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@takutoy

Railsアプリケーションのセキュリティテストガイド (静的テスト：SAST)

Last updated at Posted at 2021-03-24

これなに？

Ruby on Rails 製 Webアプリケーションのセキュリティテストをするためのガイドです。本ガイドは脆弱なRailsアプリである RailsGoat を題材にセキュリティテストの手法を解説します。

本記事ではソースコードをレビューして脆弱性を発見する手法である 静的アプリケーションセキュリティテスト(SAST) を扱います。

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対象読者

Ruby on Rails でプロダクト開発している組織のセキュリティチームを想定していますが、セキュリティに関心がある開発者やテスターにとっても役立つしれません。

前提知識・スキル

  • 情報セキュリティに関する基本的な用語を知ってること
  • 基本的なWebアプリケーションの脆弱性について知ってること
  • Ruby on Rails のコードが読めること
  • Linux のコマンドを叩けること

目次

  1. 静的アプリケーションセキュリティテストの準備
  2. Rails のコードをBrakemanで静的解析し、結果を精査する
  3. Rails のコードを独自のルールでレビューする

静的アプリケーションセキュリティテストの準備

静的アプリケーションセキュリティテストはソースコードをツールで解析したり、目視でレビューしたりすることにより脆弱性を発見します。

テストを始める前に、Rails アプリによくあるプログラミングミスを把握しておいたり、コードを読みやすい環境を整えておいたりしておくと効率よくテストを進められます。

セキュリティコードレビューのための前提知識

Railsアプリの開発者とセキュリティテスターにとって Securing Rails Applications (Ruby on Rails Guides) は必読書です。Rails アプリによくあるセキュリティの問題と、その対応方法が充実しています。

Securing Rails Applications に基づいてコードレビューするだけでも多くの脆弱性をカバーできると思います。読んだことない人はすぐ読みましょう！

英語版より更新は遅れますが、日本語版もあります。

コードレビューの環境

ソースコードを見る環境を整えましょう。小規模プロジェクトならGitHubをWebブラウザで眺めてもよいですが、ある程度の規模なら高機能なテキストエディタやIDEを使うことお勧めします。なお、本記事では Visual Studio Code を使います。

コードレビューの記録

コードレビューにおいて記録はとても重要です。似たようなコードが大量にあるときに「どこまで見たっけ？」となるのを防いだり、レビュアー※が確認するエビデンスになるためです。

※ややこしいですが、セキュリティテストをチームでやる場合、テストの実行者とそのレビュアーがいるはずです

記録方法は好きなやりかたでよいと思いますが、参考までに筆者の記録方法も合わせて紹介します。

Brakeman を使ったソースコードの静的解析

Rails には Brakeman というソースコードの静的解析ツールがあります。Brakeman は自動かつ高速にソースコードを検査できるため、セキュリティテストでは重宝します。

RailsGoat を Brakeman で解析すると、次のような結果が得られます。

本節では Brakeman を使ってコードの欠陥を検出し、その結果を目視で精査します。

Brakeman の注意点

Brakeman はとても便利なツールですが、次の3点を認識しておく必要があります。

1. Brakeman では検出できない脆弱性がある

Brakeman はすべての脆弱性※に対応しているわけではありません。また、対応していても漏れなく検出してくれるわけではありません。Brakeman が何も報告しなかった＝脆弱性ゼロとは思わないでください。

様々な脆弱性を網羅的にテストするには、Brakeman だけでなく目視によるコードレビューや動的アプリケーションセキュリティテストで補完する必要があります。

※Brakeman が対応している脆弱性の種類は次のページにあります：Brakeman Warning Types

2. 検出されたアラートの中には誤報(False Positive)が含まれる

Brakeman が報告するのはあくまで「疑わしいコード」なので、実際は問題がないコードが検出されることもあります。

本当に問題があるコードなのかを判断するために、結果を目視で精査する必要があります。

3. 誤報でなかったとしても、実際に悪用可能かは分からない

Brakeman が検出するのはソースコード上の問題なので、Web アプリケーションとして動くときにどのような挙動をするかは、実際に動かしてみるまで分かりません。

その問題が悪用可能であるかを確かめるには、動的アプリケーションセキュリティテストが必要です。動的アプリケーションセキュリティテストは次回扱います。

Brakeman の使い方

Brakeman を使うには、Railsアプリケーションのソースコードがあるディレクトリに移動して brakeman -A コマンドを実行します。 -A は追加の検査をしてくれるオプションです。付けて困ることはないと思うので、基本的には -A をつけておいてよいと思います。

brakeman の実行例：

user@sectest:~/railsgoat$ brakeman -A
Loading scanner...
Processing application in /home/user/railsgoat
Processing gems...

