4.3.1. 基本概念

4.3.1.1. JVM

  JVM是Java平台的核心，以机器代码来实现，为程序执行提供了所需的所有基本功能，例如字节码解析器、JIT编译器、垃圾收集器等。由于它是机器代码实现的，其同样受到二进制文件受到的攻击。
  JCL是JVM自带的一个标准库，含有数百个系统类。默认情况下，所有系统类都是可信任的，且拥有所有的特权。

4.3.1.2. JNDI

  JNDI（Java Naming and Directory Interface，JAVA命名和目录接口）是为JAVA应用程序提供命名和目录访问服务的API（Application Programing Interface，应用程序编程接口）。

4.3.1.3. OGNL

  OGNL（Object-Graph Navigation Language，对象导航语言）是一种功能强大的表达式语言，通过简单一致的表达式语法，提供了存取对象的任意属性、调用对象的方法、遍历整个对象的结构图、实现字段类型转化等功能。
  Struts2中使用了OGNL，提供了一个ValueStack类。ValueStack分为root和context两部分。root中是当前的action对象，context中是ActionContext里面所有的内容。

4.3.1.4. RMI

  RMI（Remote Method Invocation，远程方法调用）能够让在客户端Java虚拟机上的对象像调用本地对象一样调用服务端java虚拟机中的对象上的方法。
  RMI远程调用步骤：

• 客户调用客户端辅助对象stub上的方法
• 客户端辅助对象stub打包调用信息（变量，方法名），通过网络发送给服务端辅助对象skeleton
• 服务端辅助对象skeleton将客户端辅助对象发送来的信息解包，找出真正被调用的方法以及该方法所在对象
• 调用真正服务对象上的真正方法，并将结果返回给服务端辅助对象skeleton
• 服务端辅助对象将结果打包，发送给客户端辅助对象stub
• 客户端辅助对象将返回值解包，返回给调用者
• 客户获得返回值

4.3.2. 框架

4.3.2.1. Servlet

4.3.2.1.1. 简介

  Servlet（Server Applet）是Java Servlet的简称，称为小服务程序或服务连接器，是用Java编写的服务器端程序，主要功能在于交互式地浏览和修改数据，生成动态Web内容。
  狭义的Servlet是指Java语言实现的一个接口，广义的Servlet是指任何实现了这个Servlet接口的类，一般情况下，人们将Servlet理解为后者。Servlet运行于支持Java的应用服务器中。从原理上讲，Servlet可以响应任何类型的请求，但绝大多数情况下Servlet只用来扩展基于HTTP协议的Web服务器。

4.3.2.1.2. 生命周期为

• 客户端请求该 Servlet
• 加载 Servlet 类到内存
• 实例化并调用init()方法初始化该 Servlet
• service()（根据请求方法不同调用 doGet() / doPost() / ... / destroy()

4.3.2.1.3. 接口

init()
  在 Servlet 的生命期中，仅执行一次 init() 方法，在服务器装入 Servlet 时执行。
service()
  service() 方法是 Servlet 的核心。每当一个客户请求一个HttpServlet对象，该对象的 service() 方法就要被调用，而且传递给这个方法一个"请求"(ServletRequest)对象和一个"响应"(ServletResponse)对象作为参数。

4.3.2.2. Struts 2

4.3.2.2.1. 简介

  Struts2是一个基于MVC设计模式的Web应用框架，它本质上相当于一个servlet，在MVC设计模式中，Struts2作为控制器(Controller)来建立模型与视图的数据交互。

4.3.2.2.2. 请求流程

• 客户端发送请求的tomcat服务器
• 请求经过一系列过滤器
• FilterDispatcher调用ActionMapper来决定这个请求是否要调用某个Action
• ActionMppaer决定调用某个ActionFilterDispatcher把请求给ActionProxy
• ActionProxy通过Configuration Manager查看structs.xml，找到对应的Action类
• ActionProxy创建一个ActionInvocation对象
• ActionInvocation对象回调Action的execute方法
• Action执行完毕后，ActionInvocation根据返回的字符串，找到相应的result，通过HttpServletResponse返回给服务器

4.3.2.2.3. 相关CVE

• CVE-2016-3081 (S2-032)
• CVE-2016-3687 (S2-033)
• CVE-2016-4438 (S2-037)
• CVE-2017-5638
• CVE-2017-7672
• CVE-2017-9787
• CVE-2017-9793
• CVE-2017-9804
• CVE-2017-9805
• CVE-2017-12611
• CVE-2017-15707
• CVE-2018-1327
• CVE-2018-11776

4.3.2.3. Spring MVC

4.3.2.3.1. 请求流程

• 用户发送请求给服务器
• 服务器收到请求，使用DispatchServlet处理
• Dispatch使用HandleMapping检查url是否有对应的Controller，如果有，执行
• 如果Controller返回字符串，ViewResolver将字符串转换成相应的视图对象
• DispatchServlet将视图对象中的数据，输出给服务器
• 服务器将数据输出给客户端

4.3.3. 容器

  常见的Java服务器有Tomcat、Weblogic、JBoss、GlassFish、Jetty、Resin、IBM Websphere等，这里对部分框架做一个简单的说明。

