CVE-2019-0232： Apache Tomcat RCE 漏洞分析

简述

利用前提

该漏洞是由于Tomcat CGI将命令行参数传递给Windows程序的方式存在错误，使得CGIServlet被命令注入影响。

该漏洞只影响Windows平台，要求启用了CGIServlet和enableCmdLineArguments参数。但是CGIServlet和enableCmdLineArguments参数默认情况下都不启用。

时间线

• 报告漏洞 2019-3-3
• 漏洞公开 2019-4-10

漏洞影响范围

• Apache Tomcat 9.0.0.M1 to 9.0.17
• Apache Tomcat 8.5.0 to 8.5.39
• Apache Tomcat 7.0.0 to 7.0.93

复现

笔者使用的复现环境为9.0.12 + JRE 1.8.0。

首先进行CGI相关的配置，在 conf/web.xml 中启用CGIServlet：

<servlet>
    <servlet-name>cgi</servlet-name>
    <servlet-class>org.apache.catalina.servlets.CGIServlet</servlet-class>
    <init-param>
      <param-name>cgiPathPrefix</param-name>
      <param-value>WEB-INF/cgi-bin</param-value>
    </init-param>
    <init-param>
      <param-name>enableCmdLineArguments</param-name>
      <param-value>true</param-value>
    </init-param>
    <init-param>
      <param-name>executable</param-name>
      <param-value></param-value>
    </init-param>
    <load-on-startup>5</load-on-startup>
</servlet>

这里主要的设置是 enableCmdLineArguments 和 executable 两个选项。 enableCmdLineArguments 启用后才会将Url中的参数传递到命令行， executable 指定了执行的二进制文件，默认是 perl ，需要置为空才会执行文件本身。

同样在 conf/web.xml 中启用cgi的servlet-mapping

<servlet-mapping>
    <servlet-name>cgi</servlet-name>
    <url-pattern>/cgi-bin/*</url-pattern>
</servlet-mapping>

之后修改 conf/context.xml 的 <Context> 添加 privileged="true" 属性，否则会没有权限

<Context privileged="true">

    <!-- Default set of monitored resources. If one of these changes, the    -->
    <!-- web application will be reloaded.                                   -->
    <WatchedResource>WEB-INF/web.xml</WatchedResource>
    <WatchedResource>WEB-INF/tomcat-web.xml</WatchedResource>
    <WatchedResource>${catalina.base}/conf/web.xml</WatchedResource>

    <!-- Uncomment this to disable session persistence across Tomcat restarts -->
    <!--
    <Manager pathname="" />
    -->
</Context>

然后在 ROOT\WEB-INF 下创建 cgi-bin 目录, 并在该目录下创建一个内容为 echo Content-type: text/html 的 e.bat 文件。

配置完成后，启动tomcat，访问 http://127.0.0.1:8080/cgi-bin/e.bat?&ver ，可以看到命令执行成功。

原理

漏洞相关的代码在 tomcat\java\org\apache\catalina\servlets\CGIServlet.java 中，CGIServlet提供了一个cgi的调用接口，在启用 enableCmdLineArguments 参数时，会根据RFC 3875来从Url参数中生成命令行参数，并把参数传递至 Java 的 Runtime 执行。 这个漏洞是因为 Runtime.getRuntime().exec 在Windows中和 Linux 中底层实现不同导致的。下面以一个简单的case来说明这个问题，在Windows下创建arg.bat：

rem arg.bat
echo %*

并执行如下的Java代码

String [] cmd={"arg.bat", "arg", "&", "dir"};
Runtime.getRuntime().exec(cmd);

在Windows下会输出 arg 和 dir 命令运行后的结果。同样的，用类似的脚本在Linux环境下测试：

# arg.sh
for key in "$@"
do
    echo '$@' $key
done

String [] cmd={"arg.sh", "arg", "&", "dir"};
Runtime.getRuntime().exec(cmd);

此时的输出为

$@ arg
$@ &
$@ dir

导致这种输出的原因是在JDK的实现中 Runtime.getRuntime().exec 实际调用了 ProcessBuilder ，而后 ProcessBuilder 调用 ProcessImpl 使用系统调用 vfork ，把所有参数直接传递至 execve 。