===略===

== Warnings ==

Confidence: High
Category: Cross-Site Scripting
Check: CrossSiteScripting
Message: Unescaped cookie value
Code: cookies[:font]
File: app/views/layouts/application.html.erb
Line: 12

Confidence: High
Category: Dangerous Send
...

通常、結果は標準出力に吐き出されますが、-o オプションを付けるとファイルに出力でき、-o filename.html や -o filename.csv のように使います。CSVファイルはスプレッドシートに貼り付けやすいのでおすすめです。

user@sectest:~/railsgoat$ brakeman -A -o result.csv
===略===
user@sectest:~/railsgoat$ more result.csv
Confidence,Warning Type,File,Line,Message,Code,User Input,Check Name,Warning Code,Fingerprint,Link
High,Cross-Site Scripting,app/views/layouts/application.html.erb,12,Unescaped cookie value,cookies[:font],,CrossSiteScripting,2,febb2
1e45b226bb6bcdc23031091394a3ed80c76357f66b1f348844a7626f4df,https://brakemanscanner.org/docs/warning_types/cross-site_scripting/
...

出力されたCSVファイルをスプレッドシートにインポートした例：

このスプレッドシートは精査の記録に役立ちます。

Brakeman の結果を精査する

Brakeman のアラートはすべてが脆弱性というわけではなく、誤報の場合もあります。特にインジェクション系の脆弱性は誤報が多いです。誤報が多いレポートは役に立たないので精査しましょう。

Confidence は誤報度合いの参考にはなりますが、High で誤報のこともあれば、逆に Weak でもホンモノのこともあります。アラートが多くてすべてを見切れない場合を除き、すべてのアラートを精査することをお勧めします。

精査は File と Line が指し示しているソースコードを参照しながら、パラメータである Code と User Input が安全な値であるかを目視で確認していきます。

安全であるかの判断方法はいろいろあると思いますが、例を次に挙げます。

パラメータが検証されている場合

Brakeman はパラメータが検証されていたりサニタイズされている場合でもアラートを出すことがあります。この場合、アラートは False Positive と判断できます。

ただし、検証やサニタイズの妥当性は確認しておきましょう。もし安全である確信が持てない場合は、動的アプリケーションセキュリティテストで有効性を確認するのも良いでしょう。

パラメータの作成者が信頼できる場合

パラメータの作成者が信頼できるとき、そのアラートは False Positive と判断できる場合があります。Webアプリケーションで処理されるパラメータの参照元や作成者は様々です。

パラメータの参照元のと作成者例：

例えば Brakeman はクロスサイトスクリプティングのアラートを挙げており、実際に入力値がサニタイズされていない場合であっても、コンテンツ作成者が職務上パラメータにスクリプトを埋め込むことを許可されていれば問題なしと判断できるでしょう。

ただし、パラメータの作成者が信頼できるからと言って、パラメータの検証やサニタイズが無意味かというとそうでもありません。作成時点ではパラメータが安全な値であっても、使用されるまでの間に改ざんされていた場合、その値は安全とは言えません。

パラメータの参照元データが何らかの脆弱性によって改ざんされることが想定される場合、検証やサニタイズはリスクを緩和します。

精査結果の記録

先に出力したCSVファイルを整形し、精査結果を追記すると良いです。

RailsGoat はわざと脆弱性に作られたアプリなのでほぼすべてホンモノっぽいです。一部、セキュリティにかかわる設定不備を指摘しているものもあり、実害に発展しうるか現時点では判断をつけがたいアラートはとりあえず？としてます。

※このような「実害に発展するかわからないが、セキュリティ上は不適切」を報告するか否かは、セキュリティテストの目的に沿って決めれば良いと思います。

Brakeman まとめ

Brakeman を使ってソースコードにあるセキュリティ上の欠陥を検出しました。

Brakeman は自動かつ高速にソースコードを検査できますが、すべての脆弱性を発見できるわけでもなく、また、誤報もあります。

そのため、Brakemanの結果を目視で精査したり、網羅できていない脆弱性を別のテストで補完することが必要です。

目視によるコードレビュー

Brakeman は脆弱性の発見にとても役立ちますが、Brakemanでは発見できない脆弱性もあります。特にアプリ固有の脆弱性を発見するにはソースコードを目視でレビューすることも必要です。

コードをなんとなく眺めて脆弱性を発見することもありますが、あらかじめレビューの観点やルールを定めておくと、再現性のあるテストを効率よく実行できるようになります。

レビューのルールに決まったものはなく、またコードには組織や開発チームのクセみたいなものもありますので、テストしながらセキュリティチームの中で育てていくのが良いです。

