今天我们来聊一个有趣的话题 - Python沙箱越狱。在我们开始之前，先来搞清楚什么是Python沙箱吧。
简单来，Python沙箱就像是一个虚拟的"游乐场"。在这个游乐场里，你可以尽情地玩耍(运行Python代码)，但是不能伤害到外面的世界（不能访问系统资源或执行危险操作）。这个"游乐场"有围栏（限制），有规则（安全策略），目的就是让你玩得开心，又不会搞出什么大乱子。
除了在线编程平台，Python沙箱在很多地方都有应用。比如在一些需要执行不受信任代码的场景中，如插件系统、科学计算环境等。总之，只要是需要在保证安全的前提下运行未知代码的地方，都可能会用到Python沙箱。
Python沙箱的工作原理现在我们知道了Python沙箱是什么，那它是怎么工作的呢？
首先，Python解释器本身就有一些内置的安全特性。比如，它会阻止直接访问底层系统资源，限制某些危险操作的执行。但是，这些内置的安全机制还远远不够，因为Python的灵活性使得总能找到绕过这些限制的方法。
所以，我们需要更强大的沙箱。常见的Python沙箱的功能主要有以下几种：
代码分析：在执行之前，对代码进行静态分析，检查是否包含危险操作。这就像是安检，在你进入游乐场之前，先检查你是否携带了危险物品。环境隔离：创建一个受限的Python环境，只允许访问安全的函数和模块。这就像是把游乐场里的某些区域封锁起来，你只能玩允许的项目。系统调用拦截：拦截并控制程序对操作系统的调用。这就像是在游乐场里安排了保安，监控每个人的行为。虚拟化：使用虚拟机或容器技术，在一个完全隔离的环境中运行代码。这就像是创建了一个虚拟的游乐场，无论你在里面做什么，都不会影响到真实世界。Python沙箱越狱的概念说了这么多沙箱，现在终于要说到今天的主角 —— 沙箱越狱了！
所谓沙箱越狱，就是设法突破沙箱的限制，执行本不被允许的操作。就像是聪明的小朋友想方设法爬出游乐场的围栏，去外面的世界探险。
沙箱越狱可能带来严重的安全隐患。如果恶意用户成功越狱，他们可能会：
访问或修改服务器上的敏感文件执行危险的系统命令发起网络攻击获取其他用户的私密信息常见的Python沙箱越狱技术1. 利用内建函数
Python有很多强大的内建函数，可能会成为沙箱越狱的工具。比如：
eval() 和 exec()：这两个函数可以执行字符串形式的Python代码。如果沙箱没有正确地限制这些函数，攻击者可能会利用它们执行任意代码。import()：这个函数可以动态地导入模块。如果没有proper限制，攻击者可能会导入一些危险的模块。例子:
# 利用eval()执行系统命令eval("__import__('os').system('ls')")2. 利用模块导入
即使沙箱限制了直接导入模块，聪明的攻击者可能会找到间接导入的方法。比如：
利用__builtins__：Python的内建命名空间中包含了很多有用的函数和类，包括__import__函数。利用已导入模块的属性：有些看似无害的模块可能包含了可以用来导入其他模块的方法。例子：
# 利用__builtins__导入os模块__builtins__.__import__('os').system('ls')3. 利用代码注入
有时候，沙箱可能允许用户输入一些看似安全的代码片段，但攻击者可能会巧妙地构造这些代码片段，使其包含恶意代码。
例子:
# 假设沙箱允许定义函数def harmless_function(): # 看似无害的注释 """).__getattribute__.__globals__['__builtins__']['__import__']('os').system('ls')#""" pass# 利用exec执行注释中的代码exec(harmless_function.__doc__)下面是对这个例子的详细剖析：
详细剖析
函数定义：def harmless_function(): # 看似无害的注释 """).__getattribute__.__globals__['__builtins__']['__import__']('os').system('ls')#""" passharmless_function是一个普通的函数。函数体内有一个多行字符串（文档字符串，或称docstring），在Python中，文档字符串通常用于提供函数的描述。这个文档字符串包含了一个看似注释的内容，实际却是一个恶意代码。恶意代码解析：""").__getattribute__.__globals__['__builtins__']['__import__']('os').system('ls')#"""""")：这是一个字符串结束标记，它关闭了docstring。.__getattribute__：获取对象的属性，在这里获取的是函数对象的属性。.__globals__：访问函数的全局命名空间。['__builtins__']：访问全局命名空间中的内建模块。['__import__']('os')：使用内建的__import__函数导入os模块。.system('ls')：调用os模块的system函数执行系统命令ls，列出当前目录的文件。4. 利用反射机制
Python的反射机制允许程序在运行时检查、访问和修改自身的状态和行为。攻击者可能会利用这一特性来访问或修改本应受限的对象。
例子：
# 利用反射修改类的方法class Safe: def __init__(self): self.value = 42safe = Safe()getattr(safe.__class__, '__init__').__globals__['__builtins__']['__import__']('os').system('ls')5. 利用字节码操作
Python代码在执行前会被编译成字节码。有些高级的攻击者可能会直接操作字节码来绕过沙箱的限制。
例子：
import typesdef safe_function(): print("I'm safe!")# 修改函数的字节码unsafe_code = types.CodeType( 0, 0, 0, 0, 0, 0, bytes([0x64, 0x00, 0x00, 0x53]), # 等同于 return __import__('os') (), (), (), "", "", 0, b'')safe_function.__code__ = unsafe_coderesult = safe_function()result.system('ls')经典Python沙箱越狱案例分析让我们来看两个真实的Python沙箱越狱案例，看看这些技术是如何在实际中运用的。
案例1：PyPy沙箱越狱
PyPy是一个Python的替代实现，它也提供了一个沙箱模式。但在2012年，有研究者发现了一种巧妙的方法来逃逸这个沙箱。
技术原理：
PyPy的沙箱阻止了对__builtin__模块的直接访问。但是，异常对象的__traceback__属性可以用来获取栈帧。通过栈帧，可以访问到全局命名空间，从而获取__builtin__。示例代码：
try: raise Exceptionexcept: tb = sys.exc_info()[2] frame = tb.tb_frame frame.f_globals['__builtins__']['__import__']('os').system('ls')案例2：Jinja2模板注入
Jinja2是一个流行的Python模板引擎，它也提供了沙箱模式。但如果配置不当，仍然可能被攻击者利用。
技术原理：
Jinja2的沙箱默认阻止了大多数危险操作。但是，某些看似无害的操作(如获取对象属性)是允许的。攻击者可以通过巧妙构造模板，一步步获取到可执行任意代码的能力。示例代码：
{{''.__class__.__mro__[1].__subclasses__()[XXX]('ls', shell=True, stdout=-1)}}这段代码通过获取字符串对象的类,然后获取其基类，最后找到可以执行系统命令的子类(通常是subprocess.Popen)，从而执行系统命令。
总结通过本文，我们了解了Python沙箱的概念、工作原理，以及各种沙箱越狱的技术。这些知识不仅能帮助我们更好地理解Python的安全机制，也能让我们在设计和实现安全系统时更加谨慎。
作者：大鲸鱼crush链接：https://juejin.cn/post/7383982728734425125
