我们可以把OGNL作为一个底层产品,它在功能实现中的设计缺陷,是如何能够被利用并远程执行恶意代码的,而不是完全在struts2这个产品的功能设计层面去讨论漏洞原由!

什么是OGNL?

OGNL是Object-Graph Navigation Language的缩写,它是一种功能强大的表达式语言(Expression Language,简称为EL),通过它简单一致的表达式语法,可以存取对象的任意属性,调用对象的方法,遍历整个对象的结构图,实现字段类型转化等功能。它使用相同的表达式去存取对象的属性。 OGNL三要素:(以下部分摘抄互联网某处,我觉得说得好)

Ognl.setValue("department.name", user2, "dev");

System.out.println(user2.getDepartment().getName());

Ognl.setValue(Ognl.parseexpression_r("department.name"), context, user2, "otherDev");

System.out.println(user2.getDepartment().getName());

Ognl.setValue("department.name", user2, "dev");

System.out.println(user2.getDepartment().getName());

Ognl.setValue(Ognl.parseexpression_r("department.name"), context, user2, "otherDev");

System.out.println(user2.getDepartment().getName());

1. 表达式(Expression)

表达式是整个OGNL的核心,所有的OGNL操作都是针对表达式的解析后进行的。表达式会规定此次OGNL操作到底要干什么。我们可以看到,在上面的测试中,name、department.name等都是表达式,表示取name或者department中的name的值。OGNL支持很多类型的表达式,之后我们会看到更多。

2. 根对象(Root Object)

根对象可以理解为OGNL的操作对象。在表达式规定了“干什么”以后,你还需要指定到底“对谁干”。在上面的测试代码中,user就是根对象。这就意味着,我们需要对user这个对象去取name这个属性的值(对user这个对象去设置其中的department中的name属性值)。

3. 上下文环境(Context)

有了表达式和根对象,我们实际上已经可以使用OGNL的基本功能。例如,根据表达式对根对象进行取值或者设值工作。不过实际上,在OGNL的内部,所有的操作都会在一个特定的环境中运行,这个环境就是OGNL的上下文环境(Context)。说得再明白一些,就是这个上下文环境(Context),将规定OGNL的操作“在哪里干”。 OGN L的上下文环境是一个Map结构,称之为OgnlContext。上面我们提到的根对象(Root Object),事实上也会被加入到上下文环境中去,并且这将作为一个特殊的变量进行处理,具体就表现为针对根对象(Root Object)的存取操作的表达式是不需要增加#符号进行区分的。

Struts 2中的OGNL Context实现者为ActionContext,它结构示意图如下:

 2013071900034178341.png

当Struts2接受一个请求时,会迅速创建ActionContext,ValueStack,action 。然后把action存放进ValueStack,所以action的实例变量可以被OGNL访问

那struts2引入OGNL到底用来干什么?

我们知道在MVC中,其实所有的工作就是在各层间做数据流转.

在View层的数据是单一的,只有不带数据类型的字符串.在没有框架的时代我们使用的是手动写代码或者像struts1一样利用反射,填充表单数据并转换到Controller层的对象中,反射转换成java数据类型的commons组件伪代码,如:

import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import org.apache.commons.beanutils.ConvertUtils;
import org.apache.commons.beanutils.PropertyUtils;

//自动装载表单及验证
public class LoadForm {
    //表单装载
    public static Object parseRequest(HttpServletRequest request,HttpServletResponse response,Object bean) throws ServletException, IOException{
           //取得所有参数列表
           Enumeration<?> enums = request.getParameterNames();
           //遍历所有参数列表
           while(enums.hasMoreElements()){
            Object obj = enums.nextElement();
            try {
             //取得这个参数在Bean中的数据类开
             Class<?> cls = PropertyUtils.getPropertyType(bean, obj.toString());
             //把相应的数据转换成对应的数据类型
             Object beanValue = ConvertUtils.convert(request.getParameter(obj.toString()), cls);
             //填充Bean值
             PropertyUtils.setProperty(bean, obj.toString(), beanValue);
            } catch (Exception e) {
                //不显示异常 e.printStackTrace();
            }
           }
           return bean;
        }   
    }

从Controller层到View层,还是手动写代码然后到页面上取,如伪代码:

request.setAttribute("xxx", "xxx");

而Struts2采纳了XWork的一套完美方案(Xwork提供了很多核心功能:前端拦截机(interceptor),运行时表单属性验证,类型转换,强大的表达式语言(OGNL – the Object Graph Navigation Language),IoC(Inversion of Control反转控制)容器等). 并在此基础上构建一套所谓完美的机制,OGNL方案和OGNLValueStack机制.

