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Java OS 命令注入学习笔记

Thursday. September 27, 2018 - 6 mins

Java Injection OS Command Injection

0x01 简介

Java 执行系统命令的方法
易导致命令注入的危险写法以及如何避免

0x02 注意点

首先要注意的是，通过 Java 来执行系统命令时，并不是通过 shell 来执行 (Linux下)，因此如果需要用到如 pipeline ( | )、 ; 、 && 、 || 等 shell 特性时，需要创建 shell 来执行命令，如：

/bin/sh -c "ls -lh; pwd"

具体可参考 https://alvinalexander.com/java/java-exec-system-command-pipeline-pipe

0x03 执行方式

ProcessBuilder

java.lang.ProcessBuilder 中 start() 方法可以执行系统命令，命令和参数可以通过构造方法的 String List 或 String 数组来传入

ProcessBuilder(List<String> command)
ProcessBuilder(String... command)

如执行 ls -lh /home/www 的例子

String[] cmdList = new String[]{"ls", "-lh", "/home/www"};
ProcessBuilder builder = new ProcessBuilder(cmdList);
builder.redirectErrorStream(true);
Process process = builder.start();

因为 Java 中执行命令不是通过 shell，若没有手动创建 shell 来执行命令，命令非完全可控时，正常的情况下是无法使用 ; 、 && 等来实现命令注入的，例如

命令的某个参数可控

// String dir = "xx";
String[] cmdList = new String[]{"ls", "-lh", dir};
ProcessBuilder builder = new ProcessBuilder(cmdList);
builder.redirectErrorStream(true);
Process process = builder.start();
printOutput(process.getInputStream());

dir 参数用户可控，如想通过传入 /home/www;id ，来执行 id 命令，是无法成功的，程序的输出为

ls: /home/www;id: No such file or directory

再看一个例子

// String cmd = "xx";
ProcessBuilder builder = new ProcessBuilder(cmd);
builder.redirectErrorStream(true);
Process process = builder.start();
printOutput(process.getInputStream());

cmd 参数用户可控，那是否就可以执行任意命令了呢？

答案是可执行没有参数的命令，如 ls 、 pwd ，如执行 curl example.com 则会失败，会提示如下错误

java.io.IOException: Cannot run program "curl example.com": error=2, No such file or directory

原因为这里 cmd 的值表示的是执行命令的文件路径，因此无法使用参数

前面说到是在正常情况下，但一些特殊情况下，如果执行的命令的某个参数存在解析问题，即存在参数注入，也会导致命令执行，如 CVE-2018-3785 、 CVE–2017–1000117

前面所说的是在非 shell 环境下执行命令的情况，那如果手动创建了 shell 来执行命令，则很有可能会存在命令注入，例如：

// String dir = "xxxx";
String[] cmdList = new String[]{"sh", "-c", "ls -lh " + dir};
ProcessBuilder builder = new ProcessBuilder(cmdList);
builder.redirectErrorStream(true);
Process process = builder.start();
printOutput(process.getInputStream());

dir 参数用户可控，如果传入如 && pwd ，则可以成功执行 pwd 命令

再来看一种情况

String[] cmdList = new String[]{"sh", "-c", "echo test", dir};
ProcessBuilder builder = new ProcessBuilder(cmdList);
builder.redirectErrorStream(true);
Process process = builder.start();
printOutput(process.getInputStream());

这种情况下，dir 传入 pwd 或 ;pwd 都无法执行，因为只有 echo test 会作为 -c 选项的参数值

因此，在大多数情况下，要想通过 ProcessBuilder 来执行任意命令，需要代码中创建 shell 来执行命令，并且参数可控或存在拼接

Runtime

java.lang.Runtime 中 exec() 函数同样可以执行系统命令，命令参数支持 String 和 String 数组两种方式，同时支持设置环境变量、子进程工作目录 (working directory) 参数，具体方法包括：

exec(String command)
exec(String[] cmdarray)
exec(String command, String[] envp)
exec(String command, String[] envp, File dir)
exec(String[] cmdarray, String[] envp, File dir)

