本文由360云安全-jweny原创发布
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随着HW、攻防对抗的强度越来越高,各大厂商对于webshell的检测技术愈发成熟,对于攻击方来说,传统的文件落地webshell的生存空间越来越小,无文件webshell已经逐步成为新的研究趋势。

三月底针对tomcat内存马的检测写了一个demo,但由于对Maven打包理解不深,整个项目结构比较糟糕。

国庆前偶然发现LandGrey师傅的copagent项目,在该项目基础上进行了重构,并于本文中记录了检测思路,以及部分代码demo。

一、Java内存马简介

关于JAVA内存马的发展历史,这里引用下 c0ny1师傅的总结 。早在17年n1nty师傅的《Tomcat源码调试笔记-看不见的shell》中已初见端倪,但一直不温不火。后经过rebeyong师傅使用agent技术加持后,拓展了内存马的使用场景,然终停留在奇技淫巧上。在各类hw洗礼之后,文件shell明显气数已尽。内存马以救命稻草的身份重回大众视野。特别是今年在shiro的回显研究之后,引发了无数安全研究员对内存webshell的研究,其中涌现出了LandGrey师傅构造的Spring controller内存马

从攻击对象来说,可以将Java内存马分为以下几类:

  1. servlet-api
  2. filter型
  3. servlet型
  4. listener型
  5. 指定框架,如spring
  6. 字节码增强型
  7. 任意JSP文件隐藏

为方便学习,webshell demo已整理至github

二、整体思路

无论是以上哪种攻击方式,从防守方的角度来说,检测的方式都是通过java instrumentation机制,将检测jar包attach到tomcat jvm,检查加载到jvm中的类是否异常。

整体检测思路为:

  1. 获取tomcat jvm中所有加载的类
  2. 遍历每个类,判断是否为风险类。我们把可能被攻击方新增/修改内存中的类,标记为风险类(比如实现了filter/servlet的类)
  3. 遍历风险类,检查是否为webshell:
  4. 检查高风险类的class文件是否存在;
  5. 反编译风险类字节码,检查java文件中包含恶意代码

三、获取jvm中所有加载的类

  1. 遍历java jvm,查找所有的tomcat jvm

  2. 通过java instrumentation,将agent attach到每个tomcat jvm。由于可能存在多个tomcat进程的场景,因此每个tomcat jvm均检测一遍

// 应对存在多个 tomcat 进程的情况
public static void attach(String agent_jar_path) throws Exception {
VirtualMachine virtualMachine = null
for (VirtualMachineDescriptor descriptor : VirtualMachine.list()) {
if (descriptor.displayName().contains("catalina") || descriptor.displayName().equals("")) {
try {
virtualMachine = VirtualMachine.attach(descriptor);
Properties targetSystemProperties = virtualMachine.getSystemProperties();
if (descriptor.displayName().equals("") && !targetSystemProperties.containsKey("catalina.home"))
continue;
// 将当前tomcat descriptor,传到agent,作为检测结果的文件名。也是用来区分多个tomcat进程。
String currentJvmName = "tomcat_" + descriptor.id();
Thread.sleep(1000);
javaInfoWarning(targetSystemProperties);
virtualMachine.loadAgent(agent_jar_path, currentJvmName);
} catch (Throwable t) {
t.printStackTrace();
} finally {
// detach
if (null != virtualMachine)
virtualMachine.detach();
               }
           }
       }
   }

3.遍历tomcat jvm 加载过的类

  private static synchronized void detectMemShell(String currentJvmName, Instrumentation ins) {
       // 获取所有加载的类
       Class<?>[] loadedClasses = ins.getAllLoadedClasses();
   }

四、风险类识别

最理想的做法是把所有加载的类都认定为风险类。但在绝大多数情况下jvm加载的都是正常的类,每次检查时,都dump所有加载的类,对于tomcat(用户侧)来说开销较大。