View层到Controller层自动转储;然后是Controller层到View层,我们可以使用简易的表达式取对象数据显示到页面,如: ${对象.属性},节省不少代码时间且使用方便.而它的存储结构就是一棵对象,这里我们可以把对象树当成一个java对象寄存器,可以方便添加、访问对象等。 但是OGNL的这些功能或机制是危险的.

我们列举一下表达式功能操作清单:

1. 基本对象树的访问
对象树的访问就是通过使用点号将对象的引用串联起来进行。
例如:xxxx,xxxx.xxxx,xxxx. xxxx. xxxx. xxxx. xxxx

2. 对容器变量的访问
对容器变量的访问,通过#符号加上表达式进行。
例如:#xxxx,#xxxx. xxxx,#xxxx.xxxxx. xxxx. xxxx. xxxx

3. 使用操作符号
OGNL表达式中能使用的操作符基本跟Java里的操作符一样,除了能使用 +, -, *, /, ++, --, ==, !=, = 等操作符之外,还能使用 mod, in, not in等。

4. 容器、数组、对象
OGNL支持对数组和ArrayList等容器的顺序访问:例如:group.users[0]
同时,OGNL支持对Map的按键值查找:
例如:#session['mySessionPropKey']
不仅如此,OGNL还支持容器的构造的表达式:
例如:{"green", "red", "blue"}构造一个List,#{"key1" : "value1", "key2" : "value2", "key3" : "value3"}构造一个Map
你也可以通过任意类对象的构造函数进行对象新建:
例如:new Java.net.URL("xxxxxx/")

5. 对静态方法或变量的访问
要引用类的静态方法和字段,[email protected]@[email protected]@method(args):
例如:@[email protected],@[email protected]

6. 方法调用
直接通过类似Java的方法调用方式进行,你甚至可以传递参数:
例如:user.getName(),group.users.size(),group.containsUser(#requestUser)

7. 投影和选择
OGNL支持类似数据库中的投影(projection) 和选择(selection)。
投影就是选出集合中每个元素的相同属性组成新的集合,类似于关系数据库的字段操作。投影操作语法为 collection.{XXX},其中XXX 是这个集合中每个元素的公共属性。
例如:group.userList.{username}将获得某个group中的所有user的name的列表。
选择就是过滤满足selection 条件的集合元素,类似于关系数据库的纪录操作。选择操作的语法为:collection.{X YYY},其中X 是一个选择操作符,后面则是选择用的逻辑表达式。而选择操作符有三种:
? 选择满足条件的所有元素
^ 选择满足条件的第一个元素
$ 选择满足条件的最后一个元素
例如:group.userList.{? #txxx.xxx != null}将获得某个group中user的name不为空的user的列表。

结合之前的漏洞POC,只举两例漏洞说明本质问题所在(其他类似,如:安全限制绕过,非必要使用OGNL或奇葩地利用OGNL实现设计功能等).那么只要struts2的某些功能使用了OGNL功能,且外部参数传入OGNL流程的,理论上都是能够执行恶意代码的.

参照之前的PoC从“表达式功能操作清单”中选取“危险项清单”,一些危险的功能操作,问题就出现在它们身上,提供了比较有危害PoC的构造条件:

1. 基本对象树的访问
对象树的访问就是通过使用点号将对象的引用串联起来进行。
例如:xxxx,xxxx.xxxx,xxxx. xxxx. xxxx. xxxx. xxxx

2. 对容器变量的访问
对容器变量的访问,通过#符号加上表达式进行。
例如:#xxxx,#xxxx. xxxx,#xxxx.xxxxx. xxxx. xxxx. xxxx

3. 容器、数组、对象
OGNL支持对数组和ArrayList等容器的顺序访问:例如:group.users[0]
同时,OGNL支持对Map的按键值查找:
例如:#session['mySessionPropKey']
不仅如此,OGNL还支持容器的构造的表达式:
例如:{"green", "red", "blue"}构造一个List,#{"key1" : "value1", "key2" : "value2", "key3" : "value3"}构造一个Map
你也可以通过任意类对象的构造函数进行对象新建:
例如:new Java.net.URL("xxxxxx/")

