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pid是2653，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ProcessBuilder和getRuntime，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