用 strace -F -e vfork,execve java Main 跟踪可以看到上面的Java代码在Linux中调用为

execve("arg.sh", ["arg.sh", "arg", "&", "dir"], [/* 23 vars */])

而如果跟踪类似的 PHP 代码 system('arg.sh arg & dir'); ，得到的结果为

execve("/bin/sh",  ["sh", "-c", "arg.sh arg & dir"], [/* 23 vars */])

所以Java的 Runtime.getRuntime().exec 在CGI调用这种情况下很难有命令注入。

Windows中创建进程使用的是 CreateProcess ，会将参数合并成字符串，作为 lpComandLine 传入 CreateProcess 。程序启动后调用 GetCommandLine 获取参数，并调用 CommandLineToArgvW 传至 argv。在Windows中，当 CreateProcess 中的参数为 bat 文件或是 cmd 文件时，会调用 cmd.exe , 故最后会变成 cmd.exe /c "arg.bat & dir" ，而Java的调用过程并没有做任何的转义，所以在Windows下会存在漏洞。

除此之外，Windows在处理参数方面还有一个特性，如果这里只加上简单的转义还是可能被绕过， 例如 dir "\"&whoami" 在Linux中是安全的，而在Windows会执行命令。

这是因为Windows在处理命令行参数时，会将 " 中的内容拷贝为下一个参数，直到命令行结束或者遇到下一个 " ，但是对 \" 的处理有误。同样用 arg.bat 做测试，可以发现这里只输出了 \ 。因此在Java中调用批处理或者cmd文件时，需要做合适的参数检查才能避免漏洞出现。

修复方式

开发者在 patch 中增加了 cmdLineArgumentsDecoded 参数，这个参数用来校验传入的命令行参数，如果传入的命令行参数不符合规定的模式，则不执行。

校验写在 setupFromRequest 函数中：

String decodedArgument = URLDecoder.decode(encodedArgument, parameterEncoding);
if (cmdLineArgumentsDecodedPattern != null &&
        !cmdLineArgumentsDecodedPattern.matcher(decodedArgument).matches()) {
    if (log.isDebugEnabled()) {
        log.debug(sm.getString("cgiServlet.invalidArgumentDecoded",
                decodedArgument, cmdLineArgumentsDecodedPattern.toString()));
    }
    return false;
}

不通过时，会将 CGIEnvironment 的 valid 参数设为 false ，在之后的处理函数中会直接跳过执行。

if (cgiEnv.isValid()) {
    CGIRunner cgi = new CGIRunner(cgiEnv.getCommand(),
                                  cgiEnv.getEnvironment(),
                                  cgiEnv.getWorkingDirectory(),
                                  cgiEnv.getParameters());

    if ("POST".equals(req.getMethod())) {
        cgi.setInput(req.getInputStream());
    }
    cgi.setResponse(res);
    cgi.run();
} else {
    res.sendError(404);
}

修复建议

1. 使用更新版本的Apache Tomcat。这里需要注意的是，虽然在9.0.18就修复了这个漏洞，但这个更新是并没有通过候选版本的投票，所以虽然9.0.18没有在被影响的列表中，用户仍需要下载9.0.19的版本来获得没有该漏洞的版本。

2. 关闭enableCmdLineArguments参数

参考链接

• https://tomcat.apache.org/security-9.html
• https://tomcat.apache.org/tomcat-9.0-doc/cgi-howto.html
• https://github.com/apache/tomcat/commit/4b244d8
• https://github.com/pyn3rd/CVE-2019-0232/
• https://tools.ietf.org/html/rfc3875
• https://blogs.msdn.microsoft.com/twistylittlepassagesallalike/2011/04/23/everyone-quotes-command-line-arguments-the-wrong-way/
• https://codewhitesec.blogspot.com/2016/02/java-and-command-line-injections-in-windows.html
• https://blog.trendmicro.com/trendlabs-security-intelligence/uncovering-cve-2019-0232-a-remote-code-execution-vulnerability-in-apache-tomcat