【安全研究】JavaAgent技术在内存马中的应用

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【安全研究】JavaAgent技术在内存马中的应用

2022-03-03 17:10:06

所属地福建省

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JavaAgent技术简介

JDK1.5开始引入了Agent机制(即启动java程序时添加“-javaagent”参数，Java Agent机制允许用户在JVM加载class文件的时候先加载自己编写的Agent文件，通过修改JVM传入的字节码来实现注入自定义的代码。采用这种方式时，必须在容器启动时添加jvm参数，所以需要重启Web容器。

JDK1.6新增了attach方式，可以对运行中的java进程附加agent，提供了动态修改运行中已经被加载的类的途径。一般通过VirtualMachine的attach(pid)方法获得VirtualMachine实例，随后可调用loadagent方法将JavaAgent的jar包加载到目标JVM中。

下面一个章节笔者将通过两个demo案例说明JavaAgent技术的两种方式，让读者明白premain和agentmain的具体原理。

JavaAgent两种方式

1、Premain

创建一个sayHello类，写一个say()方法。

public class sayHello {

public String say() {

return "hello,world!";

}

创建一个People类，运行say()方法，输出结果为：hello,world!

public class People {

public static void main(String[] args) {

System.out.println(new sayHello().say());

}

创建Transformer重写transformer方法，实现修改传入JVM的字节码。笔者这里通过javassist对类字节码进行处理。

package org.example;

import javassist.*;

import java.io.IOException;

import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;

import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;

import java.security.ProtectionDomain;

public class Transformer implements ClassFileTransformer {

@Override

public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {

System.out.println(className);

if (className.endsWith("sayHello")){

try {

final ClassPool classPool = ClassPool.getDefault(); // 创建ClassPool对象

final CtClass ctClass = classPool.get("org.example.sayHello");

CtMethod ctMethod = ctClass.getDeclaredMethod("say"); // 获取成员方法

String methodBody = "return \"hello premain\";";

ctMethod.setBody(methodBody); //替换方法体中所有内容

byte[] bytes = ctClass.toBytecode(); //使用类CtClass，生成类二进制

//调用CtClass对象的detach()方法 CtClass对象从ClassPool移除掉减少内存消耗

ctClass.detach();

return bytes;

} catch (NotFoundException e) {

e.printStackTrace();

} catch (CannotCompileException e) {

e.printStackTrace();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

return null;

}

定义Premain类的premain方法

package org.example;

import java.lang.instrument.Instrumentation;

public class Premain {

public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst){

System.out.println("premain agent run!");

inst.addTransformer(new Transformer());

}

使用Maven打包成TestPremain-1.0-SNAPSHOT.jar文件，需要如下修改pom.xml文件。把<Premain-class>设置为premain方法所在类。

<artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>

<Premain-class>org.example.Premain</Premain-class>

<Can-Redefine-Classes>true</Can-Redefine-Classes>

<Can-Retransform-Classes>true</Can-Retransform-Classes>

</manifestEntries>

</archive>

</configuration>

</plugin>

在运行配置中添加vm选项

图1

运行结果如图2所示，修改了say方法。

图2

2、Agentmain

同premain也创建一个People类循环打印字符串，代码如下所示。

package org.example;

public class People {

public void sayHello(String name) {

System.out.println(String.format("%s say hello!", name));

}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

People p = new People();

for (;;){

Thread.sleep(1000);

p.sayHello(Thread.currentThread().getName());

}

重写transform方法，注入进程后打印输出代理的类，代码如下所示。

package org.example;

import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;

import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;

import java.security.ProtectionDomain;

public class Transform implements ClassFileTransformer {

@Override

public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {

System.out.println(String.format("agent run target class= %s", className));

return classfileBuffer;

}

新建Agent类实现agentmain方法，代码如下所示

public class Agent {

public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) throws ClassNotFoundException, UnmodifiableClassException {

inst.addTransformer(new Transform(),true);

inst.retransformClasses(Class.forName("org.example.People"));

}

将Agent设置为<Agent-Class>并打包成为jar文件。Pom.xml文件如下所示，值得注意的是如果需要修改已经被JVM加载过的类的字节码，那么还需要在MANIFEST.MF中添加Can-Retransform-Classes:true或Can-Redefine-Classes:true。

<Agent-Class>org.example.Agent</Agent-Class>

<Can-Retransform-Classes>true</Can-Retransform-Classes>

创建Attach类注入目标类的进程，代码如下所示。

public class Attach {

public static void main(String[] args) throws IOException, AttachNotSupportedException, AgentLoadException, AgentInitializationException {

String agentPath = "F:\\IdeaProjects\\TestAgent\\target\\TestAgent-1.0-SNAPSHOT.jar";

List<VirtualMachineDescriptor> list = VirtualMachine.list(); //获取本机所有运行的Java进程

for (VirtualMachineDescriptor desc :list){

if (desc.displayName().endsWith("People")){

VirtualMachine vm = VirtualMachine.attach(desc.id());

vm.loadAgent(agentPath);

vm.detach();

