Java中的RASP机制实现详解

时间:2021-04-02 人气:0

RSAP

RASP是Gartner公司提出的一个概念，称：程序不应该依赖于外部组件进行运行时保护，而应该自身拥有运行时环境保护机制；

RASP就是运行时应用自我保护（Runtime application self-protection）的缩写，正如RASP字面意思一样，这是运行在运行时的一种防护技能；也就是说RASP能够在程序运行期间实施自我保护，监控与过滤有害信息，还能够拥结合程序的当前上下文实施精确、实时的防护；

Java中的RASP

不严格来说Java是半编译、半解释型语言，我们也都知道Java中也有运行时（Runtime）那Java的运行时在哪呢？

不急，我们先看看Java从编译到运行的流程图；

上图的流程为：Java编译程序如Javac编译.java源码文件，生成Java字节码文件.class，接着.class文件进入JVM中解释执行；从中我们可以看到Java的最后执行阶段是在JVM中，也就可以说Runtime运行时是JVM的重要组成部分；除此之外我们还发现

Java中实现RASP的几个关键点：

1、我们的防护程序必须能够分析、修改java的.class文件；

2、必须在JVM解释执行.class文件时进行注入（Java Runtime）；

通过上面的分析我们知道了要实现Java的RASP所要具备的能力，然后我们发现在Java中有Javassist、与ASM可以实现对Java字节码的修改；有了修改.class字节码文件的技能，还需要能够在Java运行期间注入我们的防护程序，通过上面我们发现Java运行时是发生在JVM中，通过查找相关资料与JVM参数发现在JVM参数中有-javaagent参数配置Java代理可以在运行时注入我们的防护程序；

Java RASP实现

在上面的分析中我们发现只要在JVM的-javaagent参数中配置我们的保护程序，就能够轻松实现Java的RASP；

Java代理程序入口类需要有名为premain的静态方法，还需要在jar的META-INF/MAINIFEST.MF文件中包含 Premain-Class配置，下面是RASP保护程序的入口类；

JavaRASPApp：

/**
 * @author linx
 * @date 2017-06-25
*/
public class JavaRASPApp {

 public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instru) throws ClassNotFoundException, UnmodifiableClassException {
  System.out.println("premain");
  instru.addTransformer(new ClassTransformer());
 }
}

ClassTransformer类实现了Java的代理程序机制提供的ClassFileTransformer接口，能够在运行时（Runtime）对类的字节码进行替换与修改；

ClassTransformer也很简单，只有一个实现方法：transform，此方法中可以获取得到ClassLoader、className、classfileBuffer等，分别为类加载器、类名、字节码；

此时我们可以在transform方法中做文章，实现我们的防护程序；

/**
 * @author linxin
 * @version v1.0
 *     Copyright (c) 2017 by linx
 * @date 2017/6/23.
*/
 public class ClassTransformer implements ClassFileTransformer {
 public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer){
  byte[] transformeredByteCode = classfileBuffer;
  try {

    if (className.equals("co/solinx/demo/Test")) {
      System.out.println(String.format("transform start %s",className));
      ClassReader reader = new ClassReader(classfileBuffer);
      ClassWriter writer = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS);
      ClassVisitor classVisitor = (ClassVisitor) createVisitorIns("co.solinx.demo.visitor.TestVisitor", writer, className);
      reader.accept(classVisitor, ClassReader.EXPAND_FRAMES);
      transformeredByteCode = writer.toByteArray(); 
    }
  } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
  }catch (Throwable t){
    t.printStackTrace();
  }
  return transformeredByteCode;
}
 public Object createVisitorIns(final String name, ClassVisitor cv, String className)
    throws NoSuchMethodException, InstantiationException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, ClassNotFoundException {
  Constructor<?> ctor = Class.forName(name).getDeclaredConstructor(new Class[]{ClassVisitor.class, String.class});
  ctor.setAccessible(true);
  return ctor.newInstance(new Object[]{cv, className});
 }
}

可以看到我们在transform方法中co/solinx/demo/Test类进行拦截，并通过ASM修改字节码注入我们的保护逻辑，下面代码是TestVisitorAdapter类中的onMethodEnter方法实现了通过ASM调用拦截器，抛出异常的字节码；

@Override
protected void onMethodEnter() { 
  mv.visitTypeInsn(NEW,"co/solinx/demo/filter/SqlFilter");
  mv.visitInsn(DUP);
  mv.visitMethodInsn(INVOKESPECIAL,"co/solinx/demo/filter/SqlFilter","<init>","()V",false);
  mv.visitVarInsn(ASTORE,2);
  mv.visitVarInsn(ALOAD,2);
  mv.visitVarInsn(ALOAD,1);
  mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL,"co/solinx/demo/filter/SqlFilter", "filter","(Ljava/lang/Object;)Z",false);
  Label label = new Label();
  /**
   * IFEQ filter返回值也就是栈顶int型数值等于true时跳转，抛出异常
   */
  mv.visitJumpInsn(IFEQ, label); 
  mv.visitTypeInsn(NEW, "java/sql/SQLException");
  mv.visitInsn(DUP);
  mv.visitLdcInsn("invalid sql because of security check");
  mv.visitMethodInsn(INVOKESPECIAL, "java/sql/SQLException", "<init>", "(Ljava/lang/String;)V", false);
  mv.visitInsn(ATHROW);
  mv.visitLabel(label);
  /**
   * 必须要调该方法，手动设置Stack Map Table，否则会有 java.lang.VerifyError: Expecting a stackmap frame at branch target 26异常
   * 在jdk1.7中可以使用JVM参数-UseSplitVerifier，关掉class验证，但jdk1.8中该参数已经去掉，所以要在1.8中运行必须调用该方法；
   */
  mv.visitFrame(Opcodes.F_SAME, 0, null, 0, null);
 }

SqlFilter拦截类：

public class SqlFilter {
public boolean filter(Object sql){
  boolean ret=false;
  System.out.println(String.format("sql filter : %s ",sql));
  if(sql.toString().contains("1=1")){
    ret=true;
  }
  return ret;
}
}

TestVisitorAdapter类中的onMethodEnter方法中通过调用filter拦截器，返回true就是被拦截了，抛出异常，否则放行；至此一个简单的JAVA RASP demo就完成了；通过后面的方式即可使用我们的RASP程序：java -javaagent:respjar-1.0-SNAPSHOT.jar app.jar;

通过RASP可以通过无嵌入、无需修改代码的实现安全保护，在RASP中可以拦截SQL、会话、有害请求、OGNL等等信息；

Demo源码：https://github.com/linxin26/javarespdemo

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