Java 代码审计 — 2. Reflection

Posted 2021-12-03 沉云

参考：

https://zhishihezi.net/b/5d644b6f81cbc9e40460fe7eea3c7925

https://stackoverflow.com/questions/16966629/what-is-the-difference-between-getfields-and-getdeclaredfields-in-java-reflectio

简介

反射机制是 java 语言的动态性的重要体现，也是 java 的各种框架底层实现的灵魂。通过反射我们可以：

• 获取到任何类的成员方法 (Methods)、成员变量 (Fields)、构造方法 (Constructors) 等信息。
• 动态创建 java 类实例、调用任意的类方法、修改任意的类成员变量值等。

总而言之，程序在运行时的行为是固定的，如果想在运行时改变，就需要用到反射技术。

java 反射在编写漏洞利用代码、代码审计、绕过 RASP 方法限制等中起到了至关重要的作用。

假想一个场景，如果我们需要根据用户输入来动态的创建类对象。可能会想到这样的代码。

# className 为用户输入的动态参数。
String className = "java.lang.Runtime";
Object object = new className();

但这个操作是不行的，java 静态编译特性决定了编译无法通过。而借助反射机制可以完成这个目的。

练习中学习反射

我们以 java.lang.Runtime 为例，因为它有一个 exec 方法可以执行系统命令，所以在很多 exp 中都能看到通过反射调用它来 rce 。这块我们就尝试通过它来执行系统命令。

在进入代码之前，介绍下基本步骤：

1. 获取目标类 Class 对象，以便获取目标类的构造方法。

2. 获取目标类构造方法，以便创建目标实例。

   因为 Runtime 构造方法是 private 的，无法直接调用，所以需要获取到修改一下访问权限。

3. 创建目标实例，以便调用执行类中的方法。

4. 获取目标类中要执行的方法，并调用执行该方法。

5. 获取执行输出。

// 获取Runtime类对象
Class runtimeClass1 = Class.forName("java.lang.Runtime");
// 获取构造方法。
Constructor constructor = runtimeClass1.getDeclaredConstructor();
// 因为构造方法是 private 的，无法直接调用，所以需要修改方法的访问权限。
// 创建Runtime类示例，等价于 Runtime rt = new Runtime();
constructor.setAccessible(true);
Object runtimeInstance = constructor.newInstance();
// 获取Runtime的exec(String cmd)方法。
Method runtimeMethod = runtimeClass1.getMethod("exec", String.class);
// 调用exec方法，等价于 rt.exec(cmd)
Process process = (Process) runtimeMethod.invoke(runtimeInstance, cmd);
// 获取命令执行结果
InputStream in = process.getInputStream();
// 输出命令执行结果
System.out.println(IOUtils.toString(in, "GBK"));

获取 Class 对象

java 反射操作的是 java.lang.Class 对象，所以我们需要先想办法获取到这个对象，通常我们有如下几种方式获取一个类的 Class 对象，以 java.lang.Runtime 为例：

String className     = "java.lang.Runtime";
Class  runtimeClass1 = Class.forName(className);
Class  runtimeClass2 = java.lang.Runtime.class;
Class  runtimeClass3 = ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass(className);
// 通常也可以通过 对象实例.getClass() 这种方式获取。但是 java.lang.Runtime 这个类的构造方法是私有的，不能直接通过 new 创建对象实例。
// Class runtimeClass4 = runtimeInstance.getClass();

• 几个获取 Class 的方式有些区别，涉及是否初始化目标类的问题，详见文章末尾。
• 如果需要反射内部类，则有 特殊的语法

获取构造方法

因为我们最终要执行 exec 函数是需要一个对象实例的，所以我们需要创建一个对象实例，并且由于 Runtime 的构造方法是私有的，所以我们需要使用 constructor 对象来修改访问权限。

从 Runtime 类代码注释，可以看到它本身是不希望除了其自身以外的任何人去创建该类实例，因此我们没办法 new 一个 Runtime 类实例。我们可以借助反射机制，修改方法访问权限从而间接的创建出了 Runtime 对象。

下面是 Class 对象获取构造方法的相关函数。

• getConstructor 和 getDeclaredConstructor

  前者只能获取到公有的构造方法，而后者可以获取到所有构造方法。

创建类实例

获取到 Constructor 以后我们可以通过 constructor.newInstance() 来创建类实例。

• 若无访问权限，则可以使用 constructor.setAccessible(true) 进行修改。

获取类方法

为了执行 exec 这个方法，我们需要获取到这个方法。

下面是 Class 对象获取方法的相关函数。

• getMethod 和 getDeclaredMethod

  前者会返回当前类公有方法和继承的公有方法，而后者会返回当前类所有方法。

调用类方法

获取到 java.lang.reflect.Method 对象后，我们可以通过其 invoke 方法来调用该方法。

• 如果调用的是 static 方法，则实例对象需要传入 null
• 若无调用权限，则可以使用 method.setAccessible(true) 进行修改

修改类的成员变量

Java 反射不但可以获取类所有的成员变量名称，还可以无视权限修饰符实现修改对应的值。

• getField 和 getDeclaredField

  前者会返回当前类公有字段和继承的公有字段，而后者会返回当前类所有字段。

• 若无修改权限，则可以使用 field.setAccessible(true) 进行修改。

• 若修改 final 属性的变量，则需要 特殊的语法

其它

初始化

以下顺序的代码块，哪个会先执行呢？

import org.junit.Test;

class TestInit{
    {
        System.out.println("{}");
    }
    static {
        System.out.println("static{}");
    }
    public TestInit(){
        super();
        System.out.println("public TestInit(){}");
    }
}

public class TestXXX {

    @Test
    public void test1(){
        try {
            String className = "JNDI.TestInit";
            
            Class.forName(className); 
            // 触发 static{}
            
//            Class.forName(className,false,this.getClass().getClassLoader()); 
            //都不触发
            
//            Class  runtimeClass2 = TestJNDI.class; 
            //都不触发
            
//            Class  runtimeClass3 = ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass(className); 
            // 都不触发
            
//            Class runtimeClass4 = new TestInit().getClass(); 
            // 触发顺序 static{} , {} , public TestInit(){}
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

1. 关于类中的代码段
   • static{} 是在类初始化时调用的。
   • {} 代码会放在构造函数中 super() 后，但当前构造函数内容前。
2. 关于几种获取 Class 对象方法
   • forName 第二个参数就是控制是否执行类的初始化，默认为 true。