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Java代码审计之SpEL表达式注入

Spring Expression Language 是一种功能强大的表达式语言、用于在运行时查询和操作对象图;语法上类似于 Unified EL,但提供了兴博汇注册送38元的特性,特别是方法调用和基本字符串模板函数。

作者:Lateink来源:Freebuf|2019-03-13 08:56

一、SpEL 表达式注入

Spring Expression Language(简称 SpEL)是一种功能强大的表达式语言、用于在运行时查询和操作对象图;语法上类似于 Unified EL,但提供了兴博汇注册送38元的特性,特别是方法调用和基本字符串模板函数。SpEL 的诞生是为了给 Spring 社区提供一种能够与 Spring 生态系统所有产品无缝对接,能提供一站式支持的表达式语言。

二、SpEL 表达式

  • 基本表达式:字面量表达式、关系,逻辑与算数运算表达式、字符串链接及截取表达式、三目运算、正则表达式以及括号优先级表达式;
  • 类相关表达式:类类型表达式、类实例化、instanceof 表达式、变量定义及引用、赋值表达式、自定义函数、对象属性存取及安全导航表达式、对象方法调用、Bean 引用;
  • 集合相关表达式:内联 List、内联数组、集合、字典访问、列表、字典;
  • 其他表达式:模版表达式

三、SpEL 基础

在 pom.xml 导入 maven 或是把”org.springframework.expression-3.0.5.RELEASE.jar”添加到类路径中

  1. <properties> 
  2.     <org.springframework.version>5.0.8.RELEASE</org.springframework.version> 
  3. </properties> 
  4. <dependency> 
  5.       <groupId>org.springframework</groupId> 
  6.       <artifactId>spring-expression</artifactId> 
  7.       <version>${org.springframework.version}</version> 
  8. </dependency> 

1. SpEL 使用方式

SpEL 在求表达式值时一般分为四步,其中第三步可选:首先构造一个解析器,其次解析器解析字符串表达式,在此构造上下文,最后根据上下文得到表达式运算后的值。

  1. ExpressionParser parser = new SpelExpressionParser(); 
  2. Expression expression = parser.parseExpression("('Hello' + ' freebuf').concat(#end)"); 
  3. EvaluationContext context = new StandardEvaluationContext(); 
  4. context.setVariable("end", "!"); 
  5. System.out.println(expression.getValue(context)); 
  • 创建解析器:SpEL 使用 ExpressionParser 接口表示解析器,提供 SpelExpressionParser 默认实现;
  • 解析表达式:使用 ExpressionParser 的 parseExpression 来解析相应的表达式为 Expression 对象。
  • 构造上下文:准备比如变量定义等等表达式需要的上下文数据。
  • 求值:通过 Expression 接口的 getValue 方法根据上下文获得表达式值。

2. SpEL 主要接口

1.ExpressionParser 接口:表示解析器,默认实现是 org.springframework.expression.spel.standard 包中的 SpelExpressionParser 类,使用 parseExpression 方法将字符串表达式转换为 Expression 对象,对于 ParserContext 接口用于定义字符串表达式是不是模板,及模板开始与结束字符;

  1. public interface ExpressionParser {   
  2.     Expression parseExpression(String expressionString);   
  3.     Expression parseExpression(String expressionString, ParserContext context);   

事例 demo:

  1. ExpressionParser parser = new SpelExpressionParser(); 
  2. ParserContext parserContext = new ParserContext() { 
  3.     @Override 
  4.     public boolean isTemplate() { 
  5.     return true; 
  6.     } 
  7.     @Override 
  8.     public String getExpressionPrefix() { 
  9.     return "#{"; 
  10.     } 
  11.     @Override 
  12.     public String getExpressionSuffix() { 
  13.     return "}"; 
  14.     } 
  15. }; 
  16. String template = "#{'hello '}#{'freebuf!'}"
  17. Expression expression = parser.parseExpression(template, parserContext); 
  18. System.out.println(expression.getValue()); 

演示的是使用 ParserContext 的情况,此处定义了 ParserContext 实现:定义表达式是模块,表达式前缀为「#{」,后缀为「}」;使用 parseExpression 解析时传入的模板必须以「#{」开头,以「}」结尾。

默认传入的字符串表达式不是模板形式,如之前演示的 Hello World。

  • EvaluationContext 接口:表示上下文环境,默认实现是 org.springframework.expression.spel.support 包中的 StandardEvaluationContext 类,使用 setRootObject 方法来设置根对象,使用 setVariable 方法来注册自定义变量,使用 registerFunction 来注册自定义函数等等。
  • Expression 接口:表示表达式对象,默认实现是 org.springframework.expression.spel.standard 包中的 SpelExpression,提供 getValue 方法用于获取表达式值,提供 setValue 方法用于设置对象值。

3. SpEL 语法 – 类相关表达式

类类型表达式:使用”T(Type)”来表示 java.lang.Class 实例,”Type”必须是类全限定名,”java.lang”包除外,即该包下的类可以不指定包名;使用类类型表达式还可以进行访问类静态方法及类静态字段。

具体使用方法:

