Java反序列化漏洞总结

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前言

什么是序列化和反序列化

Java 提供了一种对象序列化的机制，该机制中，一个对象可以被表示为一个字节序列，该字节序列包括该对象的数据、有关对象的类型的信息和存储在对象中数据的类型。反序列化就是通过序列化后的字段还原成这个对象本身。但标识不被序列化的字段是不会被还原的。

序列化有什么用

1）网站相应的session对象存储在硬盘上，那么保存在session中的内容就必须实现相关的序列化操作。

2）如果使用的java对象要在分布式中使用或者在rmi远程调用的网络中使用的话，那么相关的对象必须实现java序列化接口。

Java反序列化类型

我们最常见就是原生的java反序列化类型，其实java中有几种方式可以执行反序列化，本文目的也是对这几种类型的反序列化方法进行归纳和总结。

1、 Java原生序列化

Java包中自带的类InputStream和OutputStream，它们之间可以互相转化，使用writeObject序列化，使用readObject反序列化。

import java.io.*;
 
public class DeserializeDemo
{
   public static void main(String [] args)
   {
      Employee e = null;
      try
      {
         FileInputStream fileIn = new FileInputStream("/tmp/employee.ser");
         ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(fileIn);
         e = (Employee) in.readObject();
         in.close();
         fileIn.close();
      }catch(IOException i)
      {
         i.printStackTrace();
         return;
      }catch(ClassNotFoundException c)
      {
         System.out.println("Employee class not found");
         c.printStackTrace();
         return;
      }
      System.out.println("Deserialized Employee...");
      System.out.println("Name: " + e.name);
      System.out.println("Address: " + e.address);
      System.out.println("SSN: " + e.SSN);
      System.out.println("Number: " + e.number);
    }
}

2、 Json反序列化

Json序列化一般会使用jackson包，通过ObjectMapper类来进行一些操作，比如将对象转化为byte数组或者将json串转化为对象。

public static <T> String serialize(T t) throws JsonProcessingException {
        ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
        String jsonResult = mapper.writerWithDefaultPrettyPrinter()
                .writeValueAsString(t);
        return jsonResult;
    }

3、 Fastjson反序列化

Fastjson是一个性能很好的Java语言实现的Json解析器和生成器，由来自阿里巴巴的工程师开发。具有极快的性能，超越任何其他的Java Json Parser。Fastjson使用parseObject来进行反序列化。

import com.alibaba.fastjson.JSON;    
  
public class Person {  
    int age;  
    String name;  
    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;  
    }  
    public static void main(String[] args) {  
        String jsonString="{\"name\":\"hah\",\"age\":1}";  
        Person person = JSON.parseObject(jsonString, Person.class);  
        System.out.println(1);  
    }  
}

4、Protobuf 反序列化

Protocol Buffers 是一种轻便高效的结构化数据存储格式，可以用于结构化数据串行化，或者说序列化。它很适合做数据存储或 RPC 数据交换格式。可用于通讯协议、数据存储等领域的语言无关、平台无关、可扩展的序列化结构数据格式。目前提供了 C++、Java、Python 三种语言的 API。

proto.proto文件内容

package proto;

message TestMsg{
    optional string id = 1;
    optional string name = 2;
}

序列化

public byte[] build(){
    Proto.TestMsg.Builder builder = Proto.TestMsg.newBuilder();
    builder.setId("ID的值");
    builder.setName("Name的值");
    Proto.TestMsg msg = builder.build();

    return msg.toByteArray();
}

反序列化

Proto.TestMsg msg = Proto.TestMsg.parseFrom(message.returnByte());
System.out.Println(msg);

各方式反序列化比较

各序列化漏洞简介

除了使用protobuf进行反序列化没有出现过漏洞，其他方式的序列化都曾出现过漏洞。下面将简单介绍下漏洞，详细的漏洞和exp构造方法大家可以去网上搜索关键字查看（java几个反序列化漏洞exp构造过程都十分精彩，推荐大家认真阅读下）

1、Object Serialize 漏洞

Apache Commons Collections中实现了TransformedMap ，该类可以在一个元素被添加/删除/或是被修改时(即key或value：集合中的数据存储形式即是一个索引对应一个值，就像身份证与人的关系那样)，会调用transform方法自动进行特定的修饰变换。

TransformedMap.decorate方法，预期是对Map类的数据结构进行转化，该方法有三个参数。

第一个参数为待转化的Map对象
第二个参数为Map对象内的key要经过的转化方法（可为单个方法，也可为链，也可为空）
第三个参数为Map对象内的value要经过的转化方法

通过对第三个参数通过构造ChainedTransformer链，通过一系列变化，最终执行系统命令。

2、Jackson-databind 漏洞

Jackson是一套开源的java序列化与反序列化工具框架，可将java对象序列化为xml和json格式的字符串及提供对应的反序列化过程。由于其解析效率较高，目前是Spring MVC中内置使用的解析方式，该漏洞的触发条件是ObjectMapper反序列化前调用了enableDefaultTyping方法。该方法允许json字符串中指定反序列化java对象的类名，而在使用Object、Map、List等对象时，可诱发反序列化漏洞，导致可执行任意命令。

3、FastJson 漏洞

fastjson在解析json的过程中，支持使用autoType来实例化某一个具体的类，并通过json来填充其属性值。而JDK自带的类com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl中有一个私有属性_bytecodes，其部分方法会执行这个值中包含的Java字节码。通过注入恶意代码到_bytecode，导致任意代码执行漏洞。

注：Fastjson和Jackson Payload构造的方式都一样，虽然解析函数不一样，但是都是将json转为object，过程是类似的。

防止反序列化漏洞

1、Java Serialization

jdk里增加了一个filter机制 http://openjdk.java.net/jeps/290 ，这个一开始是出现在jdk9上的，后面移值回jdk6/7/8上，如果安装的jdk版本是比较新的，可以找到相关的类
Oracle打算废除java序列化：https://www.infoworld.com/article/3275924/java/oracle-plans-to-dump-risky-java-serialization.html

2、jackson-databind

jackson-databind里是过滤掉一些已知的类，参见SubTypeValidator.java
jackson-databind的CVE issue列表

3、fastjson

fastjson通过一个denyList来过滤掉一些危险类的package，参见ParserConfig.java
fastjson在新版本里denyList改为通过hashcode来隐藏掉package信息，但通过这个DenyTest5可以知道还是过滤掉常见危险类的package
fastjson在新版本里默认把autoType的功能禁止掉了

这些序列化漏洞的根本原因是：没有控制序列化的类型范围。

仔细看的读者会发现并没有提及protobuf的反序列化漏洞，为什么在protobuf里并没有这些反序列化问题？

protobuf在IDL里定义好了package范围
protobuf的代码都是自动生成的，怎么处理二进制数据都是固定的

protobuf把一切都框住了，少了灵活性，自然就少漏洞。

注：IDL（Interface description language）文件：参与通讯的各方需要对通讯的内容需要做相关的约定（Specifications）。为了建立一个与语言和平台无关的约定，这个约定需要采用与具体开发语言、平台无关的语言来进行描述。这种语言被称为接口描述语言（IDL），采用IDL撰写的协议约定称之为IDL文件。