguaje bastante popular que se ha hecho un hueco en el competitivo y controvertido mundo de las herramientas, lenguajes y plataformas para el desarrollo de aplicaciones. Node.js plantea una forma distinta de desarrollar plataformas web y por supuesto, también provee los medios necesarios para construir aquellos componentes de software que son comunes en otros lenguajes de programación, sin embargo, como cualquier otro lenguaje de programación, tiene sus limitaciones y en algunos casos es posible que no sea la mejor alternativa. Cuando queremos desarrollar algo, lo más importante y que nunca hay que perder de vista, es que las características funcionales de una aplicación pueden llevar más o menos tiempo dependiendo de cada lenguaje de programación y así como puede suponer más o menos esfuerzo, también es importante valorar el impacto de optar por un lenguaje de programación de cara al desempeño, la escalabilidad y por supuesto, la seguridad.

En este sentido y por lo que he podido ver cuando hablo con algunos desarrolladores de node.js que he conocido, estas premisas se olvidan completamente y se piensa que node.js “vale para todo”, aunque para ser justos, lo mismo me he encontrado con programadores de Java, Python, .Net, etc, etc, etc. Como diría Van Russom, cada lenguaje tiene su propio “Zen” y es importante conocerlo para saber si es la alternativa más adecuada para un problema concreto. Dicho esto, merece la pena recordar el modo de funcionamiento de node.js y el motivo por el cual es considerado un framework flexible, escalable y con buenos niveles de rendimiento, así como también, los motivos por los que no es una buena idea utilizarlo “para todo”.

Las principales características de Node.js son las siguientes:

– OpenSource, independiente de plataforma.

– Desarrollado sobre CJR v8 (Chrome JavaScript Runtime).

– Diseñado para ser rápido y escalable.

– Permite la ejecución de Javascript en el backend.

– El contexto de ejecución de CJR v8 es completamente diferente al contexto del navegador, dado que se ejecuta en el lado del servidor.

– Liviano y eficiente.

Por otro lado, utiliza un modelo de funcionamiento asíncrono basado en eventos y en la ejecución de funciones de “callback”. Se trata de un framework que ha sido pensado para ejecutar operaciones sobre un único hilo de ejecución, por este motivo nos encontramos con que el principal objetivo de node.js con su modelo “single-thread” es el de mejorar el desempeño y escalabilidad de aplicaciones web, ya no tenemos el modelo “one thread per requests” utilizado en las aplicaciones web tradicionales que se despliegan en servidores web como Apache, Ngnix, IIS, entre otros, estamos ante un modelo completamente distinto, enfocado al desarrollo de aplicaciones escalables, asíncronas y con un bajo consumo de recursos debido a que ahora, sobre el proceso servidor ya no se hace un “fork” para atender las peticiones de los clientes en procesos independientes, algo que es habitual en servidores web Apache.

Modelo “Event-loop model” vs “thread per requests”.

Un modelo “Event-Loop” es ideal para aplicaciones en donde la velocidad de respuesta de las peticiones es más importante que las operaciones I/O. p.e: Un proxy inverso/transparente. También, este modelo es remendable cuando se trata de aplicaciones web con un backend ligero, el cual realiza las operaciones de negocio de forma rápida y eficiente. Esto es importante ya que si el backend no cumple con este requerimiento se pueden producir cuellos de botella y afectar el rendimiento general de la aplicación. Un modelo “thread per requests” es más adecuado para procesamientos intensivos con con un número bajo de procesos concurrentes. p.e. Aplicaciones cuyas funciones realizan múltiples operaciones de negocio, conexiones a bases de datos u otros sistemas remotos, así como transacciones complejas que requieren tiempo de procesamiento. Dicho esto, dependiendo del tipo de aplicación un modelo puede ser más recomendable que el otro y en el caso de las aplicaciones node.js que utilizan el modelo “event-loop” es importante que el backend se encuentre lo más fino posible y que todas las operaciones de negocio se realicen de la forma más rápida posible. En el caso de aplicaciones desarrolladas con node.js es común encontrarnos con que es necesario desarrollar el componente “servidor”, típicamente utilizando el modulo “express” en entornos de desarrollo, además de la lógica propiamente dicha de la aplicación.