本節では筆者のオレオレルールを3つ紹介しますので参考にしてください。

Mass Assignment / 不適切な Strong Parameters の設定

概要

Update 系の処理で使われる Strong Parameters が適切に設定されていない場合、攻撃者によってデータを改ざんされる可能性があります。

あからさまな Mass Assignment は Brakeman でも検出できますが、アラートが出ないパターンもあるので目視でもチェックしておくとよいです。

ルール

コントローラー全体を .permit で検索し、Strong Parameters で permit している属性が必要最小になっていることを確認しましょう。

必要最小とは、「アクションを呼び出すユーザが変更できる属性」であることです。これを厳密に判断するにはアプリケーションの仕様を理解しておく必要がありますが、直感的には「Web画面で編集できる項目以外にpermitされている属性があればNG」と判断してよいと思います。

RailsGoat の場合

RailsGoat には該当するコードが4か所ありました。

1つ目：

params.require(:message).permit(:creator_id, :message, :read, :receiver_id)

permitのパラメータはユーザに変更されても問題なさそうな属性です。大丈夫そうですね。

補足：このパラメータは create メソッドで使われるため問題ないですが、もし update で使われる場合はNGかもしれません。更新時に creator_id を変更できるのは変ですよね。

2つ目：

params.require(:schedule).permit(:date_begin, :date_end, :event_desc, :event_name, :event_type)

同様に大丈夫そう。

3つ目：

params.require(:user).permit!

permit!はすべての属性をpermitしちゃいます。高確率でダメです。

4つ目：

params.require(:user).permit(:email, :admin, :first_name, :last_name)

admin が非常に怪しいです。もしこれが管理者権限フラグなら権限昇格できてしまうかもしれません。

※ちなみに3つ目と4つ目のパターンはBrakemanでも検出できます

検索結果の Open in editor をクリックすると、該当する行の前後n行も合わせて確認できます。

これをスプレッドシートに貼り付けるとレビューの記録を付けることができます。

権限昇格 (IDOR)

概要

あるWebサイトの My Account をひらいたら URL が http://example.com/customers/1234 だった時を想像してください。URL の 1234 は自分のユーザIDと推測できます。この 1234 を 1 に変えてアクセスしたらどうなるでしょうか。

もし他の人のアカウント情報が参照できたら、そのサイトはアクセス制御に問題があります。そしてこのような攻撃手法を Insecure Direct Object Reference (IDOR) と言い、権限昇格につながる脆弱性です。参照だけでなく、更新、削除についても同様です。

アクセス制御はアプリケーション固有の仕様となるため、Brakemanで検知することはできません。つまりソースコードから権限昇格の脆弱性を検出するには、目視によるレビューが必要です。

ルール

コントローラを正規表現 params\[:.*id\] で検索し、リソースにアクセス制御が必要な場合、アクションまたはクエリにアクセス権が含まれているかを確認します。

わかりづらいので具体例を挙げます。ブログ記事(article)を修正できるのは自分だけ、という仕様を想像しつつ次のパターンAとパターンBのコードを観察してください。

A. アクセス権が含まれていないクエリ：

def update:
  @article = Articles.find(params[:article_id])
  @article.update!(article_params)
  redirect_to @article
end

B. アクセス件が含まれているクエリ：

def update:
  @article = @current_user.articles.find(params[:article_id])
  @article.update!(article_params)
  redirect_to @article
end

パターンAの場合、article_id パラメータを改ざんすれば他人の記事を更新できてしまいます。対してパターンBは他人の article_id を使ったところで @article は nil となり更新には失敗するため安全です。

RailsGoat の場合

RailsGoat には該当するコードが10か所ありました。

いくつかのパターンがあるので、それぞれ見てみます。

1つ目のパターン：IDOR

class MessagesController < ApplicationController
# ...省略...
  def show
    @message = Message.where(id: params[:id]).first
  end

IDパラメータを別の番号変えると、他人のメッセージも見れてしまいそうです。NGです。（もし他人のメッセージも見れるという仕様であればOKです）

2つ目のパターン：IDORかつSQLインジェクションっぽい

class UsersController < ApplicationController
# ...省略...
  def update
    message = false

    user = User.where("id = '#{params[:user][:id]}'")[0]

IDパラメータを別の番号変えると他人のユーザ情報を更新できてしまいそうです。さらにプレースホルダを使ってないので、SQLインジェクションもできそうですね。

このように本来の観点とは異なる問題が見つかることもあります。

3つ目のパターン：IDORっぽいけど違う

class AdminController < ApplicationController
# ...省略...
  def get_user
    @user = User.find_by_id(params[:admin_id].to_s)
    arr = ["true", "false"]
    @admin_select = @user.admin ? arr : arr.reverse
  end

