NoAgent内存马检测

2022/1/19 7:07:49

编程Tag： 检测内存 agent Unsafe instrument NoAgent putLong JPLISAgent

本文主要是介绍NoAgent内存马检测，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

内存马是国内目前比较流行的web层权限维持方式，研究文章也特别多。本人阅读了rebeyond师傅的Java 内存攻击技术漫谈后，尝试利用其中的技术开发用于内存马检测的工具。

检测

首先，内存马分为两类，一类是利用web中间件组件或框架的特性在web执行流程中嵌入恶意代码来执行命令，例如tomcat的filter，servlet，springmvc的controller等，这类内存马在检测时也可以直接检测相应的组件。

另一类就是java-agent型的内存马，通过上传jar包，attach web应用，调用instrument，使用redefine或者retransform直接修改其关键类的代码，如冰蝎修改的就是 javax.servlet.http.HttpServlet类，在一般的web访问流程中都会调用该类，这类内存马检测时同样也需要java-agent来进行检测。

内存马防检测

以上为内存马简单的介绍，现在来看一下其进阶的技术，在rebeyond师傅的Java 内存攻击技术漫谈一文中，谈到了如何阻断java-agent的attach过程，这就为使用agent的检测制造了困难。

具体的实现可以看一下

议题解析与复现--《Java内存攻击技术漫谈》（一）

我们来看一下大致的实现

instrument机制实现类agent内存马的注入，但是也可以实现对内存马进行检测。

这里给出的方法就是注入内存马后将instrument机制破坏的，使其无法检测进程的类字节码等。

以下为instrument的工作流程

1.检测工具作为Client，根据指定的PID，向目标JVM发起attach请求；
2.JVM收到请求后，做一些校验（比如上文提到的jdk.attach.allowAttachSelf的校验），校验通过后，会打开一个IPC通道。
3.接下来Client会封装一个名为AttachOperation的C++对象，发送给Server端；
4.Server端会把Client发过来的AttachOperation对象放入一个队列；
5.Server端另外一个线程会从队列中取出AttachOperation对象并解析，然后执行对应的操作，并把执行结果通过IPC通道返回Client。

以下是windows端的防检测

我们来梳理一下loadagent整个流程

现在看来只要将jvmLib导出的两个函数JVM_EnqueueOperation和_JVM_EnqueueOperation@20 NOP掉即可完成instrument流程的破坏。

来看一下rebeyond师傅的处理方法

用JNI，核心代码如下：
 
unsigned char buf[]="\xc2\x14\x00"; //32,direct return enqueue function
HINSTANCE hModule = LoadLibrary(L"jvm.dll");
//LPVOID dst=GetProcAddress(hModule,"ConnectNamedPipe");
LPVOID dst=GetProcAddress(hModule,"_JVM_EnqueueOperation@20");
DWORD old;
if (VirtualProtectEx(GetCurrentProcess(),dst, 3, PAGE_EXECUTE_READWRITE, &old)){WriteProcessMemory(GetCurrentProcess(), dst, buf, 3, NULL);VirtualProtectEx(GetCurrentProcess(), dst, 3, old, &old);}
 
/*unsigned char buf[]="\xc3"; //64,direct return enqueue function
HINSTANCE hModule = LoadLibrary(L"jvm.dll");
//LPVOID dst=GetProcAddress(hModule,"ConnectNamedPipe");
LPVOIDdst=GetProcAddress(hModule,"JVM_EnqueueOperation");
//printf("ConnectNamedPipe:%p",dst);DWORD old;
if (VirtualProtectEx(GetCurrentProcess(),dst, 1, PAGE_EXECUTE_READWRITE, &old)){WriteProcessMemory(GetCurrentProcess(), dst, buf, 1, NULL);
VirtualProtectEx(GetCurrentProcess(), dst, 1, old, &old);
}*/

虽然有师傅给出了如何去绕过这一阻断，但是在rebeyond师傅的文章中，只要阻断了instrument流程图中的任意一个环节就行，导致阻断的方法可能多种多样，每一种都需要针对性的方法去绕过。

因此，我思考能否彻底将这里的阻断进行绕过，即不使用外部agent进行attach，也能调用instrument。恰巧rebeyond师傅的文章中提到了如何进行无文件落地的agent型内存马攻击，其中通过自己构造instrument，来达到不需要上传agent包，就能够调用instrument来修改关键类的效果。

