fastjson到底做錯了什麼？為什麼會被頻繁爆出漏洞？

HollisChuang發表於2020-07-06

fastjson大家一定都不陌生，這是阿里巴巴的開源一個JSON解析庫，通常被用於將Java Bean和JSON 字串之間進行轉換。

前段時間，fastjson被爆出過多次存在漏洞，很多文章報導了這件事兒，並且給出了升級建議。

但是作為一個開發者，我更關注的是他為什麼會頻繁被爆漏洞？於是我帶著疑惑，去看了下fastjson的releaseNote以及部分原始碼。

最終發現，這其實和fastjson中的一個AutoType特性有關。

從2019年7月份釋出的v1.2.59一直到2020年6月份釋出的 v1.2.71 ，每個版本的升級中都有關於AutoType的升級。

下面是fastjson的官方releaseNotes 中，幾次關於AutoType的重要升級：

1.2.59釋出，增強AutoType開啟時的安全性 fastjson

1.2.60釋出，增加了AutoType黑名單，修復拒絕服務安全問題 fastjson

1.2.61釋出，增加AutoType安全黑名單 fastjson

1.2.62釋出，增加AutoType黑名單、增強日期反序列化和JSONPath fastjson

1.2.66釋出，Bug修復安全加固，並且做安全加固，補充了AutoType黑名單 fastjson

1.2.67釋出，Bug修復安全加固，補充了AutoType黑名單 fastjson

1.2.68釋出，支援GEOJSON，補充了AutoType黑名單。（引入一個safeMode的配置，配置safeMode後，無論白名單和黑名單，都不支援autoType。） fastjson

1.2.69釋出，修復新發現高危AutoType開關繞過安全漏洞，補充了AutoType黑名單 fastjson

1.2.70釋出，提升相容性，補充了AutoType黑名單

甚至在fastjson的開源庫中，有一個Issue是建議作者提供不帶autoType的版本：

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那麼，什麼是AutoType？為什麼fastjson要引入AutoType？為什麼AutoType會導致安全漏洞呢？本文就來深入分析一下。

AutoType 何方神聖？

fastjson的主要功能就是將Java Bean序列化成JSON字串，這樣得到字串之後就可以通過資料庫等方式進行持久化了。

但是，fastjson在序列化以及反序列化的過程中並沒有使用Java自帶的序列化機制，而是自定義了一套機制。

其實，對於JSON框架來說，想要把一個Java物件轉換成字串，可以有兩種選擇：

1、基於屬性
2、基於setter/getter

而我們所常用的JSON序列化框架中，FastJson和jackson在把物件序列化成json字串的時候，是通過遍歷出該類中的所有getter方法進行的。Gson並不是這麼做的，他是通過反射遍歷該類中的所有屬性，並把其值序列化成json。

假設我們有以下一個Java類：

class Store {
    private String name;
    private Fruit fruit;
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public Fruit getFruit() {
        return fruit;
    }
    public void setFruit(Fruit fruit) {
        this.fruit = fruit;
    }
}

interface Fruit {
}

class Apple implements Fruit {
    private BigDecimal price;
    //省略 setter/getter、toString等
}

當我們要對他進行序列化的時候，fastjson會掃描其中的getter方法，即找到getName和getFruit，這時候就會將name和fruit兩個欄位的值序列化到JSON字串中。

那麼問題來了，我們上面的定義的Fruit只是一個介面，序列化的時候fastjson能夠把屬性值正確序列化出來嗎？如果可以的話，那麼反序列化的時候，fastjson會把這個fruit反序列化成什麼型別呢？

我們嘗試著驗證一下，基於(fastjson v 1.2.68)：

Store store = new Store();
store.setName("Hollis");
Apple apple = new Apple();
apple.setPrice(new BigDecimal(0.5));
store.setFruit(apple);
String jsonString = JSON.toJSONString(store);
System.out.println("toJSONString : " + jsonString);

以上程式碼比較簡單，我們建立了一個store，為他指定了名稱，並且建立了一個Fruit的子型別Apple，然後將這個store使用JSON.toJSONString進行序列化，可以得到以下JSON內容：

toJSONString : {"fruit":{"price":0.5},"name":"Hollis"}

那麼，這個fruit的型別到底是什麼呢，能否反序列化成Apple呢？我們再來執行以下程式碼：

Store newStore = JSON.parseObject(jsonString, Store.class);
System.out.println("parseObject : " + newStore);
Apple newApple = (Apple)newStore.getFruit();
System.out.println("getFruit : " + newApple);

執行結果如下：

toJSONString : {"fruit":{"price":0.5},"name":"Hollis"}
parseObject : Store{name='Hollis', fruit={}}
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.hollis.lab.fastjson.test.$Proxy0 cannot be cast to com.hollis.lab.fastjson.test.Apple
at com.hollis.lab.fastjson.test.FastJsonTest.main(FastJsonTest.java:26)

