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。
国庆前研究了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，以及部分核心代码。
作者： jweny @360云安全
0x01 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rebeyond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：
为方便学习，webshell demo已整理至github。
0x02 整体思路
无论是以上哪种攻击方式，影响的均为加载到tomcat jvm中的类。
从防守方的角度来说，可以通过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。这里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：
- 检查高风险类的class文件是否存在；
- 反编译风险类字节码，检查java文件中包含恶意代码
0x03 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 pid，传到agent，作为检测结果的文件名，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(); }
0x04 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来说开销有点大。
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，检查其自身，并递归检查其父类，如果命中特征，就标记为风险类。
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的参考条件。
0x05 检测是否为内存马
遍历风险类列表，并检测以下规则：
- 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; } - 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; }
0x06 小结
本文仅对Tomcat内存马的检测提供了一些思路，但并未提及查杀，查杀将在下一篇详细分享。
以上所有方法的黑名单列表仅供参考，可自行更改、扩充。
再次感谢 fnmsd、c0ny1、LandGrey 师傅们的大力支持。