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Python栈帧逃逸：

1、yield 语与生成器函数：

​ python中的yield语句用于定义生成器函数，它能让函数在运行过程中暂停并保存当前状态，后续再恢复执行。

​ 生成器 是 Pythonn中一种特殊的迭代器，它可以在迭代过程中动态生成值，而不需要一次性将所有值存0储在内存中。

​ 举个生成器的例子：

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def func():
    print("生成器函数第一次执行")
    yield 1
    print("生成器函数第二次执行")
    yield 2
    print("生成器函数第三次执行")
    yield 3


gen = func()
print(next(gen))
print(next(gen))
print(next(gen))
# frame = [x for x in gen]
# print(frame)







#执行结果
#生成器函数第一次执行
#1
#生成器函数第二次执行
#2
#生成器函数第三次执行
#3

​ 或者：

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def f():
    a = 1
    while True:
        yield a
        a += 1

f = f()
print(next(f))
print(next(f))


#执行结果
#1
#2

​ 也可以 遍历获取所有的自增值：

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def f():
    a = 1
    for i in range(1,20):
        yield a
        a += 1

f = f()
for value in f:
    print(value)
    
  
#会正常输出1到19

2、生成器表达式：

​ 生成器表达式是一种在Python中创建生成器的紧凑形式。类似于列表推导式，生成器表达式允许你使用简洁的语法来定义生成器，而不必显示地编写一个函数。生成器表达式的 语法与列表推导式类似，但是使用圆括号而不是方括号。生成器表达式会 逐个生成值，而不是一次性生成 整个序列。。这有利于 提高内存的额 利用率：

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f = (i+1 for i in range(10))

#可以用next一步步 获取值
# print(next(f))
#也可以遍历获取所有值
for value in f:
    print(value)

3、生成器属性：

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gi_code:生成器对应的code对象。
gi_frame:生成器对应的frame(栈帧)对象
gi_running:生成器函数是否在执行。生成器函数在yield以后、执行yield的下一行代码前处于frozen状态，此时这个属性为0.
gi_yeildfrom:如果生成器正在从另一个生成器中yield值，则为该生成器对象的引；否则为None
gi_frame.f_locals:一个字典，，包含生成器当前栈的本地变量

4、gi_frame的使用：

​ gi_frame 是一个与生成器和协程相关的属性。它指向生成器或协程当前 执行的帧对象，如果这个生成器或协程正在执行的话。帧对象 表示代码 执行的当前上下文，包含了局部变量、执行的字节码指令等信息。

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def f():
    yield 1
    yield 2
    yield 3

f = f()
frame = f.gi_frame

print("局部变量(Local Variables):",frame.f_locals)
print("全局变量(Gloobal Variables):",frame.f_globals)
print("Code对象:",frame.f_code)
print("Insstruction Pointer:",frame.f_lasti)

​ 获取代码：

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def my_generator():
    yield 1
    yield 2
    yield 3

gen = my_generator()

# 获取生成器的当前代码信息
code = gen.gi_code

# 输出生成器的当前代码信息
print( code.co_name)
print(code.co_code)
print( code.co_consts)
print(code.co_filename)



# my_generator
# b'K\x00\x01\x00\x97\x00d\x01V\x00\x97\x01\x01\x00d\x02V\x00\x97\x01\x01\x00d\x03V\x00\x97\x01\x01\x00d\x00S\x00'
# (None, 1, 2, 3)
# C:\Users\20820\PycharmProjects\shizhan\bb.py

5、栈帧 (Frame)介绍：

​ 在 Python 中，栈帧（stack frame），也称为帧（frame），是用于执行代码的数据结构。每当 Python 解释器执行一个函数或方法时，都会创建一个新的栈帧，用于存储该函数或方法的局部变量、参数、返回地址以及其他执行相关的信息。这些栈帧会按照调用顺序被组织成一个栈，称为调用栈。

​ 栈帧包含了以下几个重要的属性：f_locals: 一个字典，包含了函数或方法的局部变量。键是变量名。f_globals: 一个字典，包含了函数或方法所在模块的全局变量。f_code: 一个代码对象（code object），包含了函数或方法的字节码指令、常量、变量名等信息。f_lasti: 整数，表示最后执行的字节码指令的索引。f_back: 指向上一级调用栈帧的引用，用于构建调用栈。