可以看到，在將store反序列化之後，我們嘗試將Fruit轉換成Apple，但是丟擲了異常，嘗試直接轉換成Fruit則不會報錯，如：

Fruit newFruit = newStore.getFruit();
System.out.println("getFruit : " + newFruit);

以上現象，我們知道，當一個類中包含了一個介面（或抽象類）的時候，在使用fastjson進行序列化的時候，會將子型別抹去，只保留介面（抽象類）的型別，使得反序列化時無法拿到原始型別。

那麼有什麼辦法解決這個問題呢，fastjson引入了AutoType，即在序列化的時候，把原始型別記錄下來。

使用方法是通過SerializerFeature.WriteClassName進行標記，即將上述程式碼中的

String jsonString = JSON.toJSONString(store);

修改成：

String jsonString = JSON.toJSONString(store,SerializerFeature.WriteClassName);

即可，以上程式碼，輸出結果如下：

System.out.println("toJSONString : " + jsonString);

{
    "@type":"com.hollis.lab.fastjson.test.Store",
    "fruit":{
        "@type":"com.hollis.lab.fastjson.test.Apple",
        "price":0.5
    },
    "name":"Hollis"
}

可以看到，使用SerializerFeature.WriteClassName進行標記後，JSON字串中多出了一個@type欄位，標註了類對應的原始型別，方便在反序列化的時候定位到具體型別

如上，將序列化後的字串在反序列化，既可以順利的拿到一個Apple型別，整體輸出內容：

toJSONString : {"@type":"com.hollis.lab.fastjson.test.Store","fruit":{"@type":"com.hollis.lab.fastjson.test.Apple","price":0.5},"name":"Hollis"}
parseObject : Store{name='Hollis', fruit=Apple{price=0.5}}
getFruit : Apple{price=0.5}

這就是AutoType，以及fastjson中引入AutoType的原因。

但是，也正是這個特性，因為在功能設計之初在安全方面考慮的不夠周全，也給後續fastjson使用者帶來了無盡的痛苦

AutoType 何錯之有？

因為有了autoType功能，那麼fastjson在對JSON字串進行反序列化的時候，就會讀取@type到內容，試圖把JSON內容反序列化成這個物件，並且會呼叫這個類的setter方法。

那麼就可以利用這個特性，自己構造一個JSON字串，並且使用@type指定一個自己想要使用的攻擊類庫。

舉個例子，黑客比較常用的攻擊類庫是com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl，這是sun官方提供的一個類庫，這個類的dataSourceName支援傳入一個rmi的源，當解析這個uri的時候，就會支援rmi遠端呼叫，去指定的rmi地址中去呼叫方法。

而fastjson在反序列化時會呼叫目標類的setter方法，那麼如果黑客在JdbcRowSetImpl的dataSourceName中設定了一個想要執行的命令，那麼就會導致很嚴重的後果。

如通過以下方式定一個JSON串，即可實現遠端命令執行（在早期版本中，新版本中JdbcRowSetImpl已經被加了黑名單）

{"@type":"com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl","dataSourceName":"rmi://localhost:1099/Exploit","autoCommit":true}

這就是所謂的遠端命令執行漏洞，即利用漏洞入侵到目標伺服器，通過伺服器執行命令。

在早期的fastjson版本中（v1.2.25 之前），因為AutoType是預設開啟的，並且也沒有什麼限制，可以說是裸著的。

從v1.2.25開始，fastjson預設關閉了autotype支援，並且加入了checkAutotype，加入了黑名單+白名單來防禦autotype開啟的情況。

但是，也是從這個時候開始，黑客和fastjson作者之間的博弈就開始了。

因為fastjson預設關閉了autotype支援，並且做了黑白名單的校驗，所以攻擊方向就轉變成了"如何繞過checkAutotype"。

下面就來細數一下各個版本的fastjson中存在的漏洞以及攻擊原理，由於篇幅限制，這裡並不會講解的特別細節，如果大家感興趣我後面可以單獨寫一篇文章講講細節。下面的內容主要是提供一些思路，目的是說明寫程式碼的時候注意安全性的重要性。

繞過checkAutotype，黑客與fastjson的博弈

在fastjson v1.2.41 之前，在checkAutotype的程式碼中，會先進行黑白名單的過濾，如果要反序列化的類不在黑白名單中，那麼才會對目標類進行反序列化。

但是在載入的過程中，fastjson有一段特殊的處理，那就是在具體載入類的時候會去掉className前後的L和;，形如Lcom.lang.Thread;。

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而黑白名單又是通過startWith檢測的，那麼黑客只要在自己想要使用的攻擊類庫前後加上L和;就可以繞過黑白名單的檢查了，也不耽誤被fastjson正常載入。

如Lcom.sun.rowset.JdbcRowSetImpl;，會先通過白名單校驗，然後fastjson在載入類的時候會去掉前後的L和，變成了com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl`。

為了避免被攻擊，在之後的 v1.2.42版本中，在進行黑白名單檢測的時候，fastjson先判斷目標類的類名的前後是不是L和;，如果是的話，就擷取掉前後的L和;再進行黑白名單的校驗。

