Undertow URL解析特性及其安全风险分析

一、背景

在某次风险处理过程发现一处越权漏洞，攻击人员使用类似这样的请求访问到后台地址：

http://www.xxx.com/admin/..;/index.action

Web服务响应正常且返回了后台界面，而正确的请求应该是：

http://www.xxx.com/admin/index.action

近期再次发现一些未授权的漏洞利用连接中也有/..;/ 这样的特殊字符串，猜测可能是同一个原因导致，可能属于通用性的问题。

二、原理分析

2.1 正常请求

经过初步调查，业务环境使用的是Undertow+Springboot，Undertow是基于java nio的Web容器，等同于Tomcat，但是要比Tomcat更加轻量级。上述的漏洞利用链接格式与BlackHat 2018中Orange所提到一个Tomcat解析特性相似，相关文章。

Tomcat会将 /..;/ 这样的URL路径识别成根目录，而业务系统解析 /..;/ 这样的链接时可能会采取与tomcat完全不同的解析方式，比如上述文章提及的Nuxeo系统在进行鉴权时以 “;” 为分隔符，只对 “;” 之前的路径进行鉴权。代码如下所示：

protected static String getRequestedPage(HttpServletRequest httpRequest) {　　String requestURI = httpRequest.getRequestURI();　　String context = httpRequest.getContextPath() + '/';　　String requestedPage = requestURI.substring(context.length());　　int i = requestedPage.indexOf(';');　　return i == -1 ? requestedPage : requestedPage.substring(0, i);}

根据上述的逻辑，假设用户访问https://www.xxx.com/nuxeo/login.jsp;/..;/[unauthorized_area]

鉴权的时候分号之前是通过的，而访问的时候却是 unauthorized_area。为了确定URL的解析逻辑，下面通过测试和源码分析两个角度看一下实现过程。首先建立一个测试项目，定义两个FIlter文件（顺便看一下两种FIlter定义方式有何异同）、一个Config文件、一个Controller文件：

IndexFIlter.java

package com.undertow.filter;
import org.springframework.stereotype.Component;import javax.servlet.*;import javax.servlet.FilterConfig;import javax.servlet.http.HttpServletRequest;import java.io.IOException;
@Componentpublic class IndexFilter implements Filter {
　　@Override　　public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {　　　　System.out.println("过滤器被创建1");　　}
　　@Override　　public void doFilter(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse, FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {　　　　HttpServletRequest httpRequest = (HttpServletRequest)servletRequest;　　　　StringBuffer path = httpRequest.getRequestURL();　　　　System.out.println("IndexFilter " + path);　　　　filterChain.doFilter(servletRequest, servletResponse);    }
　　@Override　　public void destroy() {　　　　System.out.println("过滤器被销毁1");　　}}

对于IndexFIlter通过FilterRegistrationBean的方式声明，FilterConfig.java

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;import org.springframework.boot.web.servlet.FilterRegistrationBean;import org.springframework.context.annotation.Bean;import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configurationpublic class FilterConfig {
　　@Autowired　　private IndexFilter indexFilter;
　　@Bean　　public FilterRegistrationBean registerIndexFilter() {　　　　FilterRegistrationBean registration = new FilterRegistrationBean();　　　　registration.setFilter(indexFilter);　　　　registration.addUrlPatterns("*.action");　　　　registration.setName("indexFilter");　　　　return registration;　　}}

IndexFIlter2.java，直接通过WebFilter注解进行定义，这种方式要在启动类加上 @ServletComponentScan 注解

package com.undertow.filter;
import org.springframework.stereotype.Component;import javax.servlet.*;import javax.servlet.FilterConfig;import javax.servlet.annotation.WebFilter;import javax.servlet.http.HttpServletRequest;import java.io.IOException;
@WebFilter(filterName = "IndexFilter2", urlPatterns = "*.action")public class IndexFilter2 implements Filter {
　　@Override　　public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {　　　　System.out.println("过滤器被创建2");　　}
　　@Override　　public void doFilter(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse, FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {　　　　HttpServletRequest httpRequest = (HttpServletRequest)servletRequest;　　　　StringBuffer path = httpRequest.getRequestURL();　　　　System.out.println("IndexFilter2 " + path);　　　　filterChain.doFilter(servletRequest, servletResponse);　　}
　　@Override　　public void destroy() {　　　　System.out.println("过滤器被销毁2");　　}}