Dado que todo se ejecuta desde un único hilo de ejecución, la gestión inadecuada de excepciones puede interrumpir por completo el normal funcionamiento del servidor y por este motivo es recomendable tener rutinas de chequeo que se encarguen de verificar en todo momento el correcto funcionamiento del servidor y la disponibilidad del proceso en el sistema.
Como se puede apreciar, es necesario pensar de una forma diferente cuando se trata de aplicaciones que siguen el modelo que implementa node.js y ante todo, tener muy claro que como cualquier otra herramienta o tecnología, sirve para resolver un problema concreto y debe evitarse su uso siguiendo únicamente el criterio “de la moda”, es decir, utilizar node.js porque es lo que se lleva hoy en día. Como cualquier lenguaje de programación, tiene su propia filosofía, su propio “Zen” y es recomendable conocer sus características más relevantes de cada lenguaje con el fin de utilizar la tecnología adecuada para resolver un problema concreto.

OWASP Top 10 y Node.js

Node.js es una tecnología para el mundo web, para el mundo del “http”, por éste motivo todas las amenazas descritas en el OWASP Top 10 aplican igualmente a las aplicaciones basadas en node.js. Nos encontramos con los mismos problemas que afectan a las aplicaciones escritas en los lenguajes más utilizados/tradicionales en Internet como PHP, JSP/JSF/J2EE, ASP.NET, ColdFusion, etc, etc. Desde problemas típicos de Inyección (SQLi, LDAPi, XSS, etc) hasta problemas de fugas de información o ejecución remota de código. No obstante, en el caso de Node.js existen algunas amenazas adicionales que no están incluidas en el OWASP Top 10 y suelen ser bastante comunes en aplicaciones de éste tipo. A continuación se enumeran rápidamente algunas de ellas.

Global Namespace Pollution

Se trata de un problema que tiene relación directa con la calidad del código y buenas prácticas de desarrollo. Tal como se ha explicado anteriormente, el componente “servidor” en una aplicación en Node.js debe ser desarrollado utilizando alguno de los módulos disponibles en el lenguaje, siendo “express” el más común. Dado que se trata de una tarea que deben realizar los desarrolladores, en ocasiones en éste componente “servidor” se incluyen variables y rutinas de código que tienen relación directa con el funcionamiento de la aplicación. Hay que tener en cuenta que cuando se definen éste tipo de elementos (variables o funciones) en el componente servidor de la aplicación node.js, se convierten en elementos globales de toda la aplicación, es decir, que los valores almacenados en las variables y el resultado de la ejecución de las funciones en dicho contexto afecta a todos los usuarios de la aplicación. Por ejemplo, si en el componente servidor se almacena crea una variable de cualquier tipo, el valor de dicha variable puede ser alterado por cualquier cliente de la aplicación y dicha modificación va a ser visible por el resto de clientes que intenten acceder a dicho valor. En la mayoría de lenguajes de programación nos encontramos con 3 contextos para el almacenamiento de valores entre peticiones HTTP, dichos contextos serían “request”, “session” y “application”, siendo éste último el más amplio de todos y el que más se asemeja a los “Global Namespaces” en Node.js

HTTP Parameter Pollution

En la mayoría de plataformas web existen mecanismos estándar para controlar la forma en la que se procesarán los parámetros duplicados (servidorweb/pagina?id=20&id=10&id=pepe&id=abcde), en algunos casos el lenguaje se quedará con el valor de la primera ocurrencia del parámetro o con el último, en algunos casos está característica es incluso configurable, sin embargo en el caso de node.js no se excluye ningún parámetro y si un parámetro se repite varias veces en la misma petición, cuando se intente recuperar el valor del parámetro en cuestión desde la aplicación, node.js se encargará de devolver un “array” con cada una de las ocurrencias del parámetro en cuestión. Esta es una característica del lenguaje y hay que tener en cuenta, ya que casi siempre cuando se desarrolla una aplicación web, se espera recibir un parámetro con un tipo de dato concreto (típicamente una cadena) pero dado que node.js se encarga de envolver todas las ocurrencias de un mismo parámetro en un array, el comportamiento de la aplicación puede ser muy diferente al esperado y en la mayoría de casos se puede producir una excepción no controlada, que tal como se ha mencionado anteriormente, puede generar una condición de denegación de servicio en el servicio.

Uso inseguro de funciones que permiten inyección de código.