​ 栈帧包含了以下几个重要的属性：

f_locals: 一个字典，包含了函数或方法的局部变量。键是变量名，值是变量的值。
f_globals: 一个字典，包含了函数或方法所在模块的全局变量。键是全局变量名，值是变量的值。
f_code: 一个代码对象（code object），包含了函数或方法的字节码指令、常量、变量名等信息。
f_lasti: 整数，表示最后执行的字节码指令的索引。
f_back: 指向上一级调用栈帧的引用，用于构建调用栈。

6、栈帧逃逸：

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s3cret="this is flag：flag{hello_World_hello_Python}"

def waff():
    def f():
        yield g.gi_frame.f_back

    g = f()  #生成器
    frame = next(g) #获取到生成器的栈帧对象
    b = frame.f_globals['s3cret'] #返回并获取前一级栈帧的globals
    # b = frame.f_back.f_globals['s3cret']  # 返回并获取前一级栈帧的globals
    print(b)
b=waff()



#this is flag：flag{hello_World_hello_Python}

​ 在看看上面的f_globals: 一个字典，包含了函数或方法所在模块的全局变量。键是全局变量名，值是变量的值。

不难看出这里函数和模块本就同在一个全局，所以都有属性s3cret，怎么看到没到全局？直接看file就能看出。

​ 在给个例子：

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s3cret="this is flag"

codes='''
def waff():
    def f():
        yield g.gi_frame.f_back

    g = f()  #生成器
    frame = next(g) #获取到生成器的栈帧对象
    print(frame)
    print(frame.f_back)
    print(frame.f_back.f_back)
    b = frame.f_back.f_back.f_globals['s3cret'] #返回并获取前一级栈帧的globals
    return b
b=waff()
'''
locals={}
code = compile(codes, "test", "exec")
exec(code,locals)
print(locals["b"])


# <frame at 0x0000017C309E7C40, file 'test', line 8, code waff>
# <frame at 0x0000017C520AF560, file 'test', line 13, code <module>>
# <frame at 0x0000017C521A0040, file 'C:\\Users\\20820\\PycharmProjects\\shizhan\\bb.py', line 19, code <module>>
# this is flag

​ 首先，生成器的栈帧是 g ，经过一次回溯 之后到了waff的栈帧，再回溯一次之后到了exec的栈帧，这个时候访问f_globals就到了exec再上一层 的作用域，也就是全局变量 。

​ 另一种情况：

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s3cret="this is flag"

codes='''
def waff():
    def f():
        yield g.gi_frame.f_back

    q = (q.gi_frame.f_back.f_back.f_back.f_globals for _ in [1])
    b = [*q][0]["s3cret"]
    return b
b=waff()
'''
locals={}
code = compile(codes, "test", "exec")
exec(code,locals)
print(locals["b"])

​ 这样也能输出flag，和上面的相比，是进行了三次回溯，先来一个回溯结构示意：

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主程序全局帧 (包含 s3cret)
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exec 执行环境帧
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waff() 函数调用帧
  ↑
列表推导式帧 ([*q] 迭代触发)
  ↑
生成器 q 的帧 (q.gi_frame)

​ 首先，是生成器q的帧，回溯一次之后是[*q]这一行 的帧，之后才是waff和exec的帧到了exec的帧之后获取globals就可以获得到flag了。

​ 为什么用[*q]运行生成器，却不用next(q)？主要是因为，大部分的沙箱题目中，builtins基本上都被杨了，不能使用next来进行获取，所以只能使用这种办法。

来个例题(CISCN2024 mossfern)：

​ main.py的代码如下：

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import os
import subprocess
from flask import Flask, request, jsonify
from uuid import uuid1

app = Flask(__name__)

runner = open("/app/runner.py", "r", encoding="UTF-8").read()
flag = open("/flag", "r", encoding="UTF-8").readline().strip()


