Web Cache Poisoning

🔍 Introduction

Web Cache Poisoning은 캐시 서버들의 캐시 정책을 이용한 공격 방법으로 특정한 HTTP Request를 통해 다른 사용자의 서비스 동작에 영향을 줄 수 있는 부분들을 Cache 시켜 서비스를 정상적을 사용하지 못하게 하거나(DOS), 다른 취약점과의 연계를 위한 부분으로 사용할 수 있습니다.

🗡 Offensive techniques

Detect

HTTP Header, Query 등에 임의의 헤더, 값 등을 요청하여 서버에서 캐시되는지 여부를 확인합니다. 만약 캐시가 되는 경우 다른 사용자도 해당 경로로 진입 시 캐시된 결과를 받기 때문에 영향을 줄 수 있습니다.

Attack Request / Response

만약 X-Location 헤더가 Cache 대상이고 Response에 영향(Location 헤더)을 끼친다면..

GET /?cache_busting=1234 HTTP/1.1
Host: example.com
X-Location: https://www.hahwul.com

HTTP/1.1 200 OK
Location: https://www.hahwul.com

Victim Request / Response

일반 사용자가 X-Location 헤더가 없어도, 캐시된 결과를 받아와서 공격자가 의도한 사이트로 이동합니다.

GET /?cache_busting=1234 HTTP/1.1
Host: example.com

HTTP/1.1 200 OK
Location: https://www.hahwul.com

Cache key

캐시된 컨텐츠가 모든 사용자에게 동일하게 전달되는 것은 아닙니다. 물론 무조건 캐시하여 모든 사용자에게 전달하는 경우도 있지만, 특정 조건에 의해 같은 사용자라고 판단되면 전달하는 서버도 있습니다.

그런 서버들이 사용하는 특정 조건이 바로 Cache key입니다. Cache key는 캐시 서버가 HTTP 요청을 수신할 때, 직접 처리할 수 있는 캐시된 응답이 있는지 또는 백엔드 서버의 처리 요청을 전달해야 하는지 여부를 먼저 확인해야 하는데, 이 때 사용되며 이를 통해서 동등한 요청을 식별합니다.

HTTP Scheme
HTTP Host
Path
Query string
Etc…

기본적으로 Host 헤더와 URI Query는 포함되며, 여기에 캐시 서버의 설정에 따라서 추가로 값이 더 들어갈 수 있습니다. Cache Poisoning 시 이 점을 알고 있어야, Self 캐시되는 상황에서 Global 캐시로 범위를 확장할 수 있습니다.

Unkeyed inputs

Unkeyed inputs은 Cache Key와 다르게 Cache에 직접적인 영향을 끼치지 않으면서, Response에만 영향을 끼치는 항목을 의미합니다. 맨 위에 Cache Poisoning 예시에선 X-Location 값이 Unkeyed inputs이 됩니다.

GET /?cache_busting=1234 HTTP/1.1
Host: example.com
X-Location: https://www.hahwul.com

HTTP/1.1 200 OK
Location: https://www.hahwul.com

Detect flow

보통 3가지의 플로우로 Cache Poisoning의 여부를 식별할 수 있습니다.

Identify and evaluate unkeyed inputs (unkeyed inputs를 찾습니다. 그리고 영향력 검증)
Elicit a harmful response from the back-end server (백엔드 서버에서 악의적인 Response를 유도합니다.)
Get the response cached (이후 해당 Response가 캐시되는지 확인합니다)

Header Mining

Cache poisoning을 쉽게 식별하기 위해선 Param mining과 같이 Header mining을하는 것이 효과적입니다. HTTP Header wordlist를 기준으로 해당 서버에서 Response에 영향을 끼칠 수 있는 헤더를 찾는 것이 좋습니다.

GET /?cache_busting=1234 HTTP/1.1
Host: example.com
X-Location: 1234
X-Forwarded-For: 1234
X-Origin: 1234
X-URL-Rewrite: 1234
....

https://developer.mozilla.org/ko/docs/Web/HTTP/Headers
https://github.com/danielmiessler/SecLists/blob/e017d54a22f230e15b8a5f51e9fc4292537b374b/Miscellaneous/web/http-request-headers/http-request-headers-fields-large.txt

대표적으로 BurpSuite의 Param Minior, ZAP의 Fuzzer를 사용하고, 일부 Param mining이 가능한 도구로도 테스트할 수 있습니다. wordlist는 위 SecLists의 http-request-header-s-fields-large.txt를 사용하시면 대다수 헤더에 대해 테스트하실 수 있습니다.

Cache Busting

Cache busting은 URL Query 등에 특정한 값을 추가하여 해당 경로로 직접 접근한 사용자만 영향받도록 할 수 있는 기법입니다. 보통 Cache Poisoning, HTTP Request Smuggling 등 광범위한 대상의 사용자에게 영향을 끼칠 수 있는 공격들을 테스트할 때 자주 사용하는 방법입니다.

자세한 내용은 아래 글을 참고해주세요.

https://www.hahwul.com/2021/08/28/cache-busting/

Exploitation

캐시를 통해 HTTP Response 헤더에 영향을 끼칠 수 있다면 이를 통해 가능한 모든 공격이 Exploit의 포인트가 됩니다. 상황에 따라 너무 많은 경우의 수가 있지만 대체적으로 Client-Side에서 발생할 수 있는 모든 이슈와 연관이 있습니다.

XSS
DOS
CSRF (bypass protection)
Open Redirect
Smuggling
Etc…

More technic

PortSwigger의 글에서 잘 정리되어 있습니다. 아래 문서를 참고해주세요.

🛡 Defensive techniques

Disable Cache

캐시가 필요하지 않은 서버에선 캐시를 꺼두는 것이 가장 좋습니다. (리소스 캐시 등은 CDN에서 처리)

Protect unkeyed inputs

unkeyed inputs은 이 공격의 핵심이 되는 오브젝트 중 하나입니다. Cache가 가능한 서버에선 사용성에 직접적인 영향을 끼칠 수 있는 Header등의 unkeyed inputs는 공격자가 임의로 캐시하지 못하도로고 제한하는 것이 좋습니다.

Using Vary Header

Vary 헤더는 PC웹 환경과 모바일 웹 환경 구별을 위해 많이 사용하는 헤더입니다. 이를 통해 Cache Poisoning이 발생하더라도, 여러 사용자가 영향받지 않도록 완화할 수 있습니다.

Vary: User-Agent