• FastJson反序列化漏洞利用的三个细节


    0. 前言

    记录在FastJson反序列化RCE漏洞分析和利用时的一些细节问题。

    1. TemplatesImpl的利用链

    关于 parse 和 parseObject

    FastJson中的 parse() 和 parseObject()方法都可以用来将JSON字符串反序列化成Java对象,parseObject() 本质上也是调用 parse() 进行反序列化的。但是 parseObject() 会额外的将Java对象转为 JSONObject对象,即 JSON.toJSON()。所以进行反序列化时的细节区别在于,parse() 会识别并调用目标类的 setter 方法及某些特定条件的 getter 方法,而 parseObject() 由于多执行了 JSON.toJSON(obj),所以在处理过程中会调用反序列化目标类的所有 setter 和 getter 方法。parseObject() 的源代码如下:

    public static JSONObject parseObject(String text) {
            Object obj = parse(text);
            if (obj instanceof JSONObject) {
                return (JSONObject) obj;
            }
    
            return (JSONObject) JSON.toJSON(obj);
    }
    

    举个简单的例子:

    public class FastJsonTest {
    
        public String name;
        public String age;
        public FastJsonTest() throws IOException{
        }
    
        public void setName(String test) {
            System.out.println("name setter called");
            this.name = test;
        }
    
        public String getName() {
            System.out.println("name getter called");
            return this.name;
        }
    
        public String getAge(){
            System.out.println("age getter called");
            return this.age;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            Object obj = JSON.parse("{"@type":"fastjsontest.FastJsonTest","name":"thisisname", "age":"thisisage"}");
            System.out.println(obj);
    
            Object obj2 = JSON.parseObject("{"@type":"fastjsontest.FastJsonTest","name":"thisisname", "age":"thisisage"}");
            System.out.println(obj2);
        }
    
    }
    

    上述代码运行后可以看到,执行parse() 时,只有 setName() 会被调用。执行parseObject() 时,setName()、getAge()、getName() 均会被调用。

    为什么会触发getOutputProperties()

    感觉上 parse() 进行反序列化创建Java类应该只会调用 setter 方法进行成员变量赋值才对,会什么会触发TemplatesImpl类中的 getOutputProperties() 方法呢?

    另外 _outputProperties 成员变量和 getOutputProperties() 明明差了一个_字符,是怎么被 FastJson 关联上的?

    如上一小节所述,parse() 进行反序列化时其实会调用某些特定的 getter 方法进行字段解析,而 TemplatesImpl类中的 getOutputProperties() 方法恰好满足这一条件。

    FastJson反序列化到Java类时主要逻辑如下:

    1. 获取并保存目标Java类中的成员变量、setter、getter。
    2. 解析JSON字符串,对字段逐个处理,调用相应的setter、getter进行变量赋值。

    我们先看第一步,这里由 JavaBeanInfo.build() 进行处理,FastJson会创建一个filedList数组,用来保存目标Java类的成员变量以及相应的setter或getter方法信息,供后续反序列化字段时调用。

    filedList大致结构如下:

    [
        {
            name:"outputProperties",
            method:{
                clazz:{},
                name:"getOutputProperties",
                returnType:{},
                ...
            }
        }
    ]
    

    FastJson并不是直接反射获取目标Java类的成员变量的,而是会对setter、getter、成员变量分别进行处理,智能提取出成员变量信息。逻辑如下:

    1. 识别setter方法名,并根据setter方法名提取出成员变量名。如:识别出setAge()方法,FastJson会提取出age变量名并插入filedList数组。
    2. 通过clazz.getFields()获取成员变量。
    3. 识别getter方法名,并根据getter方法名提取出成员变量名。

    可以看到在 JavaBeanInfo.build() 中,有一段代码会对getter方法进行判断,在某些特殊条件下,会从getter方法中提取出成员变量名并附加到filedList数组中。而TemplatesImpl类中的 getOutputProperties() 正好满足这个特定条件。getter方法的处理代码为:

    JavaBeanInfo.java
    
    public static JavaBeanInfo build(Class<?> clazz, Type type, PropertyNamingStrategy propertyNamingStrategy) {
        ...
        for (Method method : clazz.getMethods()) { // getter methods
            String methodName = method.getName();
            if (methodName.length() < 4) {
                continue;
            }
    
            if (Modifier.isStatic(method.getModifiers())) {
                continue;
            }
    
            if (methodName.startsWith("get") && Character.isUpperCase(methodName.charAt(3))) {
                if (method.getParameterTypes().length != 0) {
                    continue;
                }
    
                // 关键条件
    
                if (Collection.class.isAssignableFrom(method.getReturnType()) //
                    || Map.class.isAssignableFrom(method.getReturnType()) //
                    || AtomicBoolean.class == method.getReturnType() //
                    || AtomicInteger.class == method.getReturnType() //
                    || AtomicLong.class == method.getReturnType() //
                ) {
                    String propertyName;
    
                    JSONField annotation = method.getAnnotation(JSONField.class);
                    if (annotation != null && annotation.deserialize()) {
                        continue;
                    }
                    
                    if (annotation != null && annotation.name().length() > 0) {
                        propertyName = annotation.name();
                    } else {
                        propertyName = Character.toLowerCase(methodName.charAt(3)) + methodName.substring(4);
                    }
                    
                    FieldInfo fieldInfo = getField(fieldList, propertyName);
                    if (fieldInfo != null) {
                        continue;
                    }
    
                    if (propertyNamingStrategy != null) {
                        propertyName = propertyNamingStrategy.translate(propertyName);
                    }
                    
                    add(fieldList, new FieldInfo(propertyName, method, null, clazz, type, 0, 0, 0, annotation, null, null));
                }
            }
        }
        ...
    }
    

    接下来,FastJson会语义分析JSON字符串。根据字段key,调用filedList数组中存储的相应方法进行变量初始化赋值。具体逻辑在 parseField() 中实现:

    JavaBeanDeserializer
    
    public boolean parseField(DefaultJSONParser parser, String key, Object object, Type objectType,
                                  Map<String, Object> fieldValues) {
            JSONLexer lexer = parser.lexer; // xxx
    
            FieldDeserializer fieldDeserializer = smartMatch(key);
    
            ...
    
            return true;
        }
    

    这里调用了一个神奇的 smartMatch() 方法,smartMatch()时会替换掉字段key中的_,从而 _outputProperties 和 getOutputProperties() 可以成功关联上。

    JavaBeanDeserializer
    
    public FieldDeserializer smartMatch(String key) {
            if (fieldDeserializer == null) {
                boolean snakeOrkebab = false;
                String key2 = null;
                for (int i = 0; i < key.length(); ++i) {
                    char ch = key.charAt(i);
                    if (ch == '_') {
                        snakeOrkebab = true;
                        key2 = key.replaceAll("_", "");
                        break;
                    } else if (ch == '-') {
                        snakeOrkebab = true;
                        key2 = key.replaceAll("-", "");
                        break;
                    }
                }
                if (snakeOrkebab) {
                    fieldDeserializer = getFieldDeserializer(key2);
                    if (fieldDeserializer == null) {
                        for (FieldDeserializer fieldDeser : sortedFieldDeserializers) {
                            if (fieldDeser.fieldInfo.name.equalsIgnoreCase(key2)) {
                                fieldDeserializer = fieldDeser;
                                break;
                            }
                        }
                    }
                }
            }
    

    为什么需要对_bytecodes进行Base64编码

    细心的你可以发现,PoC中的 _bytecodes 字段是经过Base64编码的。为什么要这么做呢? 分析FastJson对JSON字符串的解析过程,原来FastJson提取byte[]数组字段值时会进行Base64解码,所以我们构造payload时需要对 _bytecodes 进行Base64处理。FastJson的处理代码如下:

    ObjectArrayCodec
        public <T> T deserialze(DefaultJSONParser parser, Type type, Object fieldName) {
            final JSONLexer lexer = parser.lexer;
            // ......省略部分代码
            if (lexer.token() == JSONToken.LITERAL_STRING) {
                byte[] bytes = lexer.bytesValue();  // ... 在这里解析byte数组值
                lexer.nextToken(JSONToken.COMMA);
                return (T) bytes;
            }
    
    // 接着调用JSONScanner.bytesValue()
    
    JSONScanner
        public byte[] bytesValue() {
          return IOUtils.decodeBase64(text, np + 1, sp);
        }
    

     

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