一見怪しいですが、問題ないかもしれません。AdminControlerという名前から、このアクションは管理機能に見えます。管理者はすべてのユーザ情報を参照できるという仕様であれば、IDORではありません。

ただしこのアクションが本当に管理者からのみ呼ばれる仕様なのかは確認しましょう。

4つ目のパターン：IDORではないが別の問題

def admin_param
  params[:admin_id] != "1"
end

クエリではないため IDOR ではありません。しかしクエリパラメータ admin_id が 1 の時を特別に扱っていることから、別の問題がありそうです。

このようにレビュー中に気になったことも記録しておくとよいでしょう。作業記録の例：

TIPS

実際のセキュリティテストでも、この例のようにレビュー中気になることが次々と出てくることはよくあります。

すぐに済むならその場で確認しても良いですが、あまり深追いし過ぎると自分が今何をやってるかわからなくなってきます。そのため、確認事項があってもその場ではメモするにとどめておき、実際に確認するのは作業途中のレビューが片付いてからにしたほうが良いです。

レースコンディション

概要

レースコンディションとは、同一のリソースに同時にアクセスした場合に想定外の動作が発生する事象をいいます。

レースコンディションには様々なパターンが有りますが、ここでは現在時刻をもとにIDやファイル名を決定している場合に問題が発生するケースを挙げます。

ルール

ソースコード全体を正規表現 Time\.(now|current|zone\.now) で検索し、IDやファイル名などを現在時刻だけで作成している場合、NGと判断します。

RailsGoat の場合

RailsGoat には1つありました。

def self.make_backup(file, data_path, full_file_name)
  if File.exist?(full_file_name)
    silence_streams(STDERR) { system("cp #{full_file_name} #{data_path}/bak#{Time.zone.now.to_i}_#{file.original_filename}") }
  end
end

現在時刻と original_filename を組み合わせたファイル名でバックアップを作成しているようです。可能性は低いですが、original_filename が同一のリクエストが同時に2回以上実行されたら、1回目に作成されたバックアップファイルが2回目以降に作成されるバックアップファイルで上書きされてしまいそうです。

次にこのメソッドがどこから呼ばれるかを突き止めます。make_backup メソッドを呼出してるメソッドを呼出してるメソッド...と辿った結果、BenefitFormsController の upload メソッドに行きつきました。

upload はWebサイトの利用者から呼ばれるアクションなので、顕在化する可能性があると判断できます。

コードレビューのまとめ

独自のルールに基づいたコードレビューの例を3つ挙げました。

  1. .permit で検索し、不適切な Strong Parameters 設定を発見する
  2. params\[:.*id\] で検索し、権限昇格(IDOR)の問題を発見する
  3. Time\.(now|current|zone\.now)で検索し、ID重複によるレースコンディションを発見する

上記以外にもいろいろなルールが考えられますので、セキュリティチームでレビュールールを育てていくとよいです。

今回は予めルールを定めたうえでレビューしましたが、ルールは無くても勘や思い付きに頼って脆弱性を探索することもできます。（未知の脆弱性を発見するには探索的なテストも必要です）

静的アプリケーションセキュリティテストまとめと補足

本記事では Rails アプリケーションの静的アプリケーションテストの手法として、Brakemanを使ったソースコードの静的解析と、目視によるセキュリティコードレビューの手法を紹介しました。

また、紹介の中で様々なテスト手法を挙げ、静的手法だけでは網羅できない領域があることにも触れました。

  • 静的テスト・動的テスト (SAST vs DAST)
  • 手動テスト・自動テスト (Brakeman vs 目視)
  • 手順が定められたテスト・アドホックなテスト (ルール vs 勘)

セキュリティテストに限らずテスト全般に言えることですが、費用対効果の高いテストをするには、多様なテスト手法をいい感じに取り入れることも重要です。

最後に

本記事は現在執筆中の Ruby on Rails 製 Web アプリケーションのセキュリティテストガイド を Qiita 向けに改編したものです。

今後、別記事で下記のトピックについても扱う予定です。

  • セキュリティテスト計画や準備
  • 静的アプリケーションセキュリティテスト(SAST)：javascript
  • ソフトウェアコンポジション解析 (SCA)：ライブラリの脆弱性
  • 動的アプリケーションセキュリティテスト(DAST)
  • セキュリティテスト結果報告書の作成

本ガイドは常に改善を必要としています。お気づきの点があったらフィードバックを頂けるととても喜びます。

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