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java安全（五）java反序列化

网友: 文档中心 2022-04-19 11:12:58

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1. 序列化

在调用RMI时,发现接收发送数据都是反序列化数据.

例如JSON和XML等语言,在网络上传递信息,都会用到一些格式化数据,大多数处理方法中，JSON和XML支持的数据类型就是基本数据类型，整型、浮点型、字符串、布尔等，如果开发者希望在传输数据的时候直接传输一个对象，那么就不得不想办法扩展基础的JSON（XML）语法。比如，Jackson和Fastjson这类序列化库，在JSON（XML）的基础上进行改造，通过特定的语法来传递对象.

RMI使用java等语言内置的序列化方法,将一个对象转化成一串二进制数据进行传输

2.反序列化

不管是Jackson、Fastjson还是编程语言内置的序列化方法，一旦涉及到序列化与反序列化数据，就可能会涉及到安全问题。但首先要理解的是，“反序列化漏洞”是对一类漏洞的泛指，而不是专指某种反序列化方法导致的漏洞，比如Jackson反序列化漏洞和Java readObject造成的反序列化漏洞就是完全不同的两种漏洞。

在Java中实现对象反序列化非常简单，实现java.io.Serializable(内部序列化)java.io.Externalizable(外部序列化)接口即可被序列化，其中java.io.Externalizable接口只是实现了java.io.Serializable接口。

反序列化类对象时有如下限制：
1.被反序列化的类必须存在。
2. serialVersionUID值必须一致。

除此之外，反序列化类对象是不会调用该类构造方法的，因为在反序列化创建类实例时使用了sun.reflect.ReflectionFactory.newConstructorForSerialization创建了一个反序列化专用的Constructor(反射构造方法对象)，使用这个特殊的Constructor可以绕过构造方法创建类实例(前面章节讲sun.misc.Unsafe 的时候我们提到了使用allocateInstance方法也可以实现绕过构造方法创建类实例)。

3.反序列化方法的对比

在接触Java反序列化之前，相比大家多少都了解过其他语言的反序列化漏洞，其中极为经典的要数PHP
和Python。
那么，Java的反序列化，究竟和PHP、Python的反序列化有什么异同？
Java的反序列化和PHP的反序列化其实有点类似，他们都只能将一个对象中的属性按照某种特定的格式
生成一段数据流，在反序列化的时候再按照这个格式将属性拿回来，再赋值给新的对象。
但Java相对PHP序列化更深入的地方在于，其提供了更加高级、灵活地方法 writeObject ，允许开发者
在序列化流中插入一些自定义数据，进而在反序列化的时候能够使用 readObject 进行读取。
当然，PHP中也提供了一个魔术方法叫 __wakeup ，在反序列化的时候进行触发。很多人会认为Java的 readObject 和PHP的 __wakeup 类似，但其实不全对，虽然都是在反序列化的时候触发，但他们解决
的问题稍微有些差异。
Java设计 readObject 的思路和PHP的 __wakeup 不同点在于：
readObject 倾向于解决“反序列化时如
何还原一个完整对象”这个问题，而PHP的 __wakeup 更倾向于解决“反序列化后如何初始化这个对象”的
问题。

4.PHP反序列化

PHP的序列化是开发者不能参与的，开发者调用 serialize 函数后，序列化的数据就已经完成了，你得到的是一个完整的对象，你并不能在序列化数据流里新增某一个内容，你如果想插入新的内容，只有将其保存在一个属性中。也就是说PHP的序列化、反序列化是一个纯内部的过程，而其 __sleep 、 __wakeup 魔术方法的目的就是在序列化、反序列化的前后执行一些操作。

一个非常典型的PHP序列化例子，就是含有资源类型的PHP类，如数据库连接：

<?php class Connection { protected $link; private $dsn, $username, $password; public function __construct($dsn, $username, $password) { $this->dsn = $dsn; $this->username = $username; $this->password = $password; $this->connect(); }private function connect() { $this->link = new PDO($this->dsn, $this->username, $this- >password); } }

PHP中，资源类型的对象默认是不会写入序列化数据中的。那么上述Connection类的 $link 属性在序
列化后就是null，反序列化时拿到的也是null。
那么，如果我想要反序列化时拿到的 $link 就是一个数据库连接，我就需要编写 __wakeup 方法：

<?php class Connection { protected $link; private $dsn, $username, $password; public function __construct($dsn, $username, $password) { $this->dsn = $dsn; $this->username = $username; $this->password = $password; $this->connect(); }private function connect() { $this->link = new PDO($this->dsn, $this->username, $this- >password); }public function __sleep() { return array('dsn', 'username', 'password'); }public function __wakeup() { $this->connect(); }

可见，这里 __wakeup 的工作就是在反序列化拿到Connection对象后，执行 connect() 函数，连接数
据库。
__wakeup 的作用在反序列化后，执行一些初始化操作。但其实我们很少利用序列化数据传递资源类型
的对象，而其他类型的对象，在反序列化的时候就已经赋予其值了。
所以你会发现，PHP的反序列化漏洞，很少是由 __wakeup 这个方法触发的，通常触发在析构函数
__destruct 里。其实大部分PHP反序列化漏洞，都并不是由反序列化导致的，只是通过反序列化可以
控制对象的属性，进而在后续的代码中进行危险操作。

5.Java反序列化

在Java中实现对象反序列化非常简单，实现java.io.Serializable(内部序列化)java.io.Externalizable(外部序列化)接口即可被序列化，其中java.io.Externalizable接口只是实现了java.io.Serializable接口。

反序列化类对象时有如下限制：
1.被反序列化的类必须存在。
2. serialVersionUID值必须一致。

除此之外，反序列化类对象是不会调用该类构造方法的，因为在反序列化创建类实例时使用了sun.reflect.ReflectionFactory.newConstructorForSerialization创建了一个反序列化专用的Constructor(反射构造方法对象)，使用这个特殊的Constructor可以绕过构造方法创建类实例(前面章节讲sun.misc.Unsafe 的时候我们提到了使用allocateInstance方法也可以实现绕过构造方法创建类实例)。

使用反序列化方式创建类实例代码片段：

package com.anbai.sec.serializes;import sun.reflect.ReflectionFactory;import java.lang.reflect.Constructor;/** * 使用反序列化方式在不调用类构造方法的情况下创建类实例 * https://www.iteye.com/topic/850027 */public class ReflectionFactoryTest {    public static void main(String[] args) { try {     // 获取sun.reflect.ReflectionFactory对象     ReflectionFactory factory = ReflectionFactory.getReflectionFactory();     // 使用反序列化方式获取DeserializationTest类的构造方法     Constructor constructor = factory.newConstructorForSerialization(      DeserializationTest.class, Object.class.getConstructor()     );     // 实例化DeserializationTest对象     System.out.println(constructor.newInstance()); } catch (Exception e) {     e.printStackTrace(); }    }}

输出
java安全（五）java反序列化

6.ObjectInputStream、ObjectOutputStream

java.io.ObjectOutputStream类最核心的方法是writeObject方法，即序列化类对象。

java.io.ObjectInputStream类最核心的功能是readObject方法，即反序列化类对象。

所以，只需借助ObjectInputStream和ObjectOutputStream类我们就可以实现类的序列化和反序列化功能了。

7.java.io.Serializable

java.io.Serializable是一个空的接口,我们不需要实现java.io.Serializable的任何方法，代码如下:

public interface Serializable {}

您可能会好奇我们实现一个空接口有什么意义？其实实现java.io.Serializable接口仅仅只用于标识这个类可序列化。实现了java.io.Serializable接口的类原则上都需要生产一个serialVersionUID常量，反序列化时如果双方的serialVersionUID不一致会导致InvalidClassException 异常。如果可序列化类未显式声明 serialVersionUID，则序列化运行时将基于该类的各个方面计算该类的默认 serialVersionUID值。

DeserializationTest.java测试代码如下：

package com.anbai.sec.serializes;import java.io.*;import java.util.Arrays;/** * Creator: yz * Date: 2019/12/15 */public class DeserializationTest implements Serializable {private String username;private String email;public String getUsername() {return username;}public void setUsername(String username) {this.username = username;}public String getEmail() {return email;}public void setEmail(String email) {this.email = email;}public static void main(String[] args) {ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();try {// 创建DeserializationTest类，并类设置属性值DeserializationTest t = new DeserializationTest();t.setUsername("yz");t.setEmail("admin@.com");// 创建Java对象序列化输出流对象ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(baos);// 序列化DeserializationTest类out.writeObject(t);out.flush();out.close();// 打印DeserializationTest类序列化以后的字节数组，我们可以将其存储到文件中或者通过Socket发送到远程服务地址System.out.println("DeserializationTest类序列化后的字节数组:" + Arrays.toString(baos.toByteArray()));// 利用DeserializationTest类生成的二进制数组创建二进制输入流对象用于反序列化操作ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());// 通过反序列化输入流(bais),创建Java对象输入流(ObjectInputStream)对象ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(bais);// 反序列化输入流数据为DeserializationTest对象DeserializationTest test = (DeserializationTest) in.readObject();System.out.println("用户名:" + test.getUsername() + ",邮箱:" + test.getEmail());// 关闭ObjectInputStream输入流in.close();} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}}}

输出：
java安全（五）java反序列化
核心逻辑其实就是使用ObjectOutputStream类的writeObject方法序列化DeserializationTest类，使用ObjectInputStream类的readObject方法反序列化DeserializationTest类而已。