4. 对静态方法或变量的访问
要引用类的静态方法和字段,[email protected]@[email protected]@method(args):
例如:@[email protected],@[email protected]

5. 方法调用
直接通过类似Java的方法调用方式进行,你甚至可以传递参数:
例如:user.getName(),group.users.size(),group.containsUser(#requestUser)

以及上下文环境和这个struts2设计,当Struts2接受一个请求时,会迅速创建ActionContext,ValueStack,action 。然后把action存放进ValueStack,所以action的实例变量可以被OGNL访问。

第一个,是2010年7月14号(亮点1:乌云好象就是这天出生的吧?),"Struts2/XWork < 2.2.0远程执行任意代码漏洞",POC:

?('\u0023_memberAccess[\'allowStaticMethodAccess\']')(meh)=true&amp;(aaa)(('\u0023context[\'xwork.MethodAccessor.denyMethodExecution\']\u003d\u0023foo')(\u0023foo\u003dnew%20java.lang.Boolean("false")))&amp;(asdf)(('\u0023rt.exit(1)')(\u0023rt\[email protected]@getRuntime()))=1

也就是这个经典的POC,大家开始第一次认识struts2漏洞(之前也有,只是那时很少有人去关注,或许很容易就能找到一个0day(而且是永远的0day,回溯一下框架历史,我不能再提示了!)。 myibatis框架也有引入OGNL的,亲!

由于ONGL的调用可以通过http传参来执行,为了防止攻击者以此来调用任意方法,Xwork设置了两个参数来进行防护:

OgnlContext的属性 'xwork.MethodAccessor.denyMethodExecution'(默认为真)
SecurityMemberAccess私有字段'allowStaticMethodAccess'(默认为假)

(这里我现在还没想明白,既然都有这步限制了?为什么后面的那些还会出现,难道官方只会看着公布的PoC打补丁?)

这里大家都知道,是使用#限制OgnlContext 'xwork.MethodAccessor.denyMethodExecution'和'allowStaticMethodAccess'上下文访问以及静态方法调用的值设置.而漏洞作者使用十六进制编码绕过了限制,[email protected]@getRuntime()这个静态方法执行命令.

java.lang.Runtime.getRuntime().exit(1) (终止当前正在运行的 Java 虚拟机)

在某些struts2漏洞中已经开始改变这个观念,因为我们很难再绕过上面的安全限制了.去调用上下文的属性及静态方法执行恶意java代码.

但是"危险清单"中还有一个可以利用,OGNL表达式中居然可以去new一个java对象(见危险项清单 3.),对于构造PoC足够用了,而不需要上面那些条件.(之前也有类似的相关漏洞,我发现官方并不喜欢做代码审计的)

Apache Struts CVE-2013-2251 Multiple Remote Command Execution Vulnerabilities

这里漏洞原理大致是这样,作者一共提供了三个PoC:

http://www.example.com/struts2-blank/example/X.action?action:%25{(new+java.lang.ProcessBuilder(new+java.lang.String[]{'command','goes','here'})).start()} (这个和后面两个是有点区别的,多测试目标时你会发现!)

http://www.example.com/struts2-showcase/employee/save.action?redirect:%25{(new+java.lang.ProcessBuilder(new+java.lang.String[]{'command','goes','here'})).start()}


http://www.example.com/struts2-showcase/employee/save.action?redirectAction:%25{(new+java.lang.ProcessBuilder(new+java.lang.String[]{'command','goes','here'})).start()}

action:
redirect:
redirectAction:

这三关键字是struts2设计出来做短地址导航的,但它奇葩地方在于,如:redirectAction:${恶意代码}后面可以跟OGNL表达式执行,找这种相关的漏洞很好找(如果还有),查看struts2源代码${},%{}等(struts2只认定这些特征的代码进入OGNL表达式执行流程),struts2执行ognl表达式的实现功能的地方.

而java.lang.ProcessBuilder是另外一个可以执行命令的java基础类,还有后面大家手中的PoC(new文件操作及输入输出流相关危险类等),此时我们发现只要new对象然后调用其方法就可以了.不再需要上面的一些静态方法等.

这里只能将OGNL和struts2各打50大板了!