Java下奇怪的命令执行

0x01 前言

首先Java下的命令执行大家都知道常见的两种方式:

1.使用ProcessBuilder

1
2
ProcessBuilder pb=new ProcessBuilder(cmd); 
pb.start();

2.使用Runtime

1
Runtime.getRuntime().exec(cmd)

也就是说上面cmd参数可控的情况下,均存在命令执行的问题。但是话题回来,不太清楚大家是否遇到过java命令执行的时候,无论是windows还是linux环境下,带有|,<,>等符号的命令没办法正常执行。所以今天就进入底层看看这两个东西。

0x02 差别

先选择跟进Runtime.getRuntime().exec(cmd),样例代码如下所示:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
import java.io.*;

public class Main {
public static void main(String[] arg) throws IOException {
String command="/bin/sh -c echo 111 > 3.txt";
Process proc = Runtime.getRuntime().exec(command);
InputStream in = proc.getInputStream();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(in, "UTF8"));
String line = null;
while((line=br.readLine())!=null) {
System.out.println(line);
}
}
}

跟进 java.lang.Runtime#exec 的构造方法,这里要感谢@phith0n提出的疑问,让我补充完整这篇文章,下面话题回来,exec的构造方法有以下几种情况,其实根据传入的变量我们大概可以区分的了,一个是根据String command,也就是直接传入一个字符串。另一个是根据String cmdarray[],也就是传入一个数组。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
public Process exec(String command) throws IOException {
return exec(command, null, null);
}

public Process exec(String command, String[] envp) throws IOException {
return exec(command, envp, null);
}

public Process exec(String cmdarray[]) throws IOException {
return exec(cmdarray, null, null);
}

public Process exec(String[] cmdarray, String[] envp) throws IOException {
return exec(cmdarray, envp, null);
}

而根据前面代码中,我们传入的命令是如下所示:

1
String command="/bin/sh -c echo 111 > 3.txt";

所以会进入Process exec(String command)这个构造方法进行处理,跟进这个方法,发现最后返回exec(command, null, null)

1
2
3
public Process exec(String command) throws IOException {
return exec(command, null, null);
}

继续跟进这个exec方法,看看这个方法的实现。这里代码实例化了StringTokenizer类,并且传入了我们要执行的command命令,简单翻译一下注释:为指定的字符串构造一个字符串标记器。也就是说StringTokenizer这个类会为特殊字符打上tag之类的东西。

image-20191008093546498

我们继续往下看,经过StringTokenizer类处理之后会返回一个cmdarray[],而这里的处理实际上是根据空格针对命令进行了分割,至于为什么结果要是一个array数组,我们下面会接着说。

image-20191008094034245

我们发现经过一系列的处理,最后又有一个return exec 的处理。继续跟进这个exec的处理,我们可以看到这里最后实例化ProcessBuilder来处理我们传入的cmdarray。到这里实际上可以清楚了Runtime.getRuntime().exec()的底层实际上也是ProcessBuilder

1
2
3
4
5
6
7
public Process exec(String[] cmdarray, String[] envp, File dir)
throws IOException {
return new ProcessBuilder(cmdarray)
.environment(envp)
.directory(dir)
.start();
}

我们知道ProcessBuilder.start方法是命令执行,那么跟进这个start我们发现,首先prog获取cmdarray[0]也就是我们的/bin/sh,然后判断security是否为null,如果不为null就会校验checkExec

image-20191008094452918

然后继续往下走,这里调用java.lang.ProcessImpl.start

image-20191008095329104

进入之后我们就可以看到最后是调用java.lang.UnixProcess这个类来执行命令,而且我们发现执行命令的时候实际上是根据cmdarray[0]来判断用什么命令。而在java.lang.UnixProcess这个类里面是调用forkAndExec来为命令创建环境等操作。我们看到当前断点pid2653,而这里确实起了一个sh的进程。

image-20191008095900899

这样看可能还不够明显,因为我们知道/bin/sh -c echo 111 > 3.txt在bash命令行下也不会正常执行成功,命令行下需要/bin/sh -c "echo 111 > 3.txt",看这两段代码的命令执行的效果。