看似解決了問題，但是黑客發現了這個規則之後，就在攻擊時在目標類前後雙寫LL和;;，這樣再被擷取之後還是可以繞過檢測。如LLcom.sun.rowset.JdbcRowSetImpl;;

魔高一尺，道高一丈。在 v1.2.43中，fastjson這次在黑白名單判斷之前，增加了一個是否以LL未開頭的判斷，如果目標類以LL開頭，那麼就直接拋異常，於是就又短暫的修復了這個漏洞。

黑客在L和;這裡走不通了，於是想辦法從其他地方下手，因為fastjson在載入類的時候，不只對L和;這樣的類進行特殊處理，還對[也被特殊處理了。

同樣的攻擊手段，在目標類前面新增[，v1.2.43以前的所有版本又淪陷了。

於是，在 v1.2.44版本中，fastjson的作者做了更加嚴格的要求，只要目標類以[開頭或者以;結尾，都直接拋異常。也就解決了 v1.2.43及歷史版本中發現的bug。

在之後的幾個版本中，黑客的主要的攻擊方式就是繞過黑名單了，而fastjson也在不斷的完善自己的黑名單。

autoType不開啟也能被攻擊？

但是好景不長，在升級到 v1.2.47 版本時，黑客再次找到了辦法來攻擊。而且這個攻擊只有在autoType關閉的時候才生效。

是不是很奇怪，autoType不開啟反而會被攻擊。

因為在fastjson中有一個全域性快取，在類載入的時候，如果autotype沒開啟，會先嚐試從快取中獲取類，如果快取中有，則直接返回。黑客正是利用這裡機制進行了攻擊。

黑客先想辦法把一個類加到快取中，然後再次執行的時候就可以繞過黑白名單檢測了，多麼聰明的手段。

首先想要把一個黑名單中的類加到快取中，需要使用一個不在黑名單中的類，這個類就是java.lang.Class

java.lang.Class類對應的deserializer為MiscCodec，反序列化時會取json串中的val值並載入這個val對應的類。

如果fastjson cache為true，就會快取這個val對應的class到全域性快取中

如果再次載入val名稱的類，並且autotype沒開啟，下一步就是會嘗試從全域性快取中獲取這個class，進而進行攻擊。

所以，黑客只需要把攻擊類偽裝以下就行了，如下格式：

{"@type": "java.lang.Class","val": "com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl"}

於是在 v1.2.48中，fastjson修復了這個bug，在MiscCodec中，處理Class類的地方，設定了fastjson cache為false，這樣攻擊類就不會被快取了，也就不會被獲取到了。

在之後的多個版本中，黑客與fastjson又繼續一直都在繞過黑名單、新增黑名單中進行周旋。

直到後來，黑客在 v1.2.68之前的版本中又發現了一個新的漏洞利用方式。

利用異常進行攻擊

在fastjson中，如果，@type 指定的類為 Throwable 的子類，那對應的反序列化處理類就會使用到 ThrowableDeserializer

而在ThrowableDeserializer#deserialze的方法中，當有一個欄位的key也是 @type時，就會把這個 value 當做類名，然後進行一次 checkAutoType 檢測。

並且指定了expectClass為Throwable.class，但是在checkAutoType中，有這樣一約定，那就是如果指定了expectClass ，那麼也會通過校驗。

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因為fastjson在反序列化的時候會嘗試執行裡面的getter方法，而Exception類中都有一個getMessage方法。

黑客只需要自定義一個異常，並且重寫其getMessage就達到了攻擊的目的。

這個漏洞就是6月份全網瘋傳的那個"嚴重漏洞"，使得很多開發者不得不升級到新版本。

這個漏洞在 v1.2.69中被修復，主要修復方式是對於需要過濾掉的expectClass進行了修改，新增了4個新的類，並且將原來的Class型別的判斷修改為hash的判斷。

其實，根據fastjson的官方文件介紹，即使不升級到新版，在v1.2.68中也可以規避掉這個問題，那就是使用safeMode

AutoType 安全模式？

可以看到，這些漏洞的利用幾乎都是圍繞AutoType來的，於是，在 v1.2.68版本中，引入了safeMode，配置safeMode後，無論白名單和黑名單，都不支援autoType，可一定程度上緩解反序列化Gadgets類變種攻擊。

設定了safeMode後，@type 欄位不再生效，即當解析形如{"@type": "com.java.class"}的JSON串時，將不再反序列化出對應的類。

開啟safeMode方式如下：

ParserConfig.getGlobalInstance().setSafeMode(true);

如在本文的最開始的程式碼示例中，使用以上程式碼開啟safeMode模式，執行程式碼，會得到以下異常：

Exception in thread "main" com.alibaba.fastjson.JSONException: safeMode not support autoType : com.hollis.lab.fastjson.test.Apple
at com.alibaba.fastjson.parser.ParserConfig.checkAutoType(ParserConfig.java:1244)

但是值得注意的是，使用這個功能，fastjson會直接禁用autoType功能，即在checkAutoType方法中，直接丟擲一個異常。

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