Java堆栈溢出漏洞分析

 堆栈 

什么是堆栈？在思考如何找堆栈溢出漏洞之前，先来弄懂什么是堆栈。Java的数据类型在执行过程中存储在两种不同形式的内存中：栈（stack）和堆（deap），由运行Java虚拟机（JVM）的底层平台维护。

 栈 

存放基本类型的变量数据（比如int,float等）和对象的引用，但对象本身不存放在栈中，而是存放在堆（比如new实例的对象）或者常量池（比如字符串常量）中。java虚拟机是线程私有的，每个线程都有自己的栈，单个线程的大小，一般默认512-1024kb，可以通过JVM配置项-Xss设置线程栈大小。

可以来写个测试脚本来看溢出效果

public class StackTest{  int num = 0;  public void testStack(){      num++;        this.stack();    }
  public static void main(String[] args) {        StackTest stackTest = new StackTest();        stackTest.testStack();    }}

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在栈异常处打个端点，当调用自身次数达到17408时候，栈空间大小被用完了。






当线程执行某个方法时，JVM会创建栈帧并压栈，此时刚压栈的栈帧就成为了当前栈帧。如果该方法进行递归调用时，JVM每次都会将保存了当前方法数据的栈帧压栈，每次栈帧中的数据都是对当前方法数据的一份拷贝。如果递归的次数足够多，多到栈中栈帧所使用的内存超出了栈内存的最大容量，此时JVM就会抛出StackOverflowError。


 堆 


存放所有new出来的对象。可以通过设置JVM配置-Xms，设置初始堆内存Heap大小。


写个测试堆大小的脚本：
public class HeapTest{    public void testHeap() {        List list = new ArrayList<>();        int i = 0;        while (true) {            list.add(new byte[5 * 1024 * 1025]);        }    }        public static void main(String[] args) {        HeapTest heapTest = new HeapTest();        stackTest.testHeap();    }}

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如下所示，抛出了堆溢出错误。






可以看出，JAVA中在使用递归算法时没有设置终止条件会造成堆栈溢出，所以在代码审计中，遇到递归算法时，可以测试是否存在堆栈溢出的问题，进而造成拒绝服务攻击。


 漏洞审计 


堆栈溢出漏洞如何挖掘？找到一个使用递归函数的方法，能够进行无限循环或者循环次数较大的，再找出gadget，能构造条件触发循环不断增加内存直到溢出。


 Xstream栈溢出漏洞 


HashMap是个出场率较高的类，使用非法普遍，是Map的实现类，Map.put()用来添加键值对，然后通过get方法获取值，这里key设置了Map本身自己，相当于Map中循环内嵌了Map。






漏洞的触发点在get方法，跟进get方法查看，这里调用了hash方法，对key进行了计算(这里的key是键值对）。






继续跟进hash方法，不为空的情况下，又调用了hashcode()方法继续跟进。




 
这里进行递归算法，entry取循环获取entrySet的键值对，然后将计算好的值追加给h。






很明显这里因为entry是一直在调用自身的，所以在通过不断的循环，就会导致栈的内存空间溢出。






现在再来看XStream的漏洞链、


首先看下XStream常用用法，fromXML函数用来获取字符串标签里的值，注意这里的标签是可以被转换成具体的类对象的或者自定义的，比如对应java.lang.String。






跟进fromXML方法，并一直跟到unmarshal，并进入marshallingStrategy.unmarshal方法。






进入到start方法。






这里的type就是根据标签找到对应的类，这里对应的是java.util.Set方法。






查看convertAnother方法，在开始的时，通过方法将传入的type类找到对应的mapper实现类，这里Set对应的mapper实现类就是HashSet类。之后会将标签转换成mapper类型，key对应的标签，而value对应标签的值。






继续跟进convert方法，主要是找到将标签转换成map的过程，所以一直跟进converter的处理函数即可：
super.convert(parent, type, converter)converter.unmarshal(reader, this)populateCollection(reader, context, collection)populateCollection(reader, context, collection, collection)addCurrentElementToCollection(reader, context, collection, target);

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一直跟进到这里，在集合中添加item，到这就有点眉目了，集合中就有迭代器和Map。






这就会将集合添加的内容放入Map中了。




最后就会到计算hashCode的地方。






整条链路已经打通，现在只需要考虑怎么构造poc，触发漏洞即可。



首先思考为什么要用set标签,因为set标签对应的是java.util.Set，可以创建一个集合，会使用到Map，而HashSet实现了set接口，是一个HashMap实例，符合条件。






现在就是如何构造内嵌循环，实现栈溢出。


Xstream的Refenerce可以处理重复或者循环引用，根据W3C XPath规范中一个叫做的XPATH_RELATIVE_REFERENCES 默认规则输出来的内容，具体使用可以参考：https://x-stream.github.io/graphs.html


构造poc:
<set>    <set>        <set>            <string>a</string>        </set>        <set>            <string>b</string>        </set>        </set>        <set>            <string>c</string>        <set reference='../../../set/set[2]'/>    </set></set>

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原文始发于微信公众号（FreeBuf）：Java堆栈溢出漏洞分析