Java agent技术的注入利用与避坑点

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蚁景网安实验室
     湖南
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    什么是Java agent技术？

    Java代理（Java agent）是一种Java技术，它允许开发人员在运行时以某种方式修改或增强Java应用程序的行为。Java代理通过在Java虚拟机（JVM）启动时以"代理"（agent）的形式加载到JVM中，以监视、修改或甚至完全改变目标应用程序的行为。

    Java agent 可以做什么？

    1. 安全监控和审计：

      通过Java代理，可以在应用程序中注入代码以监视其行为并记录关键事件。这可以用于安全审计目的，以确保应用程序不受到恶意行为或违规操作的影响。

    2. 安全验证和授权：

      Java代理可以拦截对受保护资源的访问，并执行安全验证和授权操作。通过代理，可以实现访问控制策略，确保只有经过授权的用户或系统可以访问特定资源。

    3. 安全加固：

      通过Java代理，可以对应用程序进行安全加固，例如实时检测和防御攻击，包括代码注入、SQL注入、跨站点脚本攻击等。代理可以拦截请求，并根据安全策略进行处理，从而提高应用程序的安全性。

    4. 加密和解密：

      Java代理可以用于实现端到端的数据加密和解密，保护敏感数据在传输过程中的安全性。代理可以拦截数据流，对数据进行加密或解密操作，以确保数据在传输过程中不会被窃取或篡改。

    5. 安全日志记录：

      Java代理可以用于记录应用程序的安全日志，包括用户操作、异常事件、安全警报等。通过代理，可以将安全日志发送到中央日志服务器进行集中管理和分析，以便及时发现和应对安全威胁。

    静态Agent使用

    创建Maven项目，写一个类PreMainTraceAgent，使用Maven编译并打成jar包。

    package com.example;

import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
import java.security.ProtectionDomain;

public class PreMainTraceAgent {

public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) {
System.out.println("agentArgs : " + agentArgs);
inst.addTransformer(new DefineTransformer(), true);
}

static class DefineTransformer implements ClassFileTransformer {
static int counts=0;
@Override
public byte[] transform(
ClassLoader loader,
String className,
Class<?> classBeingRedefined,
ProtectionDomain protectionDomain,
byte[] classfileBuffer
) throws IllegalClassFormatException {
System.out.println("premain load Class:" + className);
System.out.println("filter "+(counts++)+" class");
return classfileBuffer;
}
}
}

    打成jar包之后我们要注意META-INF目录下的MSNIFEST.MF文件，MANIFEST.MF
    文件是 Java 归档文件（如 JAR
    文件）的一部分，用于描述归档文件的元数据信息和配置。它通常位于归档文件的根目录下。

    一些常见的属性我们需要了解

    1. Manifest-Version: 描述了 MANIFEST.MF 文件的版本。
    2. Created-By: 描述了创建该归档文件的工具名称和版本。

    3. Main-Class: 描述了可执行 JAR 文件的入口类（Main类），当您执行 JAR

      文件时，Java虚拟机会自动寻找并执行该类中的main方法。

    4. Class-Path: 描述了归档文件中包含的依赖项 JAR 文件的路径，以便 Java

      虚拟机在运行时能够找到并加载这些依赖项。

    在构建和部署 Java 应用程序时，MANIFEST.MF文件可以帮助指定各种元数据信息，使得应用程序可以更好地被管理和执行。例如，当您创建一个可执行的JAR 文件时，通过指定 Main-Class 属性，可以告诉 Java 虚拟机该 JAR 文件的入口点是哪个类。

    另外创建一个项目，写一个主函数，内容随意，配置虚拟机选项。这里-javaagent:后面跟上上面项目jar包的绝对路径。

    运行结果如图：

    可以看到premain方法中的代码成功的执行在了Main函数之前。这种使用premain方法在Main函数前执行的也被成为静态agent

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    动态Agent使用

    首先是被代理部分（单独的项目）

    package com.example;

import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
import java.security.ProtectionDomain;

public class AgentMain {
public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation
instrumentation) {
instrumentation.addTransformer(new MyTransformer(),true);

}
public static class MyTransformer implements ClassFileTransformer {
static int count = 0;

@Override
public byte[] transform(
ClassLoader loader,
String className,
Class<?> classBeingRedefined,
ProtectionDomain protectionDomain,
byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {
System.out.println("hello world");//这里就是我们能看到的输出。
return classfileBuffer;
}
}
}

    接下来就是使用Maven打成jar包

    默认情况下META-INFMANIFEST.MF文件中有这些内容

    Manifest-Version: 1.0

    Created-By: Maven JAR Plugin 3.3.0

    Build-Jdk-Spec: 11

    但是这些是不够的，我们需要指出被代理的类。

    Manifest-Version: 1.0

    Agent-Class: com.example.AgentMain

    Can-Redefine-Classes: true

    Can-Retransform-Classes: true

    1. Agent-Class：指定了代理的入口类。这个属性告诉 Java 虚拟机代理应该从哪个类的 premain 或 agentmain 方法开始执行。premain 方法用于静态代理（在 JVM 启动时加载），而 agentmain 方法用于动态代理（在 JVM 运行时加载）。代理的入口类必须包含其中一个方法。
    2. Can-Redefine-Classes：指定了代理是否可以重新定义类。如果设置为true，代理将允许重新定义已经加载的类，这意味着你可以修改已经加载的类的字节码。这对于某些代理操作，如热代码替换，非常有用。
    3. Can-Retransform-Classes：指定了代理是否可以重新转换类。如果设置为true，代理将允许重新转换已经加载的类，这意味着你可以多次修改已经加载的类的字节码。这对于一些特定的代理操作也是非常有用的，如AOP（面向切面编程）。

