JAVA安全入门之反射

反射

对于反射这个概念来说，直白的讲就是：

对象可以通过反射获取他的类，类可以通过反射拿到所有⽅法（包括私有），拿到的⽅法可以调⽤

而众所周知 JAVA 是一门静态语言，我们通过反射就可以达到动态的语言的特性。
我们可以类比一下我们的老朋友 PHP ，对于 PHP 来说，一个简单的 webshell 可以完成各种操作，而对于 JAVA 来说，我们就可以用 反射 达到一些动态的特性。
比如以下代码：

public void execute(String className, String methodName) throws Exception {Class clazz = Class.forName(className);clazz.getMethod(methodName).invoke(clazz.newInstance());
}

以上代码，有几个反射中重要的方法：

• 获取类的⽅法： forName
• 实例化类对象的方法：newInstance
• 获取函数的方法：getMethod
• 执行函数的方法：invoke

但是 forName 并不是获取类的唯一方法，对于反射来说，还有两种方法来获取类：
1、如果已经有了一个类的实例，我们只需要用 obj.getClass() 来获取他的类。
2、如果你知道某个类的名字，想获取到这个类，就可以使⽤ forName 来获取。
当然除了以上反射的方法，还有一种方法：
如果你已经加载了某个类，只是想获取到它的 java.lang.Class 对象，那么就直接拿它的 class 属性即可。

如果我们看一下 forName 会发现他有两个重载方法：

public static Class<?> forName(String className)  throws ClassNotFoundException {  Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();  return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);  
}

public static Class<?> forName(String name, boolean initialize,  ClassLoader loader)  throws ClassNotFoundException  
{  Class<?> caller = null;  SecurityManager sm = System.getSecurityManager();  if (sm != null) {  // Reflective call to get caller class is only needed if a security manager  // is present.  Avoid the overhead of making this call otherwise.        caller = Reflection.getCallerClass();  if (sun.misc.VM.isSystemDomainLoader(loader)) {  ClassLoader ccl = ClassLoader.getClassLoader(caller);  if (!sun.misc.VM.isSystemDomainLoader(ccl)) {  sm.checkPermission(  SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION);  }  }  }  return forName0(name, initialize, loader, caller);  
}

对比着来看，会发现第一个比第二个少了个点东西：

public static Class<?> forName(String className)public static Class<?> forName(String name, boolean initialize,  ClassLoader loader)

对于第二种：

• name : 类名
• initialize : 是否初始化
• ClassLoader : 类的加载器

ClassLoader 看到这个名字就能看出来，他就是一个类的 加载器 。
而 Java 默认的 ClassLoader 是根据类的名字（类的全称，例如 : java.lang.runtime）加载类。

反射的主要目的就是不通过 import 来导入类，这一点是攻击者想要的，而 forName 就可以做到这一点。

Java 中可以在类中编写内部类，在编译的时候会产生两个类文件如下：

public class main {  public static void main(String[] args) throws Exception {  System.out.println("Hello World!");  }  class test1{  public String test =  "hello";  }  
}

会生成如下文件：

├── main$test1.class
└── main.class

而你想要通过反射拿到 test1 类的时候可以通过 Class.forName("main$test1") 的方式来加载内部类，从而一系列操作。

说了这么多，我们举个小例子：

public static void main(String[] args) throws Exception {  Class c = Class.forName("java.lang.Runtime");  c.getMethod("exec", String.class).invoke(c.newInstance(), "open -a Calculator ");  
}

发现会报错对吧！

Exception in thread "main" java.lang.IllegalAccessException: Class main can not access a member of class java.lang.Runtime with modifiers "private"

这里很好理解，c.newInstance() 的作用就是调用这个类的无参构造函数所以存在以下情况就会失败：

• 加载的类没有无参构造函数
• 加载的类的构造函数是私有的
  我们可以看一下 newInstance() 的代码：

if (cachedConstructor == null) {  if (this == Class.class) {  throw new IllegalAccessException(  "Can not call newInstance() on the Class for java.lang.Class"  );  }

这里就很明确了 if (cachedConstructor == null) 如果没有构造函数就抛出一个异常。

// Security check (same as in java.lang.reflect.Constructor)
int modifiers = tmpConstructor.getModifiers();  
if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(this, modifiers)) {  Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();  if (newInstanceCallerCache != caller) {  Reflection.ensureMemberAccess(caller, this, null, modifiers);  newInstanceCallerCache = caller;  }  
}

跟进 ensureMemberAccess 方法：

public static void ensureMemberAccess(Class<?> var0, Class<?> var1, Object var2, int var3) throws IllegalAccessException {  if (var0 != null && var1 != null) {  if (!verifyMemberAccess(var0, var1, var2, var3)) {  throw new IllegalAccessException("Class " + var0.getName() + " can not access a member of class " + var1.getName() + " with modifiers \"" + Modifier.toString(var3) + "\"");  }  } else {  throw new InternalError();  }  
}

可以看到在这里抛出了异常，在此先不细说中间是怎么校验的。

所以我们可以这样来改造：

public static void main(String[] args) throws Exception {  Class c = Class.forName("java.lang.Runtime");  c.getMethod("exec", String.class).invoke(c.getMethod("getRuntime").invoke(c), "open -a Calculator");  
}

这里有两个方法需要说一下 getMethod 和 invoke ，getMethod 的作用是通过反射获取一个类的某个特定的公有方法，然后利用这个方式来获取 Runtime.exec 方法。

invoke 大家应该很熟悉，我们可以看看他的源码：

public Object invoke(Object obj, Object... args)  throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException,  InvocationTargetException  
{  if (!override) {  if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {  Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();  checkAccess(caller, clazz, obj, modifiers);  }  }  MethodAccessor ma = methodAccessor;             // read volatile  if (ma == null) {  ma = acquireMethodAccessor();  }  return ma.invoke(obj, args);  
}

这里做了一些操作，可以自己跟一下，这里就不过多叙述了。

invoke 的作用是执行方法，它的第一个参数是：

• 如果这个方法是一个普通方法，那么第一个参数是类对象
• 如果这个方法是一个静态方法，那么第一个参数是类
  正常执行方法是 [1].method([2], [3], [4]...)，在反射里就是这样的 method.invoke([1], [2], [3], [4]...)。