單例模式安全之序列化攻擊

單例模式安全之序列化攻擊

源碼

什么是序列化攻擊呢考廉?

簡單說秘豹,一個單例對象經(jīng)過序列化再反序列化后,內(nèi)存中會存在兩個對象昌粤,這樣單例模式就被破壞既绕。

序列化攻擊復(fù)現(xiàn)

序列化攻擊復(fù)過程

  1. 獲取到單例對象
  2. 對象序列化持久到磁盤
  3. 反序列化成對象

這里采用JDK的自帶的序列化方式

單例實現(xiàn)Serializable接口

package com.fine.serialize;

import java.io.Serializable;

/**
 * 單例
 * volatile 雙重校驗
 *
 * @author finefine at: 2019-05-03 21:43
 */
public class Singleton implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;


    private volatile static Singleton INSTANCE;

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {

        if (INSTANCE==null){

            //同步代碼塊
            synchronized (Singleton.class){
                if (INSTANCE == null) {
                    INSTANCE = new Singleton();
                }
            }

        }
        return INSTANCE;
    }
}

測試代碼

package com.fine.serialize;

import java.io.*;

/**
 * @author finefine at: 2019-05-03 21:50
 */
public class DeSerailizeAttackTest {

    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
        try (ObjectOutputStream outputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("object"));
             ObjectInputStream inputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object"))) {

            //將對象持久化到磁盤中
            outputStream.writeObject(singleton);
            outputStream.flush();

            //從磁盤中反序列化成對象
            Singleton singleton1 = (Singleton) inputStream.readObject();

            if (singleton == singleton1) {
                System.out.println("是同一個對象");
            } else {
                System.out.println("是兩個不同的對象");
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

結(jié)果輸出了兩個不同的對象

image-20190503221321745

通過debug 可以看到確實是兩個不同的對象

image-20190503221436080

反序列化攻擊源碼分析

反序列化攻擊的問題代碼在此

//默認(rèn)情況下 該方法重新new對象
private Object readOrdinaryObject(boolean unshared)
        throws IOException
    {
        if (bin.readByte() != TC_OBJECT) {
            throw new InternalError();
        }

        ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
        desc.checkDeserialize();

        Class<?> cl = desc.forClass();
        if (cl == String.class || cl == Class.class
                || cl == ObjectStreamClass.class) {
            throw new InvalidClassException("invalid class descriptor");
        }

        Object obj;
        try {
            obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
        } catch (Exception ex) {
            throw (IOException) new InvalidClassException(
                desc.forClass().getName(),
                "unable to create instance").initCause(ex);
        }

        passHandle = handles.assign(unshared ? unsharedMarker : obj);
        ClassNotFoundException resolveEx = desc.getResolveException();
        if (resolveEx != null) {
            handles.markException(passHandle, resolveEx);
        }

        if (desc.isExternalizable()) {
            readExternalData((Externalizable) obj, desc);
        } else {
            readSerialData(obj, desc);
        }

        handles.finish(passHandle);

                //經(jīng)過上面的代碼,新對象已經(jīng)被new 出來了, hasReadResolveMethod這個方法很關(guān)鍵 
                //下面的邏輯就是說 如果該類存在一個readResolve 方法就會調(diào)用該方法涮坐,并重新替換新的對象凄贩,如果不存在就直接把new出來的對象返回出去
        if (obj != null &&
            handles.lookupException(passHandle) == null &&
            desc.hasReadResolveMethod())
        {
            Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);
            if (unshared && rep.getClass().isArray()) {
                rep = cloneArray(rep);
            }
            if (rep != obj) {
                // Filter the replacement object
                if (rep != null) {
                    if (rep.getClass().isArray()) {
                        filterCheck(rep.getClass(), Array.getLength(rep));
                    } else {
                        filterCheck(rep.getClass(), -1);
                    }
                }
                handles.setObject(passHandle, obj = rep);
            }
        }

        return obj;
    }
    

    /**
     * 
     * 返回該類是否有readResolve方法 
     */
    boolean hasReadResolveMethod() {
        requireInitialized();
        return (readResolveMethod != null);
    }

由于Singleton 類中不存在readResolve ,所以也就導(dǎo)致反序列化出新的對象了袱讹。

解決方法

  1. 添加readResolve方法
  2. 使用枚舉類

添加readResolve

Singleton 代碼

package com.fine.serialize;

import java.io.Serializable;

/**
 * 單例
 * volatile 雙重校驗
 *
 * @author finefine at: 2019-05-03 21:43
 */
public class Singleton implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;


    private volatile static Singleton INSTANCE;

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {

        if (INSTANCE==null){

            //同步代碼塊
            synchronized (Singleton.class){
                if (INSTANCE == null) {
                    INSTANCE = new Singleton();
                }
            }

        }
        return INSTANCE;
    }
    
    //添加的readResolve方法
    private Object readResolve() {
        return INSTANCE;
    }
}

這里測試代碼不用更改疲扎,看看測試結(jié)果

image-20190503225944248

使用枚舉類

單例代碼

package com.fine.serialize;

import java.io.Serializable;

/**
 * @author finefine at: 2019-05-03 23:00
 */
public enum  SingletonEnum implements Serializable {
    INSTANCE;

    private static final long serialVersionUID = 2L;
}

測試代碼

package com.fine.serialize;

import java.io.*;

