序列化和反序列化漏洞的简单理解

Java反序列化漏洞简介

便于保存在内存、文件、数据库中；反序列化即逆过程，由字节流还原成对象。Java中的ObjectOutputStream类的writeObject()方法可以实现序列化，类ObjectInputStream类的readObject()方法用于反序列化。下面是将字符串对象先进行序列化，存储到本地文件，然后再通过反序列化进行恢复

问题在于，如果Java应用对用户输入，即不可信数据做了反序列化处理，那么攻击者可以通过构造恶意输入，让反序列化产生非预期的对象，非预期的对象在产生过程中就有可能带来任意代码执行。

所以这个问题的根源在于类ObjectInputStream在反序列化时，没有对生成的对象的类型做限制；假若反序列化可以设置Java类型的白名单，那么问题的影响就小了很多。

反序列化问题由来已久，且并非Java语言特有，在其他语言例如PHP和Python中也有相似的问题。@gebl和@frohoff的报告中所指出的并不是反序列化这个问题，而是一些公用库，例如Apache Commons Collections中实现的一些类可以被反序列化用来实现任意代码执行。WebLogic、WebSphere、JBoss、Jenkins、OpenNMS这些应用的反序列化漏洞能够得以利用，就是依靠了Apache Commons Collections。这种库的存在极大地提升了反序列化问题的严重程度，可以比作在开启了ASLR地址随机化防御的系统中，出现了一个加载地址固定的共享库，或者类似twitter上的评论中的比喻：

@breenmachine的博客中将漏洞归咎于Apache Commons Collections这个库，存在一定的误解。

参考Matthias Kaiser在11月份的报告[1]，我们以Apache Commons Collections 3为例，来解释如何构造对象，能够让程序在反序列化，即调用readObject()时，就能直接实现任意代码执行。

Map类是存储键值对的数据结构，Apache Commons Collections中实现了类TransformedMap，用来对Map进行某种变换，只要调用decorate()函数，传入key和value的变换函数Transformer，即可从任意Map对象生成相应的TransformedMap，decorate()函数如下

Transformer是一个接口，其中定义的transform()函数用来将一个对象转换成另一个对象。如下所示：

public interface Transformer {  

      public Object transform(Object input);  

} 

当Map中的任意项的Key或者Value被修改，相应的Transformer就会被调用。除此以外，多个Transformer还能串起来，形成ChainedTransformer。

Apache Commons Collections中已经实现了一些常见的Transformer，其中有一个可以通过调用Java的反射机制来调用任意函数，叫做InvokerTransformer，代码如下：

只需要传入方法名、参数类型和参数，即可调用任意函数。因此要想任意代码执行，我们可以首先构造一个Map和一个能够执行代码的ChainedTransformer，以此生成一个TransformedMap，然后想办法去触发Map中的MapEntry产生修改（例如setValue()函数），即可触发我们构造的Transformer。测试代码如下：

当上面的代码运行到setValue()时，就会触发ChainedTransformer中的一系列变换函数：首先通过ConstantTransformer获得Runtime类，进一步通过反射调用getMethod找到invoke函数，最后再运行命令calc.exe。

但是目前的构造还需要依赖于触发Map中某一项去调用setValue()，我们需要想办法通过readObject()直接触发。

我们观察到java运行库中有这样一个类AnnotationInvocationHandler，这个类有一个成员变量memberValues是Map类型，如下所示：

class AnnotationInvocationHandler implements InvocationHandler, Serializable {
    private final Class<? extends Annotation> type;
    private final Map<String, Object> memberValues;

    AnnotationInvocationHandler(Class<? extends Annotation> type, Map<String, Object> memberValues) {
        this.type = type;
        this.memberValues = memberValues;
    }
    ...
更令人惊喜的是，AnnotationInvocationHandler的readObject()函数中对memberValues的每一项调用了setValue()函数，如下所示：

因此，我们只需要使用前面构造的Map来构造AnnotationInvocationHandler，进行序列化，当触发readObject()反序列化的时候，就能实现命令执行。另外需要注意的是，想要在调用未包含的package中的构造函数，我们必须通过反射的方式，综合生成任意代码执行的payload的代码如下：

以上解释了如何通过Apache Commons Collections 3这个库中的代码，来构造序列化对象，使得程序在反序列化时可以立即实现任意代码执行。

我们可以直接使用工具ysoserial[2][5]来生成payload，当中包含了4种通用的payload：Apache Commons Collections 3和4，Groovy，spring，只要目标应用的Class Path中包含这些库，ysoserial生成的payload即可让readObject()实现任意命令执行。ysoserial当中针对Apache Commons Collections 3的payload也是基于TransformedMap和InvokerTransformer来构造的，而在触发时，并没有采用上文介绍的AnnotationInvocationHandler，而是使用了java.lang.reflect.Proxy中的相关代码来实现触发。此处不再做深入分析，有兴趣的读者可以参考ysoserial的源码。

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