这里来看一下 exec(String command) 函数，根据源码可知，其内部会调用 exec(String command, String[] envp, File dir) ，方法代码如下

public Process exec(String command, String[] envp, File dir)
        throws IOException {
        if (command.length() == 0)
            throw new IllegalArgumentException("Empty command");

        StringTokenizer st = new StringTokenizer(command);
        String[] cmdarray = new String[st.countTokens()];
        for (int i = 0; st.hasMoreTokens(); i++)
            cmdarray[i] = st.nextToken();
        return exec(cmdarray, envp, dir);
    }

可以看到，传入的字符串命令会先经过 StringTokenizer 进行处理，即使用分隔符，包括空格， /t/n/r/f 对字符串进行分隔后，再调用 exec(String[] cmdarray, String[] envp, File dir) ，代码如下

public Process exec(String[] cmdarray, String[] envp, File dir)
    throws IOException {
    return new ProcessBuilder(cmdarray)
        .environment(envp)
        .directory(dir)
        .start();
}

即最后是通过 ProcessBuilder 来执行的，那么如果直接调用参数为 String 数组的 exec() 函数，则和 ProcessBuilder 存在同样的问题

而直接传入 String 时，会先经过 StringTokenizer 的分隔处理，然后在使用 ProcessBuilder ，因此这里需要弄清 StringTokenizer 是如何分割字符串命令的

先来看一下Runtime 执行系统命令的代码示例：

// String cmd = "xx";
Process process = Runtime.getRuntime().exec(cmd);
process.waitFor();
printOutput(process.getInputStream());
printOutput(process.getErrorStream());

cmd 输入和对应 StringTokenizer 分隔后的值

ls -lh; id => ["ls", "-lh;", "id"] 无法执行，输出

ls: illegal option – ; usage: ls [-ABCFGHLOPRSTUWabcdefghiklmnopqrstuwx1][file …][file …]

ls -lh;id => ["ls", "-lh;id"] 无法执行，输出

ls: illegal option – ; usage: ls [-ABCFGHLOPRSTUWabcdefghiklmnopqrstuwx1][file …][file …]

sh -c 'ls -lh;id' => ["sh", "-c", "'ls", "-lh;id'"] 两边有单引号，无法执行，输出

-lh;id’: -c: line 0: unexpected EOF while looking for matching `’’ -lh;id’: -c: line 1: syntax error: unexpected end of file

sh -c "ls;id" => ["sh", "-c", "/"ls;id/"] 注意两边的双引号，无法执行，输出
```
sh: ls;id: command not found
```
sh -c ls;id => ["sh", "-c", "ls;id"] ， id 命令可成功执行

因此，简单总结一下：

如果参数完全可控，则可以执行任意命令
若没有手动创建 shell 执行命令，没有存在参数注入，则无法实现命令注入

手动创建 shell 执行命令，可执行 -c 的参数值的命令，但值内不能有空格、 /t/n/r/f 分隔符，否则会被分割

// 相当于执行 sh -c curl，example.com 参数会被忽略
String cmd = "sh -c curl example.com";
// /t 也是分割符之一
String cmd = "sh -c curl/texample.com";
// 使用 ${IFS} (对应内部字段分隔符) 来代替空格，成功执行
String cmd = "sh -c curl${IFS}example.com";

0x04 修复方案

应尽量避免使用 Runtime 和 ProcessBuilder 来执行系统命令，可搜索系统是否提供 API 来完成同样的功能，如执行删除文件 rm /home/www/log.txt 的命令，可以使用 File.delete() 等函数来代替
无法避免执行命令时，应当尽可能避免创建 shell 来执行系统命令，优先使用 Runtime 和 ProcessBuilder 的字符串数组 String[] cmdarray 的方法，可一定程度上降低命令注入的产生
最后，可考虑使用白名单的方式，限制可执行的命令和允许的参数值，或限制用户输入的所允许字符，如只允许字母数组、下划线
```
private static final Pattern FILTER_PATTERN = Pattern.compile("[0-9A-Za-z_]+");
if (!FILTER_PATTERN.matcher(input).matches()) {
  // Handle error
}
```