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
1Premain
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
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。把设置为premain方法所在类。
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
2Agentmain
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
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。
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
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
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。
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