4.3.3.1. Tomcat

  Tomcat是一个轻量级应用服务器，在中小型系统和并发访问用户不是很多的场合下被普遍使用，用于开发和调试JSP程序。
  在收到请求后，Tomcat的处理流程如下：

• 客户端访问Web服务器，发送HTTP请求
• Web服务器接收到请求后，传递给Servlet容器
• Servlet容器加载Servlet，产生Servlet实例后，向其传递表示请求和响应的对象
• Servlet实例使用请求对象得到客户端的请求信息，然后进行相应的处理
• Servlet实例将处理结果通过响应对象发送回客户端，容器负责确保响应正确送出，同时将控制返回给Web服务器
    Tomcat服务器是由一系列可配置的组件构成的，其中核心组件是Catalina Servlet容器，它是所有其他Tomcat组件的顶层容器。

4.3.3.1.1. 相关CVE

• CVE-2019-0232
  • https://github.com/pyn3rd/CVE-2019-0232/
• CVE-2017-12615
  • https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1NDg4MTIxMw==&mid=2247483659&idx=1&sn=c23b3a3b3b43d70999bdbe644e79f7e5
• CVE-2013-2067
• CVE-2012-4534
• CVE-2012-4431
• CVE-2012-3546
• CVE-2012-3544
• CVE-2012-2733
• CVE-2011-3375
• CVE-2011-3190
• CVE-2008-2938

4.3.3.2. Weblogic

4.3.3.2.1. 简介

  WebLogic是美国Oracle公司出品的一个Application Server，是一个基于Java EE架构的中间件，WebLogic是用于开发、集成、部署和管理大型分布式Web应用、网络应用和数据库应用的Java应用服务器。其将Java的动态功能和Java Enterprise标准的安全性引入大型网络应用的开发、集成、部署和管理之中。
  WebLogic对业内多种标准的全面支持，包括EJB、JSP、Servlet、JMS、JDBC等。

4.3.3.2.2. 相关CVE

• CVE-2019-2658
• CVE-2019-2650
• CVE-2019-2649
• CVE-2019-2648
• CVE-2019-2647
• CVE-2019-2646
• CVE-2019-2645
• CVE-2019-2618
  • https://github.com/jas502n/cve-2019-2618/
• CVE-2019-2615
• CVE-2019-2568
• CVE-2018-3252
• CVE-2018-3248
• CVE-2018-3245
• CVE-2018-3201
• CVE-2018-3197
• CVE-2018-3191
  • https://github.com/voidfyoo/CVE-2018-3191
  • https://github.com/Libraggbond/CVE-2018-3191
• CVE-2018-2894
  • https://xz.aliyun.com/t/2458
• CVE-2018-2628
  • https://mp.weixin.qq.com/s/nYY4zg2m2xsqT0GXa9pMGA
• CVE-2018-1258
• CVE-2017-10271
  • http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache%3AsH7j8TF8uOIJ%3Awww.freebuf.com%2Fvuls%2F160367.html
• CVE-2017-3248
• CVE-2016-3510
• CVE-2015-4852
  • https://github.com/roo7break/serialator

4.3.3.3. JBoss

4.3.3.3.1. 简介

  JBoss是一个基于J2EE的管理EJB的容器和服务器，但JBoss核心服务不包括支持servlet/JSP的WEB容器，一般与Tomcat或Jetty绑定使用。

4.3.3.3.2. 相关CVE

• CVE-2017-12149

4.3.4. 沙箱

4.3.4.1. 简介

  Java实现了一套沙箱环境，使远程的非可信代码只能在受限的环境下执行。

4.3.4.2. 相关CVE

• CVE-2012-0507
• CVE-2012-4681
• CVE-2017-3272
• CVE-2017-3289

4.3.5. 反序列化

4.3.5.1. 简介

  序列化就是把对象转换成字节流，便于保存在内存、文件、数据库中；反序列化即逆过程，由字节流还原成对象。Java中的 ObjectOutputStream 类的 writeObject() 方法可以实现序列化，类 ObjectInputStream类的readObject() 方法用于反序列化。
  如果要实现类的反序列化，则是对其实现 Serializable 接口。

4.3.5.2. 序列数据结构

• 0xaced 魔术头

4.3.5.3. 序列化流程

• ObjectOutputStream实例初始化时，将魔术头和版本号写入bout （BlockDataOutputStream类型） 中
• 调用ObjectOutputStream.writeObject()开始写对象数据
  • ObjectStreamClass.lookup()封装待序列化的类描述 （返回ObjectStreamClass类型） ，获取包括类名、自定义serialVersionUID、可序列化字段 （返回ObjectStreamField类型） 和构造方法，以及writeObject、readObject方法等
  • writeOrdinaryObject()写入对象数据
    • 写入对象类型标识
    • writeClassDesc()进入分支writeNonProxyDesc()写入类描述数据
      • 写入类描述符标识
      • 写入类名
      • 写入SUID （当SUID为空时，会进行计算并赋值）
      • 计算并写入序列化属性标志位
      • 写入字段信息数据
      • 写入Block Data结束标识
      • 写入父类描述数据
    • writeSerialData()写入对象的序列化数据
      • 若类自定义了writeObject()，则调用该方法写对象，否则调用defaultWriteFields()写入对象的字段数据 （若是非原始类型，则递归处理子对象）

