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JAVA序列化和反序列化及漏洞补救

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不久前，网络安全人员再一次在黑产面前遭到重挫，Joomla曝高危0Day漏洞，无需用户登陆就能触发。Joomla漏洞在官方发布升级版和补丁之前，已经在各种地下黑色产业链中流传了一段时间，恐怕并且已经有不少网站被黑客拿下。这个恶意代码的进入点是用户代理字符串，这是每个浏览器都在广而告之的内容：让浏览器知道用户的技术结构从而为站点提供最佳或最合适的版本。很显然这个字符串存储于Joomla数据库中，但并没有被清洁处理以检测恶意代码。攻击者能够通过能够播报虚假用户代理字符串的方式利用特殊app和脚本拉力轻易编制一个定制化字符串并将恶意代码附着，这个安全隐患是在PHP中session是通过序列化存储的。

想要了解关于PHP相关的远程代码执行漏洞分析，可参考：vBulletin5远程代码执行漏洞分析

JAVA序列化和反序列化是啥？

在现有很多的应用当中，需要对某些对象进行序列化，让它们离开内存空间，入驻物理硬盘，以便可以长期保存，其中最常见的是Web服务器中的Session对象。对象的序列化一般有两种用途：把对象的字节序列永久地保存到硬盘上，通常存放在一个指定文件中；或者在网络上传送对象的字节序列。

而把字节序列恢复为对象的过程称为对象的反序列化。当两个进程在进行远程通信时，彼此可以发送各种类型的数据，而且无论是何种类型的数据，都会以二进制序列的形式在网络上传送。发送方需要把这个Java对象转换为字节序列，才能在网络上传送；接收方则需要把字节序列再恢复为Java对象。

其实，在不同的计算机语言中，数据结构、对象以及二进制串的表示方式并不相同。对于像Java这种完全面向对象的语言，程序员所操作的一切都是对象，来自于类的实例化。

JAVA序列化和反序列化实例

在Java语言中最接近数据结构的概念，就是 POJO(Plain Old Java Object)或者Javabean。小编更熟悉Java语言，还是以此为例说明一下序列化和反序列化的实现。

public static void main(String[] args) throws Exception {
    SerializeObject();   //序列化Object对象
    Object o = DeserializeObject();  //反序列Object对象
    System.out.println(MessageFormat.format("name={0},age={1},
    sex={2}", o.getName(),o.getSex(),o.getAge(),o.getHobby()));
}

/**
* MethodName: SerializeObject 
* Description: 序列化Object对象
* @author Haom
* @throws FileNotFoundException
* @throws IOException
*/
private static void SerializeObject() throws FileNotFoundException,  
    IOException {  
    Object object = new Object();  
    object.setName("haom");  
    object.setSex("Female");  
    object.setAge(18);  
    object.setHobby("Taekwondo");  
    // 对于ObjectOutputStream 对象输出流，将Object对象存储到M盘的object.txt文件中，完成对Object对象的序列化操作  
    ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(new   
        FileOutputStream(new File("M:/object.txt")));  
    oo.writeObject(object);  
    System.out.println("Object Serialization success！");  
    oo.close();  
}  

/**
* MethodName: DeserializeObject 
* Description: 反序列Object对象
* @author Haom
* @throws Exception
* @throws IOException
*/
private static Object DeserializeObject() throws Exception, 
    IOException {
    ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
        new File("M:/object.txt")));
    Object object = (Object) ois.readObject();
    System.out.println("Object deserialization success！");
    return Object;
}

以上代码说明：序列化Object成功后在M盘生成了一个object.txt文件，而反序列化Object是读取M盘的Object.txt后生成了一个Object对象。

当然，并不是一个实现了序列化接口的类的所有字段及属性，都是可以序列化的：

如果该类有父类，则分两种情况来考虑：如果该父类已经实现了可序列化接口，则其父类的相应字段及属性的处理和该类相同；如果该类的父类没有实现可序列化接口，则该类的父类所有的字段属性将不会序列化，并且反序列化时会调用父类的默认构造函数来初始化父类的属性，而子类却不调用默认构造函数，而是直接从流中恢复属性的值。
如果该类的某个属性标识为static类型的，则该属性不能序列化。
如果该类的某个属性采用transient关键字标识，则该属性不能序列化。

那么，在什么情况下，需要自定义序列化的方式？先举个简单的例子，如下：

public class SeriDemo1 implements Serializable {
    private String name;
    transient private String password; 
    // 瞬态，不可序列化状态，该字段的生命周期仅存于调用者的内存中
    public SeriDemo1() {
    }
    public SeriDemo1(String name, String password) {
        this.name = name;
        this.password = password;
    }
    //模拟对密码进行加密
    private String change(String password) {
        return password + "minna";
    }
    //写入
    private void writeObject(ObjectOutputStream outStream) throws IOException {
        outStream.defaultWriteObject();
        outStream.writeObject(change(password));
    }
    //读取
    private void readObject(ObjectInputStream inStream) throws IOException,
        ClassNotFoundException {
        inStream.defaultReadObject();
        String strPassowrd = (String) inStream.readObject();
        //模拟对密码解密
        password = strPassowrd.substring(0, strPassowrd.length() - 5);
    }
    //返回一个“以文本方式表示”此对象的字符串
    public String toString() {
        return "SeriDemo1 [name=" + name + ", password=" + password + "]";
    }
    //静态的main
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SeriDemo1 demo = new SeriDemo1("haom", "0123");
        ByteArrayOutputStream buf = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(buf);
        out.writeObject(demo);
        ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new 
            ByteArrayInputStream(buf.toByteArray()));
        demo = (SeriDemo1) in.readObject();
        System.out.println(demo);
    }
}