NoAgent

如何在服务端构造instrument的具体实现可以看一下
议题解析与复现--《Java内存攻击技术漫谈》（二）无文件落地Agent型内存马

这里讲一下大致原理

首先来看一下java-agent正常情况下的创建流程

1. 在客户端和目标JVM建立IPC连接以后，客户端会封装一个用来加载agent.jar的AttachOperation对象，这个对象里面有三个关键数据：actioName、libName和agentPath；
2. 服务端收到AttachOperation后，调用enqueue压入AttachOperation队列等待处理；
3. 服务端处理线程调用dequeue方法取出AttachOperation；
4. 服务端解析AttachOperation，提取步骤1中提到的3个参数，调用actionName为load的对应处理分支，然后加载libinstrument.so（在windows平台为instrument.dll），执行AttachOperation的On_Attach函数（由此可以看到，Java层的instrument机制，底层都是通过Native层的Instrument来封装的）；
5. .ibinstrument.so中的On_Attach会解析agentPath中指定的jar文件，该jar中调用了redefineClass的功能；
6. 执行流转到Java层，JVM会实例化一个InstrumentationImpl类，这个类在构造的时候，有个非常重要的参数mNativeAgent：这个参数是long型，其值是一个Native层的指针，指向的是一个C++对象JPLISAgent。
7. InstrumentationImpl实例化之后，再继续调用InstrumentationImpl类的redefineClasses方法，做稍许校验之后继续调用InstrumentationImpl的Native方法redefineClasses0
8. 执行流继续走入Native层

看起来是不是很复杂，其实我们只需要关注server端做了什么

来看一下server端的调用栈，我们在server端的agentmain处下断点，可以发现server端的调用栈是从InstrumentationImpl类开始的，这就是上述的第六步，而之前几步都是client 或者native层的操作。因此在java层，我们可以直接从InstrumentationImpl类入手构造恶意代码。

这样就要先构造InstrumentationImpl类，看一下构造函数，结合之前debug生成的信息，发现var3=true，var4=false，需要构造的只要var1，即mNativeAgent，这个参数是long型，其值是一个Native层的指针，指向的是一个C++对象JPLISAgent。说明我们需要在native层构造合适的C++对象JPLISAgent。

private InstrumentationImpl(long var1, boolean var3, boolean var4) {
        this.mNativeAgent = var1;//需要构造这个参数
        this.mEnvironmentSupportsRedefineClasses = var3;
        this.mEnvironmentSupportsRetransformClassesKnown = false;
        this.mEnvironmentSupportsRetransformClasses = false;
        this.mEnvironmentSupportsNativeMethodPrefix = var4;
    }

要在native层构造参数，我使用了unsafe来实现内存分配

Unsafe unsafe = null;
try {    Field field = sun.misc.Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");    field.setAccessible(true);    unsafe = (sun.misc.Unsafe) field.get(null);} catch (Exception e) {    throw new AssertionError(e);}

接着就是看一下JPLISAgent的结构了

struct _JPLISAgent {
    JavaVM *                mJVM;                   /* handle to the JVM */
    JPLISEnvironment        mNormalEnvironment;     /* for every thing but retransform stuff */
    JPLISEnvironment        mRetransformEnvironment;/* for retransform stuff only */
    jobject                 mInstrumentationImpl;   /* handle to the Instrumentation instance */
    jmethodID               mPremainCaller;         /* method on the InstrumentationImpl that does the premain stuff (cached to save lots of lookups) */
    jmethodID               mAgentmainCaller;       /* method on the InstrumentationImpl for agents loaded via attach mechanism */
    jmethodID               mTransform;             /* method on the InstrumentationImpl that does the class file transform */
    jboolean                mRedefineAvailable;     /* cached answer to "does this agent support redefine" */
    jboolean                mRedefineAdded;         /* indicates if can_redefine_classes capability has been added */
    jboolean                mNativeMethodPrefixAvailable; /* cached answer to "does this agent support prefixing" */
    jboolean                mNativeMethodPrefixAdded;     /* indicates if can_set_native_method_prefix capability has been added */
    char const *            mAgentClassName;        /* agent class name */
    char const *            mOptionsString;         /* -javaagent options string */
};

