Java命令注入原理并结合Java Instrument技术

一、前言

命令注入：恶意用户构造恶意请求，对一些执行系统命令的功能点进行构造注入，从而达到执行命令的效果。

二、演示环境搭建

这里采用springboot+swagger搭建一个模拟的web环境：启动成功后访问： http://localhost:8090/swagger-ui.html#/commandi 主要有三个接口:

1 /command/exec/string 主要实现Runtime.getRuntime().exec() 入参为String
2 /command/exec/array 主要实现Runtime.getRuntime().exec() 入参为String[]
3 /command/processbuilder 主要实现ProcessBuilder 入参为List

源码： https://gitee.com/cor0ps/java-range.git 这里取访问一个栗子：

三、java执行系统命令的方法

- java.lang.Runtime.getRuntime().exec()
- java.lang.ProcessBuilder
- com.jcraft.jsch.ChannelExec

特殊情况下method.invoke()也是执行命令，后续反序列化会细说。 前置条件： 如果我们需要执行系统管道（|）、;、&&等，我们必须要创建shell来执行命令。 java shell

符号&形式 说明 cmd1|cmd2 |管道表示前一个命令执行的结果重定向给后一个命令,不管cmd1是否成功，cmd2都会执行 cmd1;cmd2 多语句的分隔符 cmd2&&cmd2 逻辑操作符，两个为真时返回真 cmd1||cmd2 逻辑操作符，测试条件有一个为真返回真 {cmd2,cmd2} 花括号扩展，扩展参数列表，命令依次进行扩展 `cmd2,cmd2` 反引号的功能是命令替换，将反引号中的字符串做为命令来执行 $(cmd2,cmd2) 用于变量替换，换句话说就是取变量的值

3 Runtime

主要分为两大类，第一类入参为String类型，第二类入参为String[]类型

public Process exec(String command);
public Process exec(String cmdarray[]);

我们先分析第一种情况，入参String：

@ApiOperation(value = "命令执行", notes = "exec接受string参数")
  @PostMapping(value = "/exec/string", produces = MediaType.APPLICATION_JSON_VALUE)
  public ResponseResult execString(@RequestBody PathInfo path) throws IOException {
  String cmdStr;
  //1.日志注入 2.path本身校验防跨目录等等
  logger.info("Runtime.getRuntime().exec args:" + path);
  if(path.getType()==1)
  {
      cmdStr = "/bin/sh -c" + path;
  }else {
      cmdStr = "ping " + path;
  }
  String result=ShellExcute.Exec(cmdStr);
  // p.getInputStream();
  if (result != null) {
  return new ResponseResult<>(result, "执行成功", 200);
  }
  //System.out.println(result);
  return new ResponseResult<>("result is null", "执行成功", 200);
  }

这里先分析下源码，分析发现代码会进入到exec(String command, String[] envp, File dir)函数中：

public Process exec(String command, String[] envp, File dir)
  throws IOException {
  if (command.length() == 0)
      throw new IllegalArgumentException("Empty command");
  StringTokenizer st = new StringTokenizer(command);
  String[] cmdarray = new String[st.countTokens()];
  for (int i = 0; st.hasMoreTokens(); i++)
      cmdarray[i] = st.nextToken();
  return exec(cmdarray, envp, dir);
  }

这里关注下StringTokenizer类及skipDelimiters方法

public StringTokenizer(String str) {
  this(str, " \t\n\r\f", false);
  }

这里会对传入的字符串进行处理，重点处理空格，\t\n\r\f字符,然后调用exec(cmdarray, envp, dir)，继续跟踪发现最终调用ProcessBuilder：

public Process exec(String[] cmdarray, String[] envp, File dir)
  throws IOException {
  return new ProcessBuilder(cmdarray)
      .environment(envp)
      .directory(dir)
      .start();
  }

从这上面两段代码中我们可以知道：

1、string入参被转化成string[]；^_^
2、Runtime最终执行在ProcessBuilder中，参数为String可变类型

四、ProcessBuilder

主要也分为两大类，第一类入参为List类型，第二类入参为String可变参数类型（可以0到多个Object对象，或者一个Object[]）

public ProcessBuilder(List command);
public ProcessBuilder(String... command);