IndexController.java

package com.undertow.controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RestControllerpublic class IndexController {　　@RequestMapping(value = "/index.action")　　public String index(){　　　　System.out.println("index");　　　　return "index";　　}}

运行，然后先执行一次正常的请求

然后看请求日志

两个FIlter都成功拦截到请求，并最终将请求转发到了Controller，以上是正常的请求，在Tomcat和Undertow中都执行正常。然后我们看一下当使用带有/..;/ 的异常连接进行请求的时候Tomcat和Undertow是如何执行的。

2.2 Tomcat 解析过程

在Tomcat中我们使用如下的异常链接进行一次请求

http://127.0.0.1:8080/admin/..;/index.actio 

此时程序逻辑跟之前正常链接访问是一致的

两个Filter成功拦截到了请求。为了进一步研究其中的原理，我们动态调试Tomcat解析过程，看一下源码是如何实现的。我们首先在 org.apache.catalina.connector.CoyoteAdapter.java 中的 service 函数下断点，为什么在这里呢，因为此时 req 对象中的 URI 仍然是 /admin/..;/index.action 我们要看看它后续是如何变化的。

然后在337行跳转进入 org.apache.catalina.connector.CoyoteAdapter.java 中的 postParseRequest 函数，根据函数介绍其作用就是对 request/response 进行必要的处理。我们重点看对URI的处理：

/**

Perform the necessary processing after the HTTP headers have been parsed

to enable the request/response pair to be passed to the start of the

container pipeline for processing.
*/

可以看到在601行和622行分别声明了两个变量，undecodedURI和decodedURI，前者是原始的URL的值，后者是解码的值（为空），然后625行将undecodedURI拷贝到decodedURI。

然后进入到 parsePathParameters 函数，这个函数是处理路径形如 /path;name=value;name2=value2 的请求，它定义了对分号的处理方式，图片中我折叠了部分代码，最终的处理结果就是删除了其中的分号，变成了这样的形式：/admin/../index.action

返回到 postParseRequest 函数后又进入到同文件的 normalize 函数，这个函数是对URI进行标准化

/**

 * This method normalizes "\", "//", "/./" and "/../".

 */

经过上一步处理后，URI中有/../这样的关键字符，我们重点看下它是如何处理的

其实过程很简单，以 /admin/../index.action 为例，代码先找到 /../ 的首字符位置，然后在此基础上加3，也就是 /../ 末尾字符的位置，然后将后面所有的字符前移，得到这样的字符：

/index.actionex.action

然后再根据 /../ 后面所有字符长度作为新字符串的长度，进行截断，得到最终的字符串，说白了就是删除 /../ 及其之前的字符串

/index.action

此时 decodedURI 的值就是 /index.action，undecodedURI 仍是 /admin/..;/index.action。然后在695行进入 org.apache.catalina.mapper.Mapper.java 中的 internalMapWrapper 函数，这个函数定义了7种URI映射规则，比如第一种精准匹配，第二种前缀匹配。它本质就是个URI映射器，决定了某个请求由哪个Servlet处理。

如果所有的规则都不匹配，则由最后的 Default servlet 处理。

这里相当于是解析 Controller 中定义的URI匹配规则，本示例代码中就是将 /index.action 请求解析到 IndexController。然后在 CoyoteAdapter.java 的343行程序经过多层调用进入 org.apache.catalina.ApplicationFilterFactory.java 中的 createFilterChain 函数，在103行的这个for循环里逐个检测请求的URI是否符合定义的 UrlPatterns。

以上就是Tomcat解析URL以及的Controller和FIlter匹配URI的过程。

2.3 Undertow 解析过程

Undertow 需要显示的引用相关的包并排除tomcat：

<dependency>    <groupId>org.springframework.boot</groupId>    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>    <exclusions>        <exclusion>            <groupId>org.springframework.boot</groupId>            <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>        </exclusion>    </exclusions></dependency><dependency>    <groupId>org.springframework.boot</groupId>    <artifactId>spring-boot-starter-undertow</artifactId></dependency> 