JPLISAgent结构复杂，所以我们从后面的redefineclass入手，看一下哪些参数需要。

void
redefineClasses(JNIEnv * jnienv, JPLISAgent * agent, jobjectArray classDefinitions) {
    jvmtiEnv*   jvmtienv                        = jvmti(agent);
    jboolean    errorOccurred                   = JNI_FALSE;
    jclass      classDefClass                   = NULL;
    jmethodID   getDefinitionClassMethodID      = NULL;
    jmethodID   getDefinitionClassFileMethodID  = NULL;
    jvmtiClassDefinition* classDefs             = NULL;
    jbyteArray* targetFiles                     = NULL;
    jsize       numDefs                         = 0;
    ...

这里根据用法可以看出jvmti是一个宏或函数，搜索一下可以发现这是个宏

可以确定redefineclass需要mNormalEnvironment参数。

来看一下这个参数的结构。

struct _JPLISEnvironment {
    jvmtiEnv *              mJVMTIEnv;              /* the JVM TI environment */
    JPLISAgent *            mAgent;                 /* corresponding agent */
    jboolean                mIsRetransformer;       /* indicates if special environment */
};

可以看到这个结构里存在一个回环指针mAgent，又指向了JPLISAgent对象，另外，还有个最重要的指针mJVMTIEnv，这个指针是指向内存中的JVMTIEnv对象的，这是JVMTI机制的核心对象。另外，经过分析，JPLISAgent对象中还有个mRedefineAvailable成员，必须要设置成true。

这样一来，我们只要想办法获取到mJVMTIEnv就能完成构造。

在《Java内存攻击技术漫谈》文章中，由于讲的是攻击技术，且过程中不能有文件落地，所以获取目标机器的mJVMTIEnv比较复杂，但是我们做得是检测工具，没有那么多限制，直接使用JNI，配合dll就能完成地址的获取。

以下是dll的代码

#include "pch.h"
#include "getAgent.h"
#include"getJPSAgent.h"
#include "jvmti.h"
JNIEXPORT void JNICALL Java_getJPSAgent_caloffset
(JNIEnv*, jobject) {
    struct JavaVM_* vm;
    jsize count;
    typedef jint(JNICALL* GetCreatedJavaVMs)(JavaVM**, jsize, jsize*);
    //本来想直接调用GetCreatedJavaVMs函数但是缺少特定头文件，因此只能typedef定义另一个结构相同的函数
    GetCreatedJavaVMs jni_GetCreatedJavaVMs;
    // ...
    jni_GetCreatedJavaVMs = (GetCreatedJavaVMs)GetProcAddress(GetModuleHandle(
        TEXT("jvm.dll")), "JNI_GetCreatedJavaVMs");
    //由于jvm.dll在java程序开始时就已经加载，因此可以直接获取dll中JNI_GetCreatedJavaVMs的地址
    jni_GetCreatedJavaVMs(&vm, 1, &count);//获取jvm对象的地址
    struct jvmtiEnv_* _jvmti_env;
    HMODULE jvm = GetModuleHandle(L"jvm.dll");//获取jvm基址
    vm->functions->GetEnv(vm, (void**)&_jvmti_env, JVMTI_VERSION_1_2);//获取_jvmti_env的地址，即即指向JVMTIEnv指针的指针。
    printf(" hModule jvm = 0x%llx\n", jvm);
    printf(" struct JavaVM_* vm = 0x%llx\n", vm);
    printf(" _jvmti_env = 0x%llx\n", _jvmti_env);
 ;
}

然后将获取的地址放到相应位置就能完成构造了。

以下是获取instrument对象的代码

public Object genImp(String dlladdress,detect getJPSAgent) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        System.load(dlladdress);

        long native_jvmtienv = getJPSAgent.caloffset();
        