1
2
String[] command = { "/bin/sh", "-c", "echo 111 > 3.txt" };
String command="/bin/sh -c \"echo 111 > 3.txt\"";

首先先看String command="/bin/sh -c \"echo 111 > 3.txt\"";,按照前面的分析,经过StringTokenizer这个类进行拆分之后变成了{"/bin/sh","-c",""echo","111"、">","3.txt""}

image-20191008102437343

而当前内存开辟一个12473进程,并且确实12473执行sh命令。

image-20191008101638581

image-20191008101629453

但是我们发现,经过StringTokenizer这类拆分之后,命令完全变了一个味道,语义完全变了,并不是我们想要的结果,那我们再看看String[] command = { "/bin/sh", "-c", "echo 111 > 3.txt" };的结果。因为我们传入的是array数组类型,这里直接将命令直接带入了ProcessBuilder进行处理,前面完全没有经过StringTokenizer这个类的拆分。也就是他完整的保存了我想要的语义。

image-20191008101848421

image-20191008101932196

也就是说getRuntime().exec()如果直接传入字符串会经过StringTokenizer的分割,进而破坏其原本想要表达的意思。

下面这段代码是否存在命令执行的问题,要是在PHP下,我会斩钉截铁的说是,但是回到java环境下,我们发现|等一些特殊符号没办法使用,而且传入的是字符串,遇到空格会被StringTokenizer进行切割,所以实际上下面这段代码是没办法使用的。

1
2
3
String str = request.getParameter("url");
String cmdstr = "ping "+ url;
Runtime.getRuntime().exec(cmdstr)

再来一段代码,能够执行命令,但是很受限,我们知道命令根据cmdarray[0]来确认以什么命令环境启动,这里确实以/bin/sh启动了,但是后面的命令执行的时候存在问题,它仅能执行单条命令,拼接不了相关参数。

1
2
3
String str = request.getParameter("cmd");
String cmdstr = "/bin/sh -c "+ cmd;
Runtime.getRuntime().exec(cmdstr)

image-20191008103853367

最后再来一段代码,下面这段代码才会是java下命令执行的完全体。

1
2
3
String str = request.getParameter("cmd");
String[] cmdstr = { "/bin/sh", "-c", str };
Runtime.getRuntime().exec(cmdstr)

后面我翻到一篇文章,实际上也是差不多这个情况,实际上也是这个StringTokenizer这个类针对命令进行处理可能会造成非预期的结果。

image-20191006105729560

最后还有一个问题,为什么一定要将命令切割成为数组,原因是因为ProcessBuilder,看看他的构造方法。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
public ProcessBuilder(String... command) {
this.command = new ArrayList<>(command.length);
for (String arg : command)
this.command.add(arg);
}

public ProcessBuilder(List<String> command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
this.command = command;
}

实际上它是要求 Array 类型或者 List 类型,如果我们要执行下图中的代码是不行的。

image-20191008104432564

原因在于我们传入的类型不对,我们前面说过命令执行是根据cmdarray[0],确认命令启动环境,这里自然找不到我们要启动的命令。

image-20191008104655016

所以Java下的命令稍微改造一下代码就好。

image-20191005215432368

还有一种方式就是用编码,linux下可以用bash的base64编码来解决这个特殊字符的问题。

image-20191008113959749

这里在小提一下如果遇到命令执行过滤了ProcessBuildergetRuntime,可以考虑一下java.lang.ProcessImpl.start

0x03 小结

其实java已经尽量规避命令执行的安全问题,JDK沙盒机制会进行checkExec,执行命令的机制就是仅仅检查并执行命令数组中的第一个,而分隔符后面的所有东西都是默认为被执行程序的参数。

所以在java下如果遇到复杂的命令执行,且参数只能如下所示,且只有一个位置可以控制的话,建议使用base64的编码方式,windows下可以使用powershell的base64

java的反序列化框架利用框架yso,以及一些shiro这类反序列化导致的命令执行实际上很多是用了getRuntime来达到命令执行的目的,且就像我们上面说的,可控位置比较固定,执行复杂命令会出现执行不了,以上只是复习一下之前和人聊的一个问题。

Reference

sh-or-getting-shell-environment-from