然后在Undertow的环境下，使用2.2 节中Tomcat一样的异常链接进行一次请求，请求日志如下所示：

我们发现Filter没有拦截到请求，但是 Controller 正确的执行了。再做一个测试，将 FilterConfig.java 的

registration.addUrlPatterns("*.action");

修改为

registration.addUrlPatterns("/admin/..");

然后再请求一次，后台日志如下所示

可以看到IndexFilter 能拦截到，但是IndexFilter2 依旧不行，同样分析一下源码，Undertow URL 处理过程感觉要更绕一些，这里我们反向溯源，在 IndexController 中下断点，然后可以看到 RequestMapping 的匹配的是 "/index.action"

这个值来自于request变量

在 org.springframework.web.servlet.handler.AbstractHandlerMethodMapping.java 中的 getHandlerInternal 函数中将这个值放到 request 变量中

然后看一下 lookupPath 是如何生成的，在 org.springframework.web.util.UrlPathHelper.java 中的 getPathWithinServletMapping 函数经过多次处理

首先在 org.springframework.web.util.UrlPathHelper.java 中的 decodeAndCleanUriString 函数对URI做清理，去除其中的分号

此时URI 变成 /admin/../index.action ，然后在同文件中的 getRemainingPath 函数中，将 mapping 尝试与 requestUri 进行匹配，若匹配成功，则返回剩余的字符串，这里 mapping 是 /admin/.. 那么剩余部分就是 /index.action

也就是说，当我们输入 /admin/..;/index.action 链接时，最终 Spring 进行路由匹配的路径是 /index.action。接着往下看，mapping的值是如何获得的，在 io.undertow.server.protocol.http.HttpRequestParser.java 中的 handlePath 函数中定义了处理步骤，412行以分号为分隔符，413行的servletRequestContext 函数将前半部分存储到 exchange 中，414行的 handlePathParameters 的函数将后半部分作为参数处理。

那么filter链是如何构造的呢？在 io.undertow.servlet.handlers.ServletInitialHandler.java 中的99行是分发请求的代码，

97行的 servletRequestContext 变量取自 exchange 变量，它已经保存了filter链，图中是将IndexFilter的URI匹配规则改为 "/admin/.." 后的结果。

2.4 结论

在使用Tomcat时，URL解析Filter和Controller是一致的，不存在歧义，如果自己的URL解析代码逻辑正确或者不自己解析就没有安全问题；在使用Undertow时，URL解析时如果遇到分号，容器会和框架会出现不一致，Filter解析分号前的URI，Controller解析分号后的URI，会在鉴权或恶意检测等场景出现绕过的风险。以

http://127.0.0.1/admin/..;/index.action

为例，当执行如下流程时可能会出现越权问题：

1、 在Filter中设置的鉴权逻辑，当检测到 *.action 且未登录时跳转到 /login.action

2、 在Controller中设置路由，当检测到 /index.action 时跳转到后台主页

3、 在Undertow环境下，Filter无法匹配分号前的 /admin/..，绕过鉴权的Filter，而Controller刚好匹配 /index.action，造成未授权访问

而这本质上不算一个漏洞，只是Web容器都有各自的解析特性，但使用不当可能会有安全问题。 

为了避免以上问题，在Undertow时，可以自行获取完整的请求路径进行鉴权。或者干脆对带有/**;/这样的请求进行全局检测，比如自行定义一个filter对类似的请求进行特殊的处理，可以去除异常字符也可以直接拒绝访问。

@WebFilter(filterName="Filter", urlPatterns="/**")

另外合理的使用spring security 也是一个不错的选择，测试发现spring-security 不仅能够有效进行访问控制，默认情况下还会对带分号的请求进行拦截：

The request was rejected because the URL contained a potentially malicious String ";"

三、参考文献

https://www.freebuf.com/vuls/181389.html

https://www.cnblogs.com/youzhibing/p/9866690.html

https://zhuanlan.zhihu.com/p/65658315

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