  1. ExpressionParser parser = new SpelExpressionParser(); 
  2.         // java.lang 包类访问 
  3. Class<String> result1 = parser.parseExpression("T(String)").getValue(Class.class); 
  4. System.out.println(result1); 
  5.         //其他包类访问 
  6. String expression2 = "T(java.lang.Runtime).getRuntime().exec('open /Applications/Calculator.app')"
  7. Class<Object> result2 = parser.parseExpression(expression2).getValue(Class.class); 
  8. System.out.println(result2); 
  9.         //类静态字段访问 
  10. int result3 = parser.parseExpression("T(Integer).MAX_VALUE").getValue(int.class); 
  11. System.out.println(result3); 
  12.         //类静态方法调用 
  13. int result4 = parser.parseExpression("T(Integer).parseInt('1')").getValue(int.class); 
  14. System.out.println(result4); 
  • 类实例化:类实例化同样使用 java 关键字「new」,类名必须是全限定名,但 java.lang 包内的类型除外,如 String、Integer。
  • instanceof 表达式:SpEL 支持 instanceof 运算符,跟 Java 内使用同义;如”‘haha’ instanceof T(String)”将返回 true。
  • 变量定义以及引用:变量定义通过 EvaluationContext 接口的 setVariable(variableName, value) 方法定义;在表达式中使用”#variableName”引用;除了引用自定义变量,SpE 还允许引用根对象及当前上下文对象,使用”#root”引用根对象,使用”#this”引用当前上下文对象;
  • 自定义函数:目前只支持类静态方法注册为自定义函数;SpEL 使用 StandardEvaluationContext 的 registerFunction 方法进行注册自定义函数,其实完全可以使用 setVariable 代替,两者其实本质是一样的

四、审计过程

这里拿 Spring Message 远程命令执行漏洞来作为例子

1. 环境搭建

  1. git clone https://github.com/spring-guides/gs-messaging-stomp-websocket 
  2. git checkout 6958af0b02bf05282673826b73cd7a85e84c12d3 

拿到项目代码,全局搜索一下 org.springframework.expression.spel.standard,发现 DefaultSubscriptionRegistry.java 文件处有导入。

再搜索一下 SpelExpressionParser

往下跟进发现如下关键代码,具体分析看代码注释

  1. @Override 
  2. protected void addSubscriptionInternal( 
  3. String sessionId, String subsId, String destination, Message<?> message) { 
  4. Expression expression = null
  5. MessageHeaders headers = message.getHeaders(); 
  6.         // 这里可以看出 SpEL 表达式 expression 是从 headers 中的 selector 字段中取出来 
  7. String selector = SimpMessageHeaderAccessor.getFirstNativeHeader(getSelectorHeaderName(), headers); 
  8. if (selector != null) { 
  9. try { 
  10.                 //生成 expression 对象 
  11. expression = this.expressionParser.parseExpression(selector); 
  12. this.selectorHeaderInUse = true
  13. if (logger.isTraceEnabled()) { 
  14. logger.trace("Subscription selector: [" + selector + "]"); 
  15. catch (Throwable ex) { 
  16. if (logger.isDebugEnabled()) { 
  17. logger.debug("Failed to parse selector: " + selector, ex); 
  18.         // expression 传入 addSubscription 这个函数里面,即存放在 this.subscriptionRegistry 
  19. this.subscriptionRegistry.addSubscription(sessionId, subsId, destination, expression); 
  20. this.destinationCache.updateAfterNewSubscription(destination, sessionId, subsId); 

再搜索一下 this.subscriptionRegistry,看看有没有调用传进去的 expression。

然后发现了!

在这里调用了 this.subscriptionRegistry.getSubscriptions(sessionId) 并从中取出 info->sub-> expression。

最关键的是,这里直接调用了 expression.getValue()!这说明如果能控制 SpEL 的表达式,就能直接命令执行!

再来看看这个 filterSubscriptions 函数在哪里调用。从函数的调用回溯追踪调用链如下:

  1. filterSubscriptions -> findSubscriptionsInternal -> findSubscriptions -> sendMessageToSubscribers 

2. sendMessageToSubscribers 即发送消息的功能

回顾一下整个流程,SpEL 表达式从 headers 中 selector 获取,即发送请求时添加 selector 到请求的 header 即可传入,然后生成 expression 对象传入 this.subscriptionRegistry,然后当发送消息的时候,最终会直接从 this.subscriptionRegistry 取出并调用 expression.getValue() 执行我们传入的 SpEL 表达式。

验证过程,在 expression.getValue() 这里打个断点,看看发送消息是否会拦截并查看调用链是否如上述分析一样。

Bingo!

简单总结一下 SpEL 表达式注入的分析思路,可以先全局搜索 org.springframework.expression.spel.standard, 或是 expression.getValue()、expression.setValue(),定位到具体漏洞代码,再分析传入的参数能不能利用,最后再追踪参数来源,看看是否可控。Spring Data Commons Remote Code Execution 的 SpEL 注入导致的代码执行同样可以用类似的思路分析。

五、漏洞修复

SimpleEvaluationContext、StandardEvaluationContext 是 SpEL 提供的两个 EvaluationContext:

  • SimpleEvaluationContext - 针对不需要 SpEL 语言语法的全部范围并且应该受到有意限制的表达式类别,公开 Spal 语言特性和配置选项的子集。
  • StandardEvaluationContext - 公开全套 SpEL 语言功能和配置选项。您可以使用它来指定默认的根对象并配置每个可用的评估相关策略。

SimpleEvaluationContext 旨在仅支持 SpEL 语言语法的一个子集。它不包括 Java 类型引用,构造函数和 bean 引用;所以最直接的修复方式是使用 SimpleEvaluationContext 替换 StandardEvaluationContext。

这是我个人学习代码审计过程中的小总结,可能逻辑性相对来说没那么严谨,但是个人觉得这是一个比较通俗易懂的分析方法,不喜勿喷。

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【责任编辑:赵宁宁 TEL:(010)68476606】

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