【技术分享】fastjson <= 1.2.24 反序列化漏洞分析

原创 lightless@美联美丽联合集团安全应急响应中心

0x00/ fastjson

fastjson是一个非常流行的库，可以将数据在JSON和Java Object之间互相转换，但是在2017年官方主动爆出了fastjson的反序列化漏洞以及升级公告

[https://github.com/alibaba/fastjson/wiki/security_update_20170315] ，这次我们就学习一下这个漏洞。

最终的payload会放到我的GitHub [https://github.com/lightless233/Java-Unserialization-Study] 上。

这次使用的fastjson是1.2.23版本：

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.alibaba/fastjson --><dependency>
    <groupId>com.alibaba</groupId>
    <artifactId>fastjson</artifactId>
    <version>1.2.23</version></dependency>

在分析漏洞之前，我们先看下这个库都有什么样的功能，我们先创建一个User对象：

class User {
    private int age;
    public String username;
    private String secret;

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getUsername() {
        return username;
    }

    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }

    public String getSecret() {
        return secret;
    }}

我们主要关注一下从JSON还原回Object的方法，主要的API有两个，分别是JSON.parseObject和JSON.parse，最主要的区别就是前者返回的是JSONObject，而后者返回的是实际类型的对象，当在没有对应类的定义的情况下，通常情况下都会使用JSON.parseObject来获取数据。fastjson接受的JSON可以通过@type字段来指定该JSON应当还原成何种类型的对象，在反序列化的时候方便操作。

String myJSON = "{\"@type\":\"me.lightless.fastjsonvuln.User\",\"age\":99,\"username\":\"lightless\",\"secret\":\"2333\"}";JSONObject u3 = JSON.parseObject(myJSON);System.out.println("u3 => " + u3.get("secret"));

如果需要还原出private成员的话，还需要加上Feature.SupportNonPublicField：

User u3 = (User) JSON.parseObject(myJSON, User.class, Feature.SupportNonPublicField);

0x01/ 跟踪分析

根据官方公告中的WAF检测方法来看，问题很有可能是因为反序列化了任意类型的class从而导致的RCE。

从网上找到的payload中也能看出利用的是TemplatesImpl来执行的命令，这个在之前的JDK7u21中已经分析过了，可能还存在其他的执行命令方法，这些我们暂且不谈，主要来看fastjson的部分。

我们搭建一个简单的Web应用来接受用户POST过来的JSON并且进行反序列化：

@RestControllerpublic class IndexController {
    @RequestMapping(value = "/fastjson", method = RequestMethod.GET)
    public String fastjson() {
        return "Hello World!";
    }

    @RequestMapping(value = "/fastjson", method = RequestMethod.POST)
    public JSONObject testVuln(@RequestBody String data) {

        JSONObject obj = JSON.parseObject(data, Feature.SupportNonPublicField);

        JSONObject ret = new JSONObject();
        ret.put("code", 1001);
        ret.put("data", "Hello " + obj.get("name"));

        return ret;
    }}

传入我们带有@type类型的JSON字符串并且开始调试。在JSON.parseObject处下断并开始向下跟。

一开始会跟进到JSON.parse方法，并且调用了parse()方法继续进行JSON格式的匹配。继续跟进parser.parse()方法。

到了这里之后，开始依次进行JSON的解析，我们传入的第一个字符是{，所以进入LBRACE这个分支中，并继续进入parseObject(object, fieldName)方法来解析对象。

这个时候lexer所在的字符为"，会进入下面这个分支继续解析JSON字符串，通过scanSymbol方法获取到双引号之间的字符串也就是@type

之后会获取@type字段的值，并且尝试获取这个类的Class，经过一系列的判断后，调用了deserializer.deserialize(this, clazz, fieldName)方法进行反序列化。

一开始没找到sortedFieldDeserializers是在什么地方生成的，想仔细跟一下代码，于是就从头到尾的看了下getDeserializer(clazz)的部分，发现是在这里生成的。这个函数的目的是获取一个可以反序列化我们通过@type指定的类的deserializer，由于预定于的列表中没有，于是会继续调用createJavaBeanDeserializer()来生成一个，实际上是调用了ParseConfig.build()方法，其中会通过反射机制获取我们指定类的一些信息，通过对method进行一些过滤，猜测出getter和setter并推出一些可能存在的field。
具体的猜测规则这里不展开说明了，感兴趣的话可以自行跟一下