Como en muchos otros lenguajes de programación, en node.js existen funciones que permiten la validación de tipos de datos concretos, no hay que olvidar que node.js es un lenguaje de scripting no tipado, lo que significa que, a diferencia de otros lenguajes de programación con tipado fuerte, el tipo de una variable es implícito al valor que se le asigna. Esto quiere decir que si se le asigna una cadena a una variable, el tipo de dicha variable será “str” y si más adelante durante la ejecución del programa, se le asigna una valor entero, el tipo de dato de dicha variable será desde ese momento un “int”. La función “eval” es precisamente una de las funciones más conocidas y utilizadas en node.js para validar tipos de datos en variables e instrucciones de código, lo que significa que la función “eval” lo que hace por debajo es ejecutar las instrucciones enviadas por parámetro de la función, lo que en algunos casos puede producir problemas de inyección de código arbitrario si los valores enviados a “eval” provienen de una petición por parte del cliente y no se validan correctamente. Esta es solamente una de las posibilidades a la hora de inyectar código en una aplicación node.js, sin embargo como se verá en otro post de ésta serie, existen varias formas de hacer lo mismo y en todos los casos, son producidas por malas prácticas de desarrollo o simplemente por desconocimiento.

Regex DoS

El uso de las expresiones regulares es bastante habitual a la hora de validar patrones y se utilizan
con bastante frecuencia a la hora de comprobar los valores ingresados por un usuario en formularios web. Por ejemplo, se pueden utilizar expresiones regulares para validar un correo electrónico, un DNI, número de teléfono o cualquier otro campo que siga un patrón fijo. Aunque se trata de elementos muy potentes, se caracterizan por ser de alto consumo en términos de recursos y tiempo de procesamiento y pueden ser especialmente perjudiciales para el correcto funcionamiento de una aplicación cuando las expresiones aplicadas no se encuentran bien definidas. Es posible que dichas expresiones funcionen correctamente, pero debido a la forma en la que se encuentran declaradas consuman más tiempo y recursos de lo que deberían. En el caso de node.js y especialmente en cualquier plataforma que siga el modelo “event-loop” con un único proceso asociado al servidor, es posible encontrarse con un cuello de botella considerable, lo que al final termina por provocar una condición de denegación de servicio.

NodeGoat de OWASP para pentesting contra node.js

Ahora que se ha explicado a grandes rasgos las principales vulnerabilidades que pueden afectar a una aplicación escrita en node.js, es el momento de llevar todo ésto a la práctica y qué mejor forma de hacerlo que por medio de una aplicación web vulnerable por diseño. Del mismo modo que existen aplicaciones de éste tipo para lenguajes como Java, PHP, .Net, entre otros, en el caso de node.js existe el proyecto NodeGoat de OWASP, el cual se encuentra disponible en el siguiente repositorio de github: https://github.com/OWASP/NodeGoat

Su instalación es muy simple, basta con descargar el proyecto del repositorio con “git clone https://github.com/OWASP/NodeGoat” y posteriormente realizar la instalación de todos módulos necesarios para que la aplicación pueda arrancar. Dichos módulos se instalan rápidamente con el comando “npm install”. Evidentemente es necesario tener node.js instalado en el sistema, en el caso de sistemas basados en Debian, es tan sencillo como ejecutar el comando “apt-get install nodejs”. Una vez instalados todos los módulos de la aplicación, es necesario configurar la base de datos MongoDB, que tal como se indica en el README del proyecto, es posible tirar de una instancia de MongoDB en local o crear una cuenta en MongoLab (https://mlab.com/) y crear una base de datos en dicho servicio, el cual puede tiene un plan gratuito que más que suficiente para trabajar con NodeGoat. Es necesario editar el fichero “<NODEGOAT_DIR/config/env/development.js” y establecer la ruta de conexión con la base de datos que se ha creado en MongoLab o la instancia que se encuentra en ejecución en local, según sea el caso. Antes de iniciar la aplicación, se debe ejecutar el comando “npm run db:seed” para crear toda la estructura de de colecciones en la base de datos, la cual evidentemente es utilizada por NodeGoat. Finalmente, el comando “npm start” se debe ejecutar desde el directorio de NodeGoat y con esto, la aplicación estará preparada para ser utilizada en el puerto 4000. Para poder iniciar sesión en la aplicación, los usuarios se encuentran disponibles en la colección “users” de la base de datos y también se pueden ver en el fichero “README” del proyecto.

Esto ha sido una breve introducción al funcionamiento de node.js y algunos de los problemas de seguridad que se pueden dar por el uso inadecuado de ésta tecnología. En los próximos post se explicará mucho más en detalle y con ejemplos prácticos aquellas cuestiones a tener en cuenta a la hora de hacer un pentest contra aplicaciones web desarrolladas en node.js

Un saludo y happy hack!
Adastra.

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