跟踪ProcessBuilder(String… command)，发现入参将转化为List类型

public ProcessBuilder(String... command) {
  this.command = new ArrayList<>(command.length);
  for (String arg : command)
      this.command.add(arg);
  }

进入start()方法中，发现存在prog变量，为cmdarray[0]的值，就是/bin/sh或者ping;如果security不为null,就会进入checkExec()。最终进入ProcessImpl。

return ProcessImpl.start(cmdarray,
                               environment,
                               dir,
                               redirects,
                               redirectErrorStream);

进入之后发现可以看到最终调用的java.lang.UNIXProcess这个类执行命令，（和windows下的代码不相同），这里执行什么命令根据cmdarray[0] 来判断，最后调用forkAndExec ^3 ，来为命令创建环境等操作。从3和 4知道，Linux环境最终的执行都是java.lang.UNIXProcess类，那么我们可以使用类似百度OpenRASP的java Instrument技术，监控cmdarray参数，不用每次调试。百度的或者某为的都比较庞大复杂，可以使用我这个轻巧简单，可拓展。

if ("java.lang.UNIXProcess".equals(className)) {
      try {
          ctClass = classPool.makeClass(new ByteArrayInputStream(classfileBuffer));
          CtBehavior[] ctBehaviors = ctClass.getDeclaredConstructors();
          for (CtBehavior cb : ctBehaviors) {
             //System.out.println("UNIXProcess:" + cb.getName());
              if (cb.getName().equals("UNIXProcess")) {
                  String src="{" +
                          "String prog_1=new String($1);" +
                          "String cmd_1=new String($2);" +
                          "System.out.println(\"unixprocess_result:\"+prog_1+\" \"+cmd_1);" +
                          "}";
                  cb.insertBefore(src);
              }
          }
          bytesCode = ctClass.toBytecode();
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  } catch (CannotCompileException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  }

unixprocess_result为识别关键字，方便后续搜索用户执行的命令。开启方式，在VM Options添加如下语句：-javaagent:”/path/agent.jar” 一定要加下双引号，不然会出现异常 运行结果如下：

Instrument Agent start!

日志出现上面字段，表示我们成功运行，那么可以继续下步测试。

五、分析结果

Runtime.getRuntime.exec入参String和String[]对比：/command/exec/string请求对应的入参是String类型，发送如下body：

{"path":"echo \"xxxx\t\n\r\f\">/tmp/xxx" ,"type":1}

/command/exec/array请求对应的入参是String[]类型，发送如下body：

{"path":"echo \"xxx\">/tmp/yyy" ,"type":1}

依次发送上面的请求,得到的结果如下：

#string类型会被StringTokenizer过滤
unixprocess_result:prog:/bin/sh cmd:-cecho"xxxx">/tmp/xxx 未执行成功
#string[]类型没有过滤
unixprocess_result:prog:/bin/sh cmd:-cecho "xxx">/tmp/yyy 执行成功

java instrument使用运行结果： 看了 l1nk3r关于使用编码，linux下可以用bash的base64编码来解决这个特殊字符的问题。这里的利用条件一定要是这个 入参String完全可控 ，或者存在参数注入。

/bin/sh -c {echo,dG91Y2glMjAvdG1wL3p6eno=}|{base64,-d}|{bash,-i}

我们运行下这个绕过的方法： 运行结果如下： 成功执行：

javaagent源码： https://gitee.com/cor0ps/Agent.git

参考

1. https://mp.weixin.qq.com/s/ZS-hA03ykKleDjgN8oWZDw

2. https://alvinalexander.com/java/java-exec-system-command-pipeline-pipe

3. https://blog.csdn.net/GV7lZB0y87u7C/article/details/79860776

4. https://www.cnblogs.com/rickiyang/p/11336268.html

5. https://docs.huihoo.com/javaone/2015/CON3597-Having-Fun-with-Javassist.pdf

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