sun.misc.Unsafe

sun.misc.Unsafe是Java底层API(仅限Java内部使用,反射可调用)提供的一个神奇的Java类，Unsafe提供了非常底层的内存、CAS、线程调度、类、对象等操作、Unsafe正如它的名字一样它提供的几乎所有的方法都是不安全的，本节只讲解如何使用Unsafe定义Java类、创建类实例。

如何获取Unsafe对象

Unsafe是Java内部API，外部是禁止调用的，在编译Java类时如果检测到引用了Unsafe类也会有禁止使用的警告：Unsafe是内部专用 API, 可能会在未来发行版中删除。

sun.misc.Unsafe代码片段：

  1. import sun.reflect.CallerSensitive;
  2. import sun.reflect.Reflection;
  4. public final class Unsafe {
  6.     private static final Unsafe theUnsafe;
  8.     static {
  9.         theUnsafe = new Unsafe();
  10.         省去其他代码......
  11.     }
  13.     private Unsafe() {
  14.     }
  16.     @CallerSensitive
  17.     public static Unsafe getUnsafe() {
  18.         Class var0 = Reflection.getCallerClass();
  19.         if (var0.getClassLoader() != null) {
  20.             throw new SecurityException("Unsafe");
  21.         } else {
  22.             return theUnsafe;
  23.         }
  24.     }
  26.     省去其他代码......
  27. }

由上代码片段可以看到，Unsafe类是一个不能被继承的类且不能直接通过new的方式创建Unsafe类实例，如果通过getUnsafe方法获取Unsafe实例还会检查类加载器，默认只允许Bootstrap Classloader调用。

既然无法直接通过Unsafe.getUnsafe()的方式调用，那么可以使用反射的方式去获取Unsafe类实例。

反射获取Unsafe类实例代码片段：

  1. // 反射获取Unsafe的theUnsafe成员变量
  2. Field theUnsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
  4. // 反射设置theUnsafe访问权限
  5. theUnsafeField.setAccessible(true);
  7. // 反射获取theUnsafe成员变量值
  8. Unsafe unsafe = (Unsafe) theUnsafeField.get(null);

当然我们也可以用反射创建Unsafe类实例的方式去获取Unsafe对象：

  1. // 获取Unsafe无参构造方法
  2. Constructor constructor = Unsafe.class.getDeclaredConstructor();
  4. // 修改构造方法访问权限
  5. constructor.setAccessible(true);
  7. // 反射创建Unsafe类实例，等价于 Unsafe unsafe1 = new Unsafe();
  8. Unsafe unsafe1 = (Unsafe) constructor.newInstance();

获取到了Unsafe对象我们就可以调用内部的方法了。

allocateInstance无视构造方法创建类实例

假设我们有一个叫com.anbai.sec.unsafe.UnSafeTest的类，因为某种原因我们不能直接通过反射的方式去创建UnSafeTest类实例，那么这个时候使用Unsafe的allocateInstance方法就可以绕过这个限制了。

UnSafeTest代码片段：

  1. public class UnSafeTest {
  3.    private UnSafeTest() {
  4.       // 假设RASP在这个构造方法中插入了Hook代码，我们可以利用Unsafe来创建类实例
  5.       System.out.println("init...");
  6.    }
  8. }

使用Unsafe创建UnSafeTest对象：

  1. // 使用Unsafe创建UnSafeTest类实例
  2. UnSafeTest test = (UnSafeTest) unsafe1.allocateInstance(UnSafeTest.class);

Google的GSON库在JSON反序列化的时候就使用这个方式来创建类实例，在渗透测试中也会经常遇到这样的限制，比如RASP限制了java.io.FileInputStream类的构造方法导致我们无法读文件或者限制了UNIXProcess/ProcessImpl类的构造方法导致我们无法执行本地命令等。

defineClass直接调用JVM创建类对象

ClassLoader章节我们讲了通过ClassLoader类的defineClass0/1/2方法我们可以直接向JVM中注册一个类，如果ClassLoader被限制的情况下我们还可以使用Unsafe的defineClass方法来实现同样的功能。

Unsafe提供了一个通过传入类名、类字节码的方式就可以定义类的defineClass方法：

public native Class defineClass(String var1, byte[] var2, int var3, int var4);

public native Class<?> defineClass(String var1, byte[] var2, int var3, int var4, ClassLoader var5, ProtectionDomain var6);

使用Unsafe创建TestHelloWorld对象：

  1. // 使用Unsafe向JVM中注册com.anbai.sec.classloader.TestHelloWorld类
  2. Class helloWorldClass = unsafe1.defineClass(TEST_CLASS_NAME, TEST_CLASS_BYTES, 0, TEST_CLASS_BYTES.length);

或调用需要传入类加载器和保护域的方法：

  1. // 获取系统的类加载器
  2. ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
  4. // 创建默认的保护域
  5. ProtectionDomain domain = new ProtectionDomain(
  6.     new CodeSource(null, (Certificate[]) null), null, classLoader, null
  7. );
  9. // 使用Unsafe向JVM中注册com.anbai.sec.classloader.TestHelloWorld类
  10. Class helloWorldClass = unsafe1.defineClass(
  11.     TEST_CLASS_NAME, TEST_CLASS_BYTES, 0, TEST_CLASS_BYTES.length, classLoader, domain
  12. );

Unsafe还可以通过defineAnonymousClass方法创建内部类，这里不再多做测试。

注意：

这个实例仅适用于Java 8以前的版本如果在Java 8中应该使用应该调用需要传类加载器和保护域的那个方法。Java 11开始Unsafe类已经把defineClass方法移除了(defineAnonymousClass方法还在)，虽然可以使用java.lang.invoke.MethodHandles.Lookup.defineClass来代替，但是MethodHandles只是间接的调用了ClassLoader的defineClass，所以一切也就回到了ClassLoader。