        Unsafe unsafe = null;
        try {    Field field = sun.misc.Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
            field.setAccessible(true);
            unsafe = (sun.misc.Unsafe) field.get(null);}
        catch (Exception e) {
            throw new AssertionError(e);}
        long JPLISAgent = unsafe.allocateMemory(0x100000);
        //unsafe.putLong(jvmtiStackAddr,jvmtiAddress);
        unsafe.putLong(native_jvmtienv+8,0x30010100000071eel);
        unsafe.putLong(native_jvmtienv+0x168,0x9090909000000200l);//实现redefineClass
        System.out.println("long:"+Long.toHexString(native_jvmtienv+0x168));
        unsafe.putLong(JPLISAgent,unsafe.getLong(native_jvmtienv) -0x9D6760);
    
        unsafe.putLong(JPLISAgent + 8, native_jvmtienv);//实现retransform,mNormalEnvironment.mJVMTIEnv;
        unsafe.putLong(JPLISAgent + 0x10, JPLISAgent);// mNormalEnvironment.mAgent;
        unsafe.putLong(JPLISAgent + 0x18, 0x00730065006c0000l);//mNormalEnvironment.mIsRetransformer; 决定是否可以retransform
        //make retransform env
        unsafe.putLong(JPLISAgent + 0x20, native_jvmtienv);//mRetransformEnvironment.mJVMTIEnv
        unsafe.putLong(JPLISAgent + 0x28, JPLISAgent);//mRetransformEnvironment.mAgent
        unsafe.putLong(JPLISAgent + 0x30, 0x0038002e00310001l);//mRetransformEnvironment.mIsRetransformer
        unsafe.putLong(JPLISAgent + 0x38,  0);//jobject                 mInstrumentationImpl;
        unsafe.putLong(JPLISAgent + 0x40, 0);// jmethodID               mPremainCaller;
        unsafe.putLong(JPLISAgent + 0x48, 0);//jmethodID               mAgentmainCaller;
        unsafe.putLong(JPLISAgent + 0x50, 0);//jmethodID               mTransform;
        unsafe.putLong(JPLISAgent + 0x58, 0x0072007400010001l);
        /*    jboolean                mRedefineAvailable;     /* cached answer to "does this agent support redefine"
        jboolean                mRedefineAdded;         /* indicates if can_redefine_classes capability has been added
        jboolean                mNativeMethodPrefixAvailable; /* cached answer to "does this agent support prefixing"
        jboolean                mNativeMethodPrefixAdded;     /* indicates if can_set_native_method_prefix capability has been added */
        unsafe.putLong(JPLISAgent + 0x60, JPLISAgent + 0x68);// char const *            mAgentClassName;        /* agent class name */
        unsafe.putLong(JPLISAgent + 0x68, 0x0041414141414141l);// char const *            mOptionsString;         /* -javaagent options string */
        Class<?> instrument_clazz = Class.forName("sun.instrument.InstrumentationImpl");
        Constructor<?> constructor = instrument_clazz.getDeclaredConstructor(long.class, boolean.class, boolean.class);
        constructor.setAccessible(true);
        Object insn = constructor.newInstance(JPLISAgent, true, false);
        return  insn;//返回对象
    }

以上过程就能实现在server端直接构造Instrument，也就是所谓的NoAgent。

之后其实就是正常的Agent检测内存马思路了，不过可能是由于是自构造的instrument，有些函数调用时会发生报错，比如retransform，因此就没有这么方便去直接还原被agent型内存马修改的类了。因此，此类内存马的删除方式还在构思中。

由此NoAgent内存马检测的思路也就诞生了。

检测程序主要包含五个文件

NoAgent.jar 用于生成instrument，对agent型内存马进行检测
NoAgent.dll 用于获取jvm的地址等数据提供给NoAgent.jar
detect.jsp 对NoAgent.jar进行外部调用，对filter等框架中的组件进行内存马检测，提供用户交互界面
dumpclass.jar 将内存中的class导出到磁盘，用于后续的反编译代码检测（使用cfr进行反编译）
sa-jdi.jar 作为dumpclass.jar的必要组件，放在%JAVA_HOME%/lib中

该程序的优点

可以绕过对attach的阻断，因为没有使用attach，由于没有使用attach，对一些大型web应用的性能应该没什么影响。
使用dumpclass，配合cfr 基本上可以方便的显示所有class的java 代码。

缺点

dumpclass使用环境限制，导致只能在java8的环境使用，java11使用dump功能时会出现报错（待解决）

java.lang.RuntimeException: can't determine target's VM version : field "_reserve_for_allocation_prefetch" not found in type Abstract_VM_Version sun.jvm.hotspot.debugger.DebuggerException: java.lang.RuntimeException: can't determine target's VM version : field "_reserve_for_allocation_prefetch" not found in type Abstract_VM_Version at 
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