比较实际的做法是,根据已知内存马要新增/修改的类生成特征。

对于内存中的每一个类,递归检查其父类,然后将命中特征的类标记为风险类。

public static List<Class<?>> findAllSuspiciousClass (Instrumentation ins, Class<?>[] loadedClasses){
    // 结果
    List<Class<?>> suspiciousClassList = new ArrayList<Class<?>>();
    List<String> loadedClassesNames = new ArrayList<String>();
    // 获取所有风险类
    for (Class<?> clazz : loadedClasses) {
        loadedClassesNames.add(clazz.getName());
        // 递归 检查class的父类 空或java.lang.Object退出
        while (clazz != null && !clazz.getName().equals("java.lang.Object")) {
            if (
                    ClassUtils.lsContainRiskPackage(clazz) ||
                            ClassUtils.isUseAnnotations(clazz) ||
                            ClassUtils.lsHasRiskSuperClass(clazz) ||
                            ClassUtils.lsRiskClassName(clazz) ||
                            ClassUtils.lsReleaseRiskInterfaces(clazz)
            ){
                if (loadedClassesNames.contains(clazz.getName())) {
                    suspiciousClassList.add(clazz);
                    ClassUtils.dumpClass(ins, clazz.getName(), false,
                            Integer.toHexString(clazz.getClassLoader().hashCode()));
                    break;
                }
                LogUtils.logToFile("cannot find " + clazz.getName() + " classes in instrumentation");
                break;
            }
            clazz = clazz.getSuperclass();
        }
    }
    return suspiciousClassList;
}

这里借鉴了LandGrey师傅的黑名单,将内存马的目标类的类名、继承类、实现类、所属的包、使用的注解均设置黑名单。

1. 实现类黑名单

检测类是否实现javax.servlet.Filter / javax.servlet.Servlet / javax.servlet.ServletRequestListener接口类。

// 检测类是否实现高风险接口,如servlet/filter/Listener
public static Boolean lsReleaseRiskInterfaces(Class<?> clazz){
    // 高风险的接口
    List<String> riskInterface = new ArrayList<String>();
    // filter型
    riskInterface.add("javax.servlet.Filter");
    // servlet型
    riskInterface.add("javax.servlet.Servlet");
    // listener型
    riskInterface.add("javax.servlet.ServletRequestListener");
    try {
        // 获取类实现的interface
        List<String> clazzInterfaces = new ArrayList<String>();
        for (Class<?> cls : clazz.getInterfaces())
            clazzInterfaces.add(cls.getName());
        // 两个list有交集 返回true
        clazzInterfaces.retainAll(riskInterface);
        if(clazzInterfaces.size()>0){
            return Boolean.TRUE;
        }
    } catch (Throwable ignored) {}
    return Boolean.FALSE;
}

2. 继承类黑名单

// 检测父类是否属于高风险
public static Boolean lsHasRiskSuperClass(Class<?> clazz) {
    // 高风险的父类
    List<String> riskSuperClassesName = new ArrayList<String>();
    riskSuperClassesName.add("javax.servlet.http.HttpServlet");
    try {
        if ((clazz.getSuperclass() != null
                && riskSuperClassesName.contains(clazz.getSuperclass().getName())
        )){
            return Boolean.TRUE;
        }
    }catch (Throwable ignored) {}
    return Boolean.FALSE;
}

3. 注解黑名单

通过clazz.getDeclaredAnnotations() 获取所有注解,如果类使用了spring注册路由的注解,则标记为高风险。

public static Boolean isUseAnnotations(Class<?> clazz) {
    // 针对spring注册路由的一些注解
    List<String> riskAnnotations = new ArrayList<String>();
    riskAnnotations.add("org.springframework.stereotype.Controller");
    riskAnnotations.add("org.springframework.web.bind.annotation.RestController");
    riskAnnotations.add("org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping");
    riskAnnotations.add("org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping");
    riskAnnotations.add("org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping");
    riskAnnotations.add("org.springframework.web.bind.annotation.PatchMapping");
    riskAnnotations.add("org.springframework.web.bind.annotation.PutMapping");
    riskAnnotations.add("org.springframework.web.bind.annotation.Mapping");
    try {
        // 获取所有注解
        Annotation[] da = clazz.getDeclaredAnnotations();
        if (da.length > 0)
            for (Annotation _da : da) {
                // 比较 注解 && 高风险注解 如果有交集 返回True
                for (String _annotation : riskAnnotations) {
                    if (_da.annotationType().getName().equals(_annotation))
                        return Boolean.TRUE;
                }
            }
    } catch (Throwable ignored) {}
    return Boolean.FALSE;
}

4. 类名黑名单

// 高风险的类名
public static Boolean lsRiskClassName(Class<?> clazz){
    List<String> riskClassName = new ArrayList<String>();
    riskClassName.add("org.springframework.web.servlet.handler.AbstractHandlerMapping");
    try {
        if (riskClassName.contains(clazz.getName())){
            return Boolean.TRUE;
        }
    }catch (Throwable ignored) {}
    return Boolean.FALSE;
}