紧接着就依次处理JSON字符串中的各个字段，当匹配到payload中的_tfactory字段的时候，由于我们传入的JSON字符串中是一个空的对象，进入parseField方法后，继续向下跟就会调用到JavaBeanDeserializer.deserialize()方法，在这里会为_factory创建一个TransformerFactoryImpl对象并赋值。

同样的，_outputProperties字段，我们也是传入了一个空对象，会进入和上面相同的流程，仔细分析一下这段代码，这里是触发命令执行的关键部分。

首先依然会进入parseField方法

进入之后会调用smartMatch(key)方法，这个方法的主要作用是进行一些『智能匹配』，方便后续获取对应变量的getter和setter。调用后这个方法会去掉字符串中的-、删除开头的下划线等，所以当我们传入了_outputProperties的时候，实际上就给处理成了outputProperties，并返回对应的FieldDeserializer对象，之后就会调用该对象的parseField方法。进入该方法后，就会调用setValue(object, value)方法，继续跟进。

跟进之后显而易见，getOutputProperties被调用了：

然后就会执行我们在_bytecodes构造的恶意字节码，造成命令执行。

0x02/ 一些疑问

根据上面的流程，我们应该已经可以写出PoC了，这里就不占用篇幅展示了，直接放到了我的GitHub上。

一开始在构造的时候发现字节码中存在许多的不可显字符，网上公开的PoC中使用了base64来编码，感觉非常神奇，为什么fastjson会帮我们解码呢？于是构造了数组传入之后，发现fastjson在处理[B类型的数组时，会调用lexer.bytesValue()，其中的lexer就是JSONScanner，这个bytesValue()方法会自动帮我们执行一次base64解码，所以我们构造payload的时候只需要传入base64编码后的内容即可。

至此，其实整个流程已经走完了，但是还有一点令我们非常难受，就是我们的demo中，在接收JSON的时候设置了Feature.SupportNonPublicField。默认情况下fastjson只会反序列化public的方法和属性，而我们构造的PoC中有private的成员变量_bytecodes和_name，为了给这些变量赋值，则必须要假设服务端开启了SupportNonPublicField功能。

而现实情况下，大部分都是parse(json)和parseObject(json)一把梭，使用这个功能的情况不是很多，这样一来就导致我们的PoC没有了良好的通用性，那么有没有解决方案呢？答案当然是有的，那就是不使用TemplatesImpl，换一种RCE的触发方式即可。在网上经过一番搜索，发现了一些可以利用的方法

主要是利用JNDI+RMI方法，这个可以参考之前的spring-tx.jar的反序列化问题，当时就是采用这种方式来触发的。但是调用链不太好找，这个PPT中给出了多个利用链，这里的调用链后续再进行分析，这里暂且不做验证。

这样一来，只要是开发同学在编写代码时，直接反序列化了用户传入的JSON，就有可能造成RCE，而攻击者也无需关心SupportNonPublicField是否开启了，危害提高了许多。

0x03/ 修复措施

在fastjson的官方补丁中，将loadClass(typeName, config.getDefaultClassLoader())替换为了config.checkAutoType(typeName)，并且扩充了黑名单列表，将传入的类名与黑名单一一比较，如果发现了相同开头的类就停止反序列化。

// 新增的黑名单
bsh
com.mchange
com.sun.
java.lang.Thread
java.net.Socket
java.rmi
javax.xml
org.apache.bcel
org.apache.commons.beanutils
org.apache.commons.collections.Transformer
org.apache.commons.collections.functors
org.apache.commons.collections4.comparators
org.apache.commons.fileupload
org.apache.myfaces.context.servlet
org.apache.tomcat
org.apache.wicket.util
org.codehaus.groovy.runtime
org.hibernate
org.jboss
org.mozilla.javascript
org.python.core
org.springframework

可以看到绝大部分常用的类都已经被加进来了，但是如果不经常维护此名单，一旦后面出现了新的可以利用的类，很容易就绕过这个限制。