RASP入门

前言

参考文章学习：https://www.javasec.org/java-rasp/

基本概念

运行时应用程序自我保护（Runtime application self-protection，简称RASP）使用Java Agent技术在应用程序运行时候动态编辑类字节码，将自身防御逻辑注入到Java底层API和Web应用程序当中，从而与应用程序融为一体，能实时分析和检测Web攻击，使应用程序具备自我保护能力。

RASP技术作为新兴的WEB防御方案，不但能够有效的防御传统WAF无法实现的攻击类型，更能够大幅提升对攻击者攻击行为的检测精准度。RASP是传统WAF的坚实后盾，能够弥补WAF无法获取Web应用运行时环境的缺陷，同时也是传统Web应用服务最重要的不可或缺的一道安全防线。

RASP通过注入自身到开发语言底层API中，从而完全的融入于Web服务中，拥有了得天独厚的漏洞检测和防御条件，RASP技术相较于传统的WAF拥有了更加精准、深层次的防御。RASP采用基于攻击行为分析的主动防御机制，严防文件读写、数据访问、命令执行等Web应用系统命脉，为Web应用安全筑建出“万丈高墙”

技术原理

JDK1.5开始，Java新增了Instrumentation（Java Agent API）和JVMTI（JVM Tool Interface）功能，允许JVM在加载某个class文件之前对其字节码进行修改，同时也支持对已加载的class（类字节码）进行重新加载（Retransform）。

利用Java Agent这一特性衍生出了APM（Application Performance Management，应用性能管理）、RASP（Runtime application self-protection，运行时应用自我保护）、IAST（Interactive Application Security Testing，交互式应用程序安全测试）等相关产品，它们都无一例外的使用了Instrumentation/JVMTI的API来实现动态修改Java类字节码并插入监控或检测代码。

RASP防御的核心就是在Web应用程序执行关键的Java API之前插入防御逻辑，从而控制原类方法执行的业务逻辑。如果没有RASP的防御，攻击者可以利用Web容器/应用的漏洞攻击应用服务器

示例 - Web攻击原理：

当Web应用接入RASP防御后，RASