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Fastjson 反序列化漏洞史

2020-07-31

作者:Longofo@知道创宇404实验室
时间:2020年4月27日
英文版本:https://paper.seebug.org/1193/

Fastjson没有cve编号,不太好查找时间线,一开始也不知道咋写,不过还是慢慢写出点东西,幸好fastjson开源以及有师傅们的一路辛勤记录。文中将给出与Fastjson漏洞相关的比较关键的更新以及漏洞时间线,会对一些比较经典的漏洞进行测试及修复说明,给出一些探测payload,rce payload。

Fastjson解析流程

可以参考下@Lucifaer师傅写的fastjson流程分析,这里不写了,再写篇幅就占用很大了。文中提到fastjson有使用ASM生成的字节码,由于实际使用中很多类都不是原生类,fastjson序列化/反序列化大多数类时都会用ASM处理,如果好奇想查看生成的字节码,可以用idea动态调试时保存字节文件:

插入的代码为:

生成的类:

但是这个类并不能用于调试,因为fastjson中用ASM生成的代码没有linenumber、trace等用于调试的信息,所以不能调试。不过通过在Expression那个窗口重写部分代码,生成可用于调式的bytecode应该也是可行的(我没有测试,如果有时间和兴趣,可以看下ASM怎么生成可用于调试的字节码)。

Fastjson 样例测试

首先用多个版本测试下面这个例子:

说明

  • 这里的@type就是对应常说的autotype功能,简单理解为fastjson会自动将json的key:value值映射到@type对应的类中
  • 样例User类的几个方法都是比较普通的方法,命名、返回值也都是常规的符合bean要求的写法,所以下面的样例测试有的特殊调用不会覆盖到,但是在漏洞分析中,可以看到一些特殊的情况
  • parse用了四种写法,四种写法都能造成危害(不过实际到底能不能利用,还得看版本和用户是否打开了某些配置开关,具体往后看)
  • 样例测试都使用jdk8u102,代码都是拉的源码测,主要是用样例说明autotype的默认开启、checkautotype的出现、以及黑白名白名单从哪个版本开始出现的过程以及增强手段
1.1.157测试

这应该是最原始的版本了(tag最早是这个),结果:

下面对每个结果做一个简单的说明

JSON.parse(serializedStr)

在指定了@type的情况下,自动调用了User类默认构造器,User类对应的setter方法(setAge,setName),最终结果是User类的一个实例,不过值得注意的是public sex被成功赋值了,private address没有成功赋值,不过在1.2.22, 1.1.54.android之后,增加了一个SupportNonPublicField特性,如果使用了这个特性,那么private address就算没有setter、getter也能成功赋值,这个特性也与后面的一个漏洞有关。注意默认构造方法、setter方法调用顺序,默认构造器在前,此时属性值还没有被赋值,所以即使默认构造器中存在危险方法,但是危害值还没有被传入,所以默认构造器按理来说不会成为漏洞利用方法,不过对于内部类那种,外部类先初始化了自己的某些属性值,但是内部类默认构造器使用了父类的属性的某些值,依然可能造成危害。

可以看出,从最原始的版本就开始有autotype功能了,并且autotype默认开启。同时ParserConfig类中还没有黑名单。

JSON.parseObject(serializedStr)

在指定了@type的情况下,自动调用了User类默认构造器,User类对应的setter方法(setAge,setName)以及对应的getter方法(getAge,getName),最终结果是一个字符串。这里还多调用了getter(注意bool类型的是is开头的)方法,是因为parseObject在没有其他参数时,调用了JSON.toJSON(obj),后续会通过gettter方法获取obj属性值:

JSON.parseObject(serializedStr, Object.class)

在指定了@type的情况下,这种写法和第一种JSON.parse(serializedStr)写法其实没有区别的,从结果也能看出。

JSON.parseObject(serializedStr, User.class)

在指定了@type的情况下,自动调用了User类默认构造器,User类对应的setter方法(setAge,setName),最终结果是User类的一个实例。这种写法明确指定了目标对象必须是User类型,如果@type对应的类型不是User类型或其子类,将抛出不匹配异常,但是,就算指定了特定的类型,依然有方式在类型匹配之前来触发漏洞。

1.2.10测试

对于上面User这个类,测试结果和1.1.157一样,这里不写了。

到这个版本autotype依然默认开启。不过从这个版本开始,fastjson在ParserConfig中加入了denyList,一直到1.2.24版本,这个denyList都只有一个类(不过这个java.lang.Thread不是用于漏洞利用的):

1.2.25测试

测试结果是抛出出了异常:

从1.2.25开始,autotype默认关闭了,对于autotype开启,后面漏洞分析会涉及到。并且从1.2.25开始,增加了checkAutoType函数,它的主要作用是检测@type指定的类是否在白名单、黑名单(使用的startswith方式)

以及目标类是否是两个危险类(Classloader、DataSource)的子类或者子接口,其中白名单优先级最高,白名单如果允许就不检测黑名单与危险类,否则继续检测黑名单与危险类:

增加了黑名单类、包数量,同时增加了白名单,用户还可以调用相关方法添加黑名单/白名单到列表中:

后面的许多漏洞都是对checkAutotype以及本身某些逻辑缺陷导致的漏洞进行修复,以及黑名单的不断增加。

1.2.42测试

与1.2.25一样,默认不开启autotype,所以结果一样,直接抛autotype未开启异常。

从这个版本开始,将denyList、acceptList换成了十进制的hashcode,使得安全研究难度变大了(不过hashcode的计算方法依然是公开的,假如拥有大量的jar包,例如maven仓库可以爬jar包下来,可批量的跑类名、包名,不过对于黑名单是包名的情况,要找到具体可利用的类也会消耗一些时间):

checkAutotype中检测也做了相应的修改:

1.2.61测试

与1.2.25一样,默认不开启autotype,所以结果一样,直接抛autotype未开启异常。

从1.2.25到1.2.61之前其实还发生了很多绕过与黑名单的增加,不过这部分在后面的漏洞版本线在具体写,这里写1.2.61版本主要是说明黑名单防御所做的手段。在1.2.61版本时,fastjson将hashcode从十进制换成了十六进制:

不过用十六进制表示与十进制表示都一样,同样可以批量跑jar包。在1.2.62版本为了统一又把十六进制大写:

再之后的版本就是黑名单的增加了

Fastjson漏洞版本线

下面漏洞不会过多的分析,太多了,只会简单说明下以及给出payload进行测试与说明修复方式。

ver<=1.2.24

从上面的测试中可以看到,1.2.24及之前没有任何防御,并且autotype默认开启,下面给出那会比较经典的几个payload。

com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl利用链

payload:

测试(jdk=8u102,fastjson=1.2.24):

结果:

触发原因简析:

JdbcRowSetImpl对象恢复->setDataSourceName方法调用->setAutocommit方法调用->context.lookup(datasourceName)调用

com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl利用链

payload:

测试(jdk=8u102,fastjson=1.2.24):

结果:

触发原因简析:

TemplatesImpl对象恢复->JavaBeanDeserializer.deserialze->FieldDeserializer.setValue->TemplatesImpl.getOutputProperties->TemplatesImpl.newTransformer->TemplatesImpl.getTransletInstance->通过defineTransletClasses,newInstance触发我们自己构造的class的静态代码块

简单说明:

这个漏洞需要开启SupportNonPublicField特性,这在样例测试中也说到了。因为TemplatesImpl类中_bytecodes_tfactory_name_outputProperties_class并没有对应的setter,所以要为这些private属性赋值,就需要开启SupportNonPublicField特性。具体这个poc构造过程,这里不分析了,可以看下廖大师傅的这篇,涉及到了一些细节问题。

ver>=1.2.25&ver<=1.2.41

1.2.24之前没有autotype的限制,从1.2.25开始默认关闭了autotype支持,并且加入了checkAutotype,加入了黑名单+白名单来防御autotype开启的情况。在1.2.25到1.2.41之间,发生了一次checkAutotype的绕过。

下面是checkAutoType代码:

在上面做了四个位置标记,因为后面几次绕过也与这几处位置有关。这一次的绕过是走过了前面的1,2,3成功进入位置4加载目标类。位置4 loadclass如下:

去掉了className前后的L;,形如Lcom.lang.Thread;这种表示方法和JVM中类的表示方法是类似的,fastjson对这种表示方式做了处理。而之前的黑名单检测都是startswith检测的,所以可给@type指定的类前后加上L;来绕过黑名单检测。

这里用上面的JdbcRowSetImpl利用链:

测试(jdk8u102,fastjson 1.2.41):

结果:

ver=1.2.42

在1.2.42对1.2.25~1.2.41的checkAutotype绕过进行了修复,将黑名单改成了十进制,对checkAutotype检测也做了相应变化:

黑名单改成了十进制,检测也进行了相应hash运算。不过和上面1.2.25中的检测过程还是一致的,只是把startswith这种检测换成了hash运算这种检测。对于1.2.25~1.2.41的checkAutotype绕过的修复,就是红框处,判断了className前后是不是L;,如果是,就截取第二个字符和到倒数第二个字符。所以1.2.42版本的checkAutotype绕过就是前后双写LL;;,截取之后过程就和1.2.25~1.2.41版本利用方式一样了。

用上面的JdbcRowSetImpl利用链:

测试(jdk8u102,fastjson 1.2.42):

结果:

ver=1.2.43

1.2.43对于1.2.42的绕过修复方式:

在第一个if条件之下(L开头,;结尾),又加了一个以LL开头的条件,如果第一个条件满足并且以LL开头,直接抛异常。所以这种修复方式没法在绕过了。但是上面的loadclass除了L;做了特殊处理外,[也被特殊处理了,又再次绕过了checkAutoType:

用上面的JdbcRowSetImpl利用链:

测试(jdk8u102,fastjson 1.2.43):

结果:

ver=1.2.44

1.2.44版本修复了1.2.43绕过,处理了[

删除了之前的L开头、;结尾、LL开头的判断,改成了[开头就抛异常,;结尾也抛异常,所以这样写之前的几次绕过都修复了。

ver>=1.2.45&ver<1.2.46

这两个版本期间就是增加黑名单,没有发生checkAutotype绕过。黑名单中有几个payload在后面的RCE Payload给出,这里就不写了

ver=1.2.47

这个版本发生了不开启autotype情况下能利用成功的绕过。解析一下这次的绕过:

  1. 利用到了java.lang.class,这个类不在黑名单,所以checkAutotype可以过
  2. 这个java.lang.class类对应的deserializer为MiscCodec,deserialize时会取json串中的val值并load这个val对应的class,如果fastjson cache为true,就会缓存这个val对应的class到全局map中
  3. 如果再次加载val名称的class,并且autotype没开启(因为开启了会先检测黑白名单,所以这个漏洞开启了反而不成功),下一步就是会尝试从全局map中获取这个class,如果获取到了,直接返回

这个漏洞分析已经很多了,具体详情可以参考下这篇

payload:

测试(jdk8u102,fastjson 1.2.47):

结果:

ver>=1.2.48&ver<=1.2.68

在1.2.48修复了1.2.47的绕过,在MiscCodec,处理Class类的地方,设置了cache为false:

在1.2.48到最新版本1.2.68之间,都是增加黑名单类。

ver=1.2.68

1.2.68是目前最新版,在1.2.68引入了safemode,打开safemode时,@type这个specialkey完全无用,无论白名单和黑名单,都不支持autoType了。

在这个版本中,除了增加黑名单,还减掉一个黑名单:

这个减掉的黑名单,不知道有师傅跑出来没,是个包名还是类名,然后能不能用于恶意利用,反正有点奇怪。

探测Fastjson

比较常用的探测Fastjson是用dnslog方式,探测到了再用RCE Payload去一个一个打。同事说让搞个能回显的放扫描器扫描,不过目标容器/框架不一样,回显方式也会不一样,这有点为难了...,还是用dnslog吧。

dnslog探测

目前fastjson探测比较通用的就是dnslog方式去探测,其中Inet4Address、Inet6Address直到1.2.67都可用。下面给出一些看到的payload(结合了上面的rand:{}这种方式,比较通用些):

一些RCE Payload

之前没有收集关于fastjson的payload,没有去跑jar包....,下面列出了网络上流传的payload以及从marshalsec中扣了一些并改造成适用于fastjson的payload,每个payload适用的jdk版本、fastjson版本就不一一测试写了,这一通测下来都不知道要花多少时间,实际利用基本无法知道版本、autotype开了没、用户咋配置的、用户自己设置又加了黑名单/白名单没,所以将构造的Payload一一过去打就行了,基础payload:

下面是个小脚本,可以将基础payload转出各种绕过的变形态,还增加了\u\x编码形式:

例如JdbcRowSetImpl结果:

有些师傅也通过扫描maven仓库包来寻找符合jackson、fastjson的恶意利用类,似乎大多数都是在寻找jndi类型的漏洞。对于跑黑名单,可以看下这个项目,跑到1.2.62版本了,跑出来了大多数黑名单,不过很多都是包,具体哪个类还得去包中一一寻找。

参考链接

  1. https://paper.seebug.org/994/#0x03
  2. https://paper.seebug.org/1155/
  3. https://paper.seebug.org/994/
  4. https://paper.seebug.org/292/
  5. https://paper.seebug.org/636/
  6. https://www.anquanke.com/post/id/182140#h2-1
  7. https://github.com/LeadroyaL/fastjson-blacklist
  8. http://www.lmxspace.com/2019/06/29/FastJson-%E5%8F%8D%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%8C%96%E5%AD%A6%E4%B9%A0/#v1-2-47
  9. http://xxlegend.com/2017/12/06/%E5%9F%BA%E4%BA%8EJdbcRowSetImpl%E7%9A%84Fastjson%20RCE%20PoC%E6%9E%84%E9%80%A0%E4%B8%8E%E5%88%86%E6%9E%90/
  10. http://xxlegend.com/2017/04/29/title-%20fastjson%20%E8%BF%9C%E7%A8%8B%E5%8F%8D%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%8C%96poc%E7%9A%84%E6%9E%84%E9%80%A0%E5%92%8C%E5%88%86%E6%9E%90/
  11. http://gv7.me/articles/2020/several-ways-to-detect-fastjson-through-dnslog/#0x03-%E6%96%B9%E6%B3%95%E4%BA%8C-%E5%88%A9%E7%94%A8java-net-InetSocketAddress
  12. https://xz.aliyun.com/t/7027#toc-4
  13. https://zhuanlan.zhihu.com/p/99075925
  14. ...

太多了,感谢师傅们的辛勤记录。


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作者:叶霖 杨 | Categories:技术分享 | Tags:

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