@app.post("/run")
def run():
    id = str(uuid1())
    try:
        data = request.json
        open(f"/app/uploads/{id}.py", "w", encoding="UTF-8").write(
            runner.replace("THIS_IS_SEED", flag).replace("THIS_IS_TASK_RANDOM_ID", id))
        open(f"/app/uploads/{id}.txt", "w", encoding="UTF-8").write(data.get("code", ""))
        run = subprocess.run(
            ['python', f"/app/uploads/{id}.py"],
            stdout=subprocess.PIPE,
            stderr=subprocess.PIPE,
            timeout=3
        )
        result = run.stdout.decode("utf-8")
        error = run.stderr.decode("utf-8")
        print(result, error)


        if os.path.exists(f"/app/uploads/{id}.py"):
            os.remove(f"/app/uploads/{id}.py")
        if os.path.exists(f"/app/uploads/{id}.txt"):
            os.remove(f"/app/uploads/{id}.txt")
        return jsonify({
            "result": f"{result}\n{error}"
        })
    except:
        if os.path.exists(f"/app/uploads/{id}.py"):
            os.remove(f"/app/uploads/{id}.py")
        if os.path.exists(f"/app/uploads/{id}.txt"):
            os.remove(f"/app/uploads/{id}.txt")
        return jsonify({
            "result": "None"
        })


if __name__ == "__main__":
    app.run("0.0.0.0", 5000)

​ 没啥太大得到用处，大概就是每一次访问/run路由就生成一个uuid.py，将 flag替换进文件占位符，之后，再生成一个uuid.txt文件，将用户上传的代码写入，之后运行代码，并结果返回。

​ 之后看看runner.py：

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def source_simple_check(source):

    """
    Check the source with pure string in string, prevent dangerous strings
    :param source: source code
    :return: None
    """

    from sys import exit
    from builtins import print

    try:
        source.encode("ascii")
    except UnicodeEncodeError:
        print("non-ascii is not permitted")
        exit()

    for i in ["__", "getattr", "exit"]:
        if i in source.lower():
            print(i)
            exit()


def block_wrapper():
    """
    Check the run process with sys.audithook, no dangerous operations should be conduct
    :return: None
    """

    def audit(event, args):

        from builtins import str, print
        import os

        for i in ["marshal", "__new__", "process", "os", "sys", "interpreter", "cpython", "open", "compile", "gc"]:
            if i in (event + "".join(str(s) for s in args)).lower():
                print(i)
                os._exit(1)
    return audit


def source_opcode_checker(code):
    """
    Check the source in the bytecode aspect, no methods and globals should be load
    :param code: source code
    :return: None
    """

    from dis import dis
    from builtins import str
    from io import StringIO
    from sys import exit

    opcodeIO = StringIO()
    dis(code, file=opcodeIO)
    opcode = opcodeIO.getvalue().split("\n")
    opcodeIO.close()
    for line in opcode:
        if any(x in str(line) for x in ["LOAD_GLOBAL", "IMPORT_NAME", "LOAD_METHOD"]):
            if any(x in str(line) for x in ["randint", "randrange", "print", "seed"]):
                break
            print("".join([x for x in ["LOAD_GLOBAL", "IMPORT_NAME", "LOAD_METHOD"] if x in str(line)]))
            exit()


if __name__ == "__main__":

    from builtins import open
    from sys import addaudithook
    from contextlib import redirect_stdout
    from random import randint, randrange, seed
    from io import StringIO
    from random import seed
    from time import time

    source = open(f"/app/uploads/THIS_IS_TASK_RANDOM_ID.txt", "r").read()
    source_simple_check(source)
    source_opcode_checker(source)
    code = compile(source, "<sandbox>", "exec")
    addaudithook(block_wrapper())
    outputIO = StringIO()
    with redirect_stdout(outputIO):
        seed(str(time()) + "THIS_IS_SEED" + str(time()))
        exec(code, {
            "__builtins__": None,
            "randint": randint,
            "randrange": randrange,
            "seed": seed,
            "print": print
        }, None)
    output = outputIO.getvalue()

    if "THIS_IS_SEED" in output:
        print("这 runtime 你就嘎嘎写吧， 一写一个不吱声啊，点儿都没拦住！")
        print("bad code-operation why still happened ah?")
    else:
        print(output)

​ 首先是source_simple_check()函数，这个函数简单来说就是给 所有全角字符都ban了，无法使用，以及三个关键字，也给ban了。

​ 之后是block_wrapper()，检测代码执行过程中事件和参数是否含有那些关键字 。

​ 之后是source_opcode_checker()，目的为检测用户程序的操作码中是否含有访问全局变量、导入模块以及方法。

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请我喝[茶]~(￣▽￣)~*

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