5. 包名黑名单

// 检测是否属于高风险的包
public static Boolean lsContainRiskPackage(Class<?> clazz){
    // 高风险的包
    List<String> riskPackage = new ArrayList<String>();
    riskPackage.add("net.rebeyond.");
    riskPackage.add("com.metasploit.");
    try {
        for (String packageName : riskPackage) {
            if (clazz.getName().startsWith(packageName)) {
                return Boolean.TRUE;
            }
        }
    }catch (Throwable ignored) {}
    return Boolean.FALSE;
}

6. 基于mbean的filter/servlet风险类识别

这里分享另一种filter/servlet的检测,检测思路是通过mbean获取sevlet/filter列表,内存马的filter是动态注册的,所以web.xml中肯定没有相应配置,因此通过对比可以发现异常的filter。

MBeanServer mbs = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer();
Object mbsInte = getFieldValue(mbs, "mbsInterceptor");
Object repository = getFieldValue(mbsInte, "repository");
Object domainTb = getFieldValue(repository, "domainTb");
Map<String, Object> catlina = (Map<String, Object>)((Map<String,Object>)domainTb).get("Catalina");
for (Map.Entry<String, Object> entry : catlina.entrySet()) {
  String key = entry.getKey();
  // servlet
  if (key.contains("j2eeType=Servlet")){...}
  // filter 
  if (key.contains("j2eeType=Servlet") && key.contains("name=jsp")){
    Object value = entry.getValue();
    Object obj = getFieldValue(value,"object");
    Object res = getResourceValue(obj);
    Object instance = getFieldValue(res,"instance");
    Object rctxt = getFieldValue(instance, "rctxt");
    Object context = getFieldValue(instance, "context");
    Object appContext = getFieldValue(context,"context");
    Object standardContext = getFieldValue(appContext,"context");
    Object filterConfigs = getFieldValue(standardContext,"filterConfigs");
    ...

不过这种方式有较大的缺陷。首先,mbean只是资源管理,并不影响功能,所以在植入内存马后再卸载掉注册的mbean即可绕过;其次,servlet 3.0引入了 @WebFilter 可以动态注册,这种也没有在web.xml中配置,会引起误报,因此仅可作为一个查找风险类参考条件。

五、检测是否为内存马

遍历风险类,并检测以下规则:

1.内存马,对应的ClassLoader目录下没有对应的class文件

   public static Boolean checkClassIsNotExists(Class<?> clazz){
       String className = clazz.getName();
       String classNamePath = className.replace(".","/") + ".class";
       URL isExists = clazz.getClassLoader().getResource(classNamePath);
       if (isExists == null){
           return Boolean.TRUE;
       }
       return Boolean.FALSE;
   }

2.反编译该类的字节码,检查是否存在危险函数

   public static Boolean checkFileContentIsRisk(File dumpPath){
       List<String> riskKeyword = new ArrayList<String>();
       riskKeyword.add("javax.crypto.");
       riskKeyword.add("ProcessBuilder");
       riskKeyword.add("getRuntime");
       riskKeyword.add("ProcessImpl");
       riskKeyword.add("shell");
       String content = PathUtils.getFileContent(dumpPath);
       for (String keyword : riskKeyword) {
           if (content.contains(keyword)) {
               return Boolean.TRUE;
           }
       }

结果输出参考:如果没有class文件,可将该类风险等级标为high。如果包含恶意代码,将该类风险等级调至最高级。

   // 输出结果
   public static String getClassRiskLevel(Class<?> clazz, File dumpPath) {
       String riskLevel = "Low";
       // 检测 Classloader目录下是否存在class文件
       if (AnalysisUtils.checkClassIsNotExists(clazz)){
           riskLevel = "high";
       }
       // 反编译  检测java文件是否包含执行命令的危险函数
       if (AnalysisUtils.checkFileContentIsRisk(dumpPath)){
           riskLevel = "Absolutely";
       }
       return riskLevel;
   }

六、小结

本文只是对Tomcat内存马的检测提供了一些思路,但并未提及查杀,查杀将在下一篇分享。

以上所有方法的黑名单列表仅供参考,可自行更改。

感谢 fnmsd、c0ny1、LandGrey 师傅们的支持。

七、参考文章


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