简化后的代码片段如下：

// 序列化DeserializationTest类ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(baos);out.writeObject(t);// 反序列化输入流数据为DeserializationTest对象ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(bais);DeserializationTest test = (DeserializationTest) in.readObject();

ObjectOutputStream序列化类对象的主要流程是首先判断序列化的类是否重写了writeObject方法，如果重写了就调用序列化对象自身的writeObject方法序列化，序列化时会先写入类名信息，其次是写入成员变量信息(通过反射获取所有不包含被transient修饰的变量和值)。

8.java.io.Externalizable.java:

public interface Externalizable extends java.io.Serializable {  void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException;  void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException;}

ExternalizableTest.java测试代码如下：

package com.anbai.sec.serializes;import java.io.*;import java.util.Arrays;/** * Creator: yz * Date: 2019/12/15 */package com.anbai.sec.serializes;import java.io.*;import java.util.Arrays;/** * Creator: yz * Date: 2019/12/15 */public class ExternalizableTest implements java.io.Externalizable {private String username;private String email;public String getUsername() {return username;}public void setUsername(String username) {this.username = username;}public String getEmail() {return email;}public void setEmail(String email) {this.email = email;}@Overridepublic void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {out.writeObject(username);out.writeObject(email);}@Overridepublic void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {this.username = (String) in.readObject();this.email = (String) in.readObject();}public static void main(String[] args) {ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();try {// 创建ExternalizableTest类，并类设置属性值ExternalizableTest t = new ExternalizableTest();t.setUsername("yz");t.setEmail("admin@javaweb.org");ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(baos);out.writeObject(t);out.flush();out.close();// 打印ExternalizableTest类序列化以后的字节数组，我们可以将其存储到文件中或者通过Socket发送到远程服务地址System.out.println("ExternalizableTest类序列化后的字节数组:" + Arrays.toString(baos.toByteArray()));System.out.println("ExternalizableTest类反序列化后的字符串:" + new String(baos.toByteArray()));// 利用DeserializationTest类生成的二进制数组创建二进制输入流对象用于反序列化操作ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());// 通过反序列化输入流创建Java对象输入流(ObjectInputStream)对象ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(bais);// 反序列化输入流数据为ExternalizableTest对象ExternalizableTest test = (ExternalizableTest) in.readObject();System.out.println("用户名:" + test.getUsername() + ",邮箱:" + test.getEmail());// 关闭ObjectInputStream输入流in.close();} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}}}

输出：
java安全（五）java反序列化
两者之间没有多大差别

9.自定义序列化(writeObject)和反序列化(readObject)

实现了java.io.Serializable接口的类，还可以定义如下方法(反序列化魔术方法)，这些方法将会在类序列化或反序列化过程中调用：

  1. private void writeObject(ObjectOutputStream oos),自定义序列化。
  2. private void readObject(ObjectInputStream ois)，自定义反序列化。
  3. private void readObjectNoData()。
  4. protected Object writeReplace()，写入时替换对象。
  5. protected Object readResolve()。

具体的方法名定义在java.io.ObjectStreamClass#ObjectStreamClass(java.lang.Class)，其中方法有详细的声明。

序列化时可自定义的方法示例代码：

public class DeserializationTest implements Serializable {/**     * 自定义反序列化类对象     *     * @param ois 反序列化输入流对象     * @throws IOException     IO异常     * @throws ClassNotFoundException 类未找到异常     */    private void readObject(ObjectInputStream ois) throws IOException, ClassNotFoundException { System.out.println("readObject..."); // 调用ObjectInputStream默认反序列化方法 ois.defaultReadObject(); // 省去调用自定义反序列化逻辑...    }    /**     * 自定义序列化类对象     *     * @param oos 序列化输出流对象     * @throws IOException IO异常     */    private void writeObject(ObjectOutputStream oos) throws IOException { oos.defaultWriteObject(); System.out.println("writeObject..."); // 省去调用自定义序列化逻辑...    }    private void readObjectNoData() { System.out.println("readObjectNoData...");    }    /**     * 写入时替换对象     *     * @return 替换后的对象     */    protected Object writeReplace() { System.out.println("writeReplace...."); return null;    }    protected Object readResolve() { System.out.println("readResolve...."); return null;    }}

当我们对DeserializationTest类进行序列化操作时，会自动调用(反射调用)该类的writeObject(ObjectOutputStream oos)方法,对其进行反序列化操作时也会自动调用该类的readObject(ObjectInputStream)方法，也就是说我们可以通过在待序列化或反序列化的类中定义readObject和writeObject方法，来实现自定义的序列化和反序列化操作，当然前提是，被序列化的类必须有此方法，并且方法的修饰符必须是private。

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