    因为是动态加载所以我们不需要在虚拟机启动选项中指定jar包的路径。

    接下来写主程序的测试类

    package org.example;

import com.sun.tools.attach.VirtualMachine;

import java.io.File;
import java.lang.management.ManagementFactory;

public class TestMain {
public static void main(String[] args) {
String agentJarPath =
"C:Users86186DesktopstudyJavauntitledtargetuntitled-1.0-SNAPSHOT.jar";
File agentJarFile = new File(agentJarPath);
if (!agentJarFile.exists()) {
System.err.println("Agent JAR file not found.");
return;
}
String name = ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName();
String pid = name.split("@")[0];

if (pid == null) {
System.err.println("Unable to find process ID.");
return;
}
String targetClassName = "AgentMain";
try {
VirtualMachine vm = VirtualMachine.attach(pid);
vm.loadAgent(agentJarPath,targetClassName);
vm.detach();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}

}

    这里在获取进程号的时候会因为版本的不同而出现错误，java9以下默认是正常的，java9以上会出现报错，我们需要在虚拟机启动参数中加上-Djdk.attach.allowAttachSelf=true。

    运行结果：

    为什么结果中有多个helloworld

    这里有讲一下为什么我们在代码中之用了一次sout，但是在结果中却出现了多个helloworld。

    MyTransformer类中的transform方法中的输出语句只会在类被加载时执行一次，但是它会对每个类文件调用一次。由于一个类可能会由多个ClassLoader加载，或者同一个ClassLoader可能会加载多次，因此会导致多次输出。

    这种情况通常在Java应用程序中使用了多个ClassLoader时发生，例如Web应用程序中的热部署或者OSGi环境中。每次类被加载，transform方法都会被调用一次，因此会看到多次输出。

    我们可以修改一下代码做测试，这里我在每个helloworld后添加了被加载类的名字

    修改后的输出结果：

    实战示例：修改目标虚拟机中执行的程序

    第一步

    首先我们写出我们正在执行的程序：循环打印helloworld。

    package org.example;

import static java.lang.Thread.sleep;

public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
while(true) {
hello();
sleep(1500);
}
}
public static void hello(){
System.out.println("Hello World!");
}
}

    第二步

    准备我们的agentmain和ClassFileTransformer实现类。

    package com.example;

import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
import java.lang.instrument.UnmodifiableClassException;
import java.security.ProtectionDomain;

public class AgentMain {
public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation
instrumentation) throws UnmodifiableClassException {
Class [] classes = instrumentation.getAllLoadedClasses();

//获取目标JVM加载的全部类
for(Class cls : classes){

if (cls.getName().equals("org.example.Main")){

instrumentation.addTransformer(new HackTransform(),true);
instrumentation.retransformClasses(cls);
}
// System.out.println(cls.getName());
}

}

}

package com.example;

import javassist.ClassClassPath;
import javassist.ClassPool;
import javassist.CtClass;
import javassist.CtMethod;

import java.io.IOException;
import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;
import java.security.ProtectionDomain;

public class HackTransform implements ClassFileTransformer {

@Override
public byte[] transform(ClassLoader loader, String className,
Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain,
byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {
if (className.equals("org/example/Main")) {
try {
System.out.println(className);

ClassPool classPool = ClassPool.getDefault();


if (classBeingRedefined != null) {
ClassClassPath ccp = new ClassClassPath(classBeingRedefined);
classPool.insertClassPath(ccp);
}

CtClass ctClass = classPool.get("org.example.Main");
System.out.println(ctClass);


CtMethod ctMethod = ctClass.getDeclaredMethod("hello");

//设置方法体
String body = "{System.out.println("[+]Hacker!！");}";
ctMethod.setBody(body);
ctClass.defrost();

return ctClass.toBytecode();

} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}

return null;
}
}

    第三步

    把第二步中的两个类打成jar包。并修改其中MANIFEST.MF中的内容。

    MANIFEST.MF中的内容

    Manifest-Version: 1.0Agent-Class:
    com.example.AgentMainCan-Redefine-Classes: trueCan-Retransform-Classes:
    true

    第四步

    写我们的注入代码

    package org.example;

import com.sun.tools.attach.*;

import java.io.IOException;
import java.util.List;

public class inject {

public static void main(String[] args) throws IOException,
AttachNotSupportedException, AgentLoadException,
AgentInitializationException {
//调用VirtualMachine.list()获取正在运行的JVM列表
List<VirtualMachineDescriptor> list = VirtualMachine.list();
for (VirtualMachineDescriptor vmd : list) {
System.out.println(vmd.displayName());

if (vmd.displayName().equals("org.example.Main")) {

//连接指定JVM
VirtualMachine virtualMachine = VirtualMachine.attach(vmd.id());
String agentJarPath =
"C:Users86186DesktopstudyJavauntitledtargetuntitled-1.0-SNAPSHOT.jar";
//加载Agent
virtualMachine.loadAgent(agentJarPath,"com.example.AgentMain");
//断开JVM连接
virtualMachine.detach();
}

}

}
}

    第五步

    执行即可（先运行主java程序，后运行注入程序）

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