4.3.5.4. 反序列化流程

• ObjectInputStream实例初始化时，读取魔术头和版本号进行校验
• 调用ObjectInputStream.readObject()开始读对象数据
  • 读取对象类型标识
  • readOrdinaryObject()读取数据对象
    • readClassDesc()读取类描述数据
      • 读取类描述符标识，进入分支readNonProxyDesc()
      • 读取类名
      • 读取SUID
      • 读取并分解序列化属性标志位
      • 读取字段信息数据
      • resolveClass()根据类名获取待反序列化的类的Class对象，如果获取失败，则抛出ClassNotFoundException
      • skipCustomData()循环读取字节直到Block Data结束标识为止
      • 读取父类描述数据
      • initNonProxy()中判断对象与本地对象的SUID和类名 （不含包名） 是否相同，若不同，则抛出InvalidClassException
    • ObjectStreamClass.newInstance()获取并调用离对象最近的非Serializable的父类的无参构造方法 （若不存在，则返回null） 创建对象实例
    • readSerialData()读取对象的序列化数据
      • 若类自定义了readObject()，则调用该方法读对象，否则调用defaultReadFields()读取并填充对象的字段数据

4.3.5.5. 相关函数

• ObjectInputStream.readObject
• ObjectInputStream.readUnshared
• XMLDecoder.readObject
• Yaml.load
• XStream.fromXML
• ObjectMapper.readValue
• JSON.parseObject

4.3.5.6. 主流JSON库

4.3.5.6.1. GSON

  Gson默认只能反序列化基本类型，如果是复杂类型，需要程序员实现反序列化机制，相对比较安全。

4.3.5.6.2. Jackson

  除非指明@jsonAutoDetect，Jackson不会反序列化非public属性。在防御时，可以不使用enableDefaultTyping方法。
  相关CVE有

• CVE-2017-7525
• CVE-2017-15095

4.3.5.6.3. Fastjson

  相关CVE有

• CVE-2017-18349

4.3.5.7. 存在危险的基础库

• commons-fileupload 1.3.1
• commons-io 2.4
• commons-collections 3.1
• commons-logging 1.2
• commons-beanutils 1.9.2
• org.slf4j:slf4j-api 1.7.21
• com.mchange:mchange-commons-java 0.2.11
• org.apache.commons:commons-collections 4.0
• com.mchange:c3p0 0.9.5.2
• org.beanshell:bsh 2.0b5
• org.codehaus.groovy:groovy 2.3.9
• org.springframework:spring-aop 4.1.4.RELEASE

4.3.5.8. 漏洞修复和防护

4.3.5.8.1. Hook resolveClass

  在使用 readObject() 反序列化时会调用 resolveClass 方法读取反序列化的类名，可以通过hook该方法来校验反序列化的类，一个Demo如下

@Override
protected Class<?> resolveClass(ObjectStreamClass desc) throws IOException, ClassNotFoundException {
    if (!desc.getName().equals(SerialObject.class.getName())) {
        throw new InvalidClassException(
                "Unauthorized deserialization attempt",
                desc.getName());
    }
    return super.resolveClass(desc);
}

  以上的Demo就只允许序列化 SerialObject ，通过这种方式，就可以设置允许序列化的白名单

4.3.5.8.2. ValidatingObjectInputStream

  Apache Commons IO Serialization包中的 ValidatingObjectInputStream 类提供了 accept 方法，可以通过该方法来实现反序列化类白/黑名单控制，一个demo如下

private static Object deserialize(byte[] buffer) throws IOException, ClassNotFoundException , ConfigurationException {
    Object obj;
    ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(buffer);
    ValidatingObjectInputStream ois = new ValidatingObjectInputStream(bais);
    ois.accept(SerialObject.class);
    obj = ois.readObject();
    return obj;
}

4.3.5.8.3. ObjectInputFilter

  Java 9提供了支持序列化数据过滤的新特性，可以继承 java.io.ObjectInputFilter 类重写 checkInput 方法来实现自定义的过滤器，并使用 ObjectInputStream 对象的 setObjectInputFilter 设置过滤器来实现反序列化类白/黑名单控制。

4.3.6. 参考链接

4.3.6.1. 官方文档

• ognl
• Java SE Security Guide

4.3.6.2. 反序列化

• Java反序列化漏洞从入门到深入
• Java反序列化漏洞通用利用分析
• JRE8u20反序列化漏洞分析
• WebLogic反序列化漏洞漫谈
• 从WebLogic看反序列化漏洞的利用与防御
• JSON反序列化之殇
• 浅析Java序列化和反序列化

4.3.6.3. 沙箱

• Java Sandbox Escape

4.3.6.4. 框架

• Struts
• Struts Examples

4.3.6.5. 其他

• 关于 JNDI 注入
• Java RMI与RPC的区别