}

Attach捕获到类进程号如图3所示。

图3

先运行people类在运行attach，运行结果如图4所示。

图4

分析JavaAgent型内存马

由上文可知Agentmain可实现最重要的三个类Agent Attach Transform，来分析冰蝎作者之前写的memshell实现原理，项目地址：https://github.com/rebeyond/memShell.gitMemshell中Transform类代码如图5所示。

图5

不同于前面章节的demo，这里除了使用ClassPool.getDefault()还使用ClassClassPath搜索class路径其原理是：ClassPool.getDefault()获取的ClassPool使用JVM的classpath。在Tomcat等Web服务器运行时,服务器会使用多个类加载器作为系统类加载器,这可能导致ClassPool可能无法找到用户的类。这时,ClassPool须添加额外的classpath才能搜索到用户的类。

CtClass cc = cp.get("org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain");

CtMethod m = cc.getDeclaredMethod("internalDoFilter");

m.addLocalVariable("elapsedTime", CtClass.longType);

m.insertBefore(readSource());

如上代码：作者Hook了ApplicationFilterChain中的internalDoFilter方法，然后定义一个long类型的属性，elapsedTime，并通过insertBefore方法将source.txt中内容插入到方法内容的开始处。source.txt是url参数和agent交互的逻辑，如图6所示。

图6

笔者之前用此内存马时发现两个特点：第一是该内存马会自己删除jar包，实现代码如下。

图7

第二点是重启tomcat服务之后内存马还是存在，只有通过jps-l kill掉进程后启动服务才能删除内存马，其原理是使用了ShutdownHook机制。

图8

通过使用Runtime.addShutdownHook(Thread hook)方法注册JVM关闭的勾子，调用writeFiles方法把jar包落地磁盘，再通过Runtime.exec启动java-jar inject.jar。

由于Hook的关键函数ApplicationFilterChain.internalDoFilter是tomcat的方法，导致其他中间件不适用，在冰蝎3.0中的内存马作者更改了Hook点。（源码版本为V3.0 Beta11_t00ls）在agentmain中做了一个判断，如果是Tomcat选择hook javax.servlet.http.HttpServlet中的service方法，如果是weblogic选择hookweblogic.servlet.internal.ServletStubImpl中的execute方法。

代码如图9所示。

图9

在jdk9及以后的版本不允许SelfAttach(即无法attach自身的进程)。修改前面章节Attach demo，将jdk换成9之后的，attach自身的PID会报错提示Can not attach to current VM。代码如下，报错截图如图10所示。

public class Attach {

public static void main(String[] args) throws Exception {

List<VirtualMachineDescriptor> list = VirtualMachine.list();

for(VirtualMachineDescriptor desc : list){

System.out.println("进程ID：" + desc.id() + "，进程名称：" + desc.displayName());

}

Scanner myObj = new Scanner(System.in);

System.out.println("输入要注入的进程：");

String pid = myObj.nextLine();

String agentPath = "F:\\IdeaProjects\\TestAgent\\target\\TestAgent-1.0-SNAPSHOT.jar";

VirtualMachine vm = VirtualMachine.attach(pid);

vm.loadAgent(agentPath);

vm.detach();

}

图10

看到Rebeyond师傅在《Java内存攻击技术漫谈》中提出一种方法，绕过allowAttachSelf。首先Debug attch执行流程，如图11所示。可以发现attach的时候会创建一个HotSpotVirtualMachine的父类对象，取键值对jdk.attach.allowAttachSelf的值计算后保存到ALLOW_ATTACH_SELF中，可通过反射修改该属性值。

图11

ALLOW_ATTACH_SELF字段有final修饰符，需要设置setAccessible(true)；具体代码如下所示。

Class cls=Class.forName("sun.tools.attach.HotSpotVirtualMachine");

Field field=cls.getDeclaredField("ALLOW_ATTACH_SELF");

field.setAccessible(true);

Field modifiersField=Field.class.getDeclaredField("modifiers");

modifiersField.setAccessible(true);

modifiersField.setInt(field,field.getModifiers()&~Modifier.FINAL);

field.setBoolean(null,true);

修改后会弹出警告信息如图12所示，成功注入结果如图13所示。

图12

图13

回到冰蝎3.0源码中，通过setProperty将jdk.attach.allowAttachSelf设置为true，实现绕过SelfAttach。

System.setProperty("jdk.attach.allowAttachSelf", "true");

总结

本文从permain和agentmain两种实现JavaAgent的原理方法引入到java agent在内存马中的应用，通过分析memshell到冰蝎3.0内存马源码，加深了对agent型内存马Hook的关键函数、持久化方法以及绕过SelfAttach方法等内存马技术点的理解与学习，希望对读者有帮助。

# 冰蝎 # 内存马

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