如上代码说明，可以得知，以下情况需要自定义序列化的方式：

为了确保序列化的安全性，可以对于一些敏感信息加密；
确保对象的成员变量符合正确的约束条件；
确保需要优化序列化的性能。

在序列化选型的过程中，安全性的考虑往往发生在跨局域网访问的场景。当通讯发生在公司之间或者跨机房的时候，出于安全的考虑，对于跨局域网的访问往往被限制为基于HTTP/HTTPS的80和443端口。如果使用的序列化协议没有兼容而成熟的HTTP传输层框架支持，可能会导致以下几种结果：

因为访问限制而降低服务可用性。
被迫重新实现安全协议而导致实施成本升高。
开放更多的防火墙端口和协议访问，但是是以牺牲安全性为前提。

反序列化漏洞危害

当应用代码从用户接受序列化数据，并试图反序列化改数据进行下一步处理时，会产生反序列化漏洞，其中最有危害性的就是远程代码注入。

这种漏洞产生原因是，java类ObjectInputStream在执行反序列化时，并不会对自身的输入进行检查，这就说明恶意攻击者可能也可以构建特定的输入，在 ObjectInputStream类反序列化之后会产生非正常结果，利用这一方法就可以实现远程执行任意代码。

这个漏洞的严重风险在于，即使你的代码里没有使用到Apache Commons Collections里的类，只要Java应用的Classpath里有Apache Commons Collections的jar包，都可以远程代码执行。

漏洞的根本问题其实并不是Java序列化的问题，而是Apache Commons Collections允许链式的任意的类函数反射调用。攻击者通过允许Java序列化协议的端口，把攻击代码上传到服务器上，再由Apache Commons Collections里的TransformedMap来执行。

反序列化漏洞补救

现在，Apache Commons Collections在 3.2.2版本中做了一定的安全处理，对这些不安全的Java类的序列化支持增加了开关，默认为关闭状态。

涉及的类包括：CloneTransformer,ForClosure, InstantiateFactory, InstantiateTransformer, InvokerTransformer, PrototypeCloneFactory,PrototypeSerializationFactory, WhileClosure。

RedHat发布JBoss相关产品的解决方案：https://access.redhat.com/solutions/2045023。

严格意义说起来，Java相对来说安全性问题比较少，出现的一些问题大部分是利用反射，最终用Runtime.exec(String cmd)函数来执行外部命令的。如果可以禁止JVM执行外部命令，未知漏洞的危害性会大大降低，可以大大提高JVM的安全性。

比如:

SecurityManager originalSecurityManager = System.getSecurityManager();
    if (originalSecurityManager == null) {
        // 创建自己的SecurityManager
        SecurityManager sm = new SecurityManager() {
        private void check(Permission perm) {
            // 禁止exec
            if (perm instanceof java.io.FilePermission) {
                String actions = perm.getActions();
                if (actions != null &amp;&amp; actions.contains("execute")) {
                    throw new SecurityException("execute denied!");
                }
            }
            // 禁止设置新的SecurityManager 
            if (perm instanceof java.lang.RuntimePermission) {
                String name = perm.getName();
                if (name != null &amp;&amp; name.contains("setSecurityManager")) {
                    throw new SecurityException(
                    "System.setSecurityManager denied!");
                }
            }
        }
        @Override
        public void checkPermission(Permission perm) {
            check(perm);
        }
        @Override
        public void checkPermission(Permission perm, Object context) {
            check(perm);
        }
    };
   System.setSecurityManager(sm);
}

如上所示，只要在Java代码里简单加一段程序，就可以禁止执行外部程序了。

禁止JVM执行外部命令，是一个简单有效的提高JVM安全性的办法。可以考虑在代码安全扫描时，加强对Runtime.exec相关代码的检测。

小结

本文只是初步进行JAVA序列化和反序列化的科普，让大家对此问题及相关补救方式有个直观的印象和简单了解，下一步深入解还请继续关注绿盟技术博客。使用JAVA反序列化增多了数据的种类，但是还需要尽量避免使用反序列化的交互操作，减少风险的增加。目前，绿盟科技蜂巢社区启动应急机制，已经实现远程代码执行漏洞的在线检测。在社区中，大家可以进行网络安全扫描插件的开发及讨论。

其他相关参考资料：

http://blog.nsfocus.net/java-deserialization-vulnerability-overlooked-mass-destruction/

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文章信息

作者：haoming 来源：绿盟科技博客
标签：反序列化序列化
发布时间：2016-02-11 14:48:09

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