/**
 * @author finefine at: 2019-05-03 23:02
 */
public class DeSerailizeEnumAttackTest {

    public static void main(String[] args) {
        SingletonEnum singleton = SingletonEnum.INSTANCE;
        try (ObjectOutputStream outputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("object"));
             ObjectInputStream inputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object"))) {

            //將對象持久化到磁盤中
            outputStream.writeObject(singleton);
            outputStream.flush();

            //從磁盤中反序列化成對象
            SingletonEnum singleton1 = (SingletonEnum) inputStream.readObject();

            if (singleton == singleton1) {
                System.out.println("是同一個對象");
            } else {
                System.out.println("是兩個不同的對象");
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

測試結(jié)果

image-20190504000713071

那為什么這里使用枚舉類就可以避免反射攻擊呢?深入源碼分析

JDK 的反序列化都會調(diào)用到這個方法捷雕,readObject0對每種類型反序列化都做了不同的實現(xiàn)椒丧,當(dāng)對枚舉類進(jìn)行反序列化時進(jìn)入到TC_ENUM分支,最終調(diào)用readEnum方法

 private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
        boolean oldMode = bin.getBlockDataMode();
        if (oldMode) {
            int remain = bin.currentBlockRemaining();
            if (remain > 0) {
                throw new OptionalDataException(remain);
            } else if (defaultDataEnd) {
                /*
                 * Fix for 4360508: stream is currently at the end of a field
                 * value block written via default serialization; since there
                 * is no terminating TC_ENDBLOCKDATA tag, simulate
                 * end-of-custom-data behavior explicitly.
                 */
                throw new OptionalDataException(true);
            }
            bin.setBlockDataMode(false);
        }

        byte tc;
        while ((tc = bin.peekByte()) == TC_RESET) {
            bin.readByte();
            handleReset();
        }

        depth++;
        totalObjectRefs++;
        try {
            switch (tc) {
                case TC_NULL:
                    return readNull();

                case TC_REFERENCE:
                    return readHandle(unshared);

                case TC_CLASS:
                    return readClass(unshared);

                case TC_CLASSDESC:
                case TC_PROXYCLASSDESC:
                    return readClassDesc(unshared);

                case TC_STRING:
                case TC_LONGSTRING:
                    return checkResolve(readString(unshared));

                case TC_ARRAY:
                    return checkResolve(readArray(unshared));

                //枚舉類
                case TC_ENUM:
                    return checkResolve(readEnum(unshared));

                //Object
                case TC_OBJECT:
                    return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));

                case TC_EXCEPTION:
                    IOException ex = readFatalException();
                    throw new WriteAbortedException("writing aborted", ex);

                case TC_BLOCKDATA:
                case TC_BLOCKDATALONG:
                    if (oldMode) {
                        bin.setBlockDataMode(true);
                        bin.peek();             // force header read
                        throw new OptionalDataException(
                            bin.currentBlockRemaining());
                    } else {
                        throw new StreamCorruptedException(
                            "unexpected block data");
                    }

                case TC_ENDBLOCKDATA:
                    if (oldMode) {
                        throw new OptionalDataException(true);
                    } else {
                        throw new StreamCorruptedException(
                            "unexpected end of block data");
                    }

                default:
                    throw new StreamCorruptedException(
                        String.format("invalid type code: %02X", tc));
            }
        } finally {
            depth--;
            bin.setBlockDataMode(oldMode);
        }
    }

readEnum 最終調(diào)用了Enum.valueOf 返回實例對象

private Enum<?> readEnum(boolean unshared) throws IOException {
        if (bin.readByte() != TC_ENUM) {
            throw new InternalError();
        }

        ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
        if (!desc.isEnum()) {
            throw new InvalidClassException("non-enum class: " + desc);
        }

        int enumHandle = handles.assign(unshared ? unsharedMarker : null);
        ClassNotFoundException resolveEx = desc.getResolveException();
        if (resolveEx != null) {
            handles.markException(enumHandle, resolveEx);
        }

        String name = readString(false);
        Enum<?> result = null;
        Class<?> cl = desc.forClass();
        if (cl != null) {
            try {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                //這里找到了實例
                Enum<?> en = Enum.valueOf((Class)cl, name);
                result = en;
            } catch (IllegalArgumentException ex) {
                throw (IOException) new InvalidObjectException(
                    "enum constant " + name + " does not exist in " +
                    cl).initCause(ex);
            }
            if (!unshared) {
                handles.setObject(enumHandle, result);
            }
        }

        handles.finish(enumHandle);
        passHandle = enumHandle;
        return result;
    }

總結(jié)

經(jīng)過單例模式安全之反射攻擊和本片文章的內(nèi)容救巷,可以發(fā)現(xiàn)壶熏,使用枚舉類實現(xiàn)單例是非常有利的,不用開發(fā)者考慮太多其他的因素浦译。從單例的角度及安全的角度來看久橙,枚舉單例模式有以下三個特點:

  • jvm 底層保證線程安全俄占。
  • jvm 底層抑制了反射攻擊。
  • jdk 序列化方式的特殊處理淆衷,防止了反序列化攻擊。
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者
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