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JSON ⊂ YAML?

题解作者:Hypercube

出题人、验题人、文案设计等:见 Hackergame 2023 幕后工作人员

题目描述

  • 题目分类:general

  • 题目分值:JSON ⊄ YAML 1.1(100)+ JSON ⊄ YAML 1.2(100)

你知道吗?Hackergame 出题时,每道题都需要出题人用 YAML 格式写下题目的关键信息。然而,每年总有一些出题人在编写 YAML 文件时被复杂的语法规则弄得头疼不已。

这天小 Z 又找到小 W 说:「我昨天写 YAML 时,又花了半天研究 YAML 的规范,YAML 好难啊!」

小 W 惊讶道:「怎么会有人不会写 YAML 呢?只要你会写 JSON 就会写 YAML 呀,因为任何合法的 JSON 本身就是合法的 YAML。」

小 Z 听闻这番言论后当场表示怀疑,立刻说出了一个字符串,JSON 和 YAML 解析出的含义存在差异。小 W 研究了一番才发现,这是因为很多主流的 YAML 库仍然是 YAML 1.1 的,它没有这个性质。他不得不承认:「好吧,这个性质只适用于 YAML 1.2。」

小 Z 笑了:「别提 YAML 1.2 了,它遇到合法的 JSON 都有可能报错。」

下载题目源代码

你可以通过 nc 202.38.93.111 10096 来连接,或者点击下面的「打开/下载题目」按钮通过网页终端与远程交互。

如果你不知道 nc 是什么,或者在使用上面的命令时遇到了困难,可以参考我们编写的 萌新入门手册:如何使用 nc/ncat?

题解

JSON ⊄ YAML 1.1

输入 1e2 可以拿到这个 flag。解题思路可以来自这个问题中提到的 12345e999,或者这篇文章中提到的 1e2

JSON 的数字格式很清晰,网页上有一张图,可以翻译为这个正则表达式(为了增加可读性,我加了一些空格,下同):

-?  (0|[1-9][0-9]*)  (\.[0-9]+)?  ([eE][-+]?[0-9]+)?

可以看出这个规则是比较严格的,不允许使用正号,不允许有前面的零(除非只有一个零),只要有小数点就必须有小数部分。

YAML 1.1 就没这么清晰了,实际上,你翻遍这个网页也不会找到任何关于数字格式的规定。因为 YAML 1.1 并没有规定未标注类型的文字该按什么规则确定类型,而是允许解析器自己实现一系列正则表达式,逐一尝试匹配。YAML 1.1 tag repository 提供了一些常见的类型,供解析器参考。其中,十进制浮点数的正则表达式是:

[-+]?  ([0-9][0-9_]*)?  \.  [0-9.]*  ([eE][-+][0-9]+)?

这个正则表达式极其宽松,这是一些它能匹配的情况:....+0_0_..0..e+0。但是,它匹配不了 1e2,因为小数点是必须的。这么宽松的规则真的能用吗?它岂不是会导致 YAML 文档中的大量包含点的文字都被误认为是浮点数?实际上,PyYAML 库用的确实不是这个。从它的源代码中可以看到,它支持两种十进制浮点数(不考虑 60 进制和特殊值):

[-+]?  ([0-9][0-9_]*)   \.  [0-9_]*  ([eE][-+][0-9]+)?
                        \.  [0-9_]+  ([eE][-+][0-9]+)?

对比 JSON 的规则和上面两条规则,可以发现,总共有两处存在 JSON 能匹配,但上面两条规则不能匹配的情况。一是没有小数点,二是指数部分没有正负号

即使选手没有考虑到 PyYAML 用的正则表达式和 YAML 1.1 推荐的不一致,也不会对这道题的解题产生影响,因为 PyYAML 和 YAML 1.1 推荐的正则表达式之间的差异,全部发生在 JSON 不能匹配的情况中。对于 JSON 能匹配的情况,PyYAML 和 YAML 1.1 推荐的正则表达式总是会给出一致的结果。

JSON ⊄ YAML 1.2

这个 flag 实际上有一个额外的要求,就是输入必须能正常被 YAML 1.1 解析成功。这是故意的,因为能让 YAML 1.1 与 YAML 1.2 同时报错的输入太多了,非常容易找到,例如超长的 key(1024 字符)、\t00\t{""\n:0}[0,\t1](其中 \t\n 需要分别换成 tab 和换行符)等。显然 YAML 1.2 并不像自己所承诺的那样是“a strict superset of JSON”。

输入 {"":0,"":0} 可以拿到这个 flag。解题思路可以来自这个问题中提到的“with one minor caveat regarding duplicate keys”,或者 ruamel.yaml 库的文档中提到的“Duplicate keys”。

JSON 由两个规范定义:ECMA-404RFC 8259,它们明确提到了二者对语法方面的定义应当是完全一致的。ECMA-404 的表述更宽松一些,它说:

The JSON syntax ... does not require that name strings be unique ...

RFC 8259 的表述更严格一些,它说:

The names within an object SHOULD be unique.

其中大写的“SHOULD”是 RFC 的一个术语,表示特定情况下可以违反这个规则,但是要考虑到可能会导致的问题。

然而,YAML 1.2 说:

The content of a mapping node is an unordered set of key/value node pairs, with the restriction that each of the keys is unique.

这个规则是绝对的,YAML 1.2 解析器在遇到重复的键时必须报错。

至于如何能用一个输入同时获得两个 flag,出题人认为最短的答案需要 13 个字符:{"":0,"":1e2}

花絮

在出题过程中,我发现 YAML 的生态很糟糕。不仅很多库是 YAML 1.1 的,不容易知道每个使用 YAML 的地方是否按 YAML 1.2 解析,而且几乎没有完全符合 YAML 1.2 标准的库。这个网站展示了各种语言的 YAML 库分别能通过多少 YAML 1.2 的测试样例,可以看到错误是很多的。

另外,因为 YAML 1.2 的文档中说自己是 JSON 的超集,所以这个误解在网上随处可见,产生了很多后果。一个我觉得挺搞笑的例子是 Python 标准库 json 的官方文档中的这段话:

JSON 是 YAML 1.2 的一个子集。由该模块的默认设置所产生的 JSON(尤其是默认的 separators 值)也是 YAML 1.0 和 1.1 的一个子集。因此该模块也能被用作 YAML 序列化器。

不,JSON 不是 YAML 1.2 的一个子集,而且用这个模块默认设置序列化 1e20 这个数字所产生的 JSON(json.dumps(1e20) 结果为 1e+20)也不能正确被 YAML 1.1 解析(会解析成字符串而非数字)。两个错误分别存在 9 年多17 年多了,simplejson, please fix.

不过,抛开“JSON 的超集”这个谎言不谈,YAML 还是个不错的选择,比较适合用于自己写的程序的配置文件。只要确保你用的是一个 YAML 1.2 的库,很多老生常谈的问题(例如 country: noport: 22:22)都不会出现。JSON 也确实几乎都是合法的 YAML 1.2,所以不确定 YAML 该怎么写的时候可以用 JSON 的写法写,对于简单的小程序的配置文件这个需求来说够用了。

补充

赛后看 QQ 群里的讨论,出题人才意识到输入 NaNInfinity 也能拿到一个 flag。这和本题想考的知识点完全无关,因为这是 Python 的 json.loads 额外支持的非标准的功能,JSON 标准中没有这种东西。明明每次用 json.dumps 的时候都记得这回事的(因为它有一个叫 allow_nan 的参数控制是否启用这一行为),但用 json.loads 的时候就忘了(它文档没说,并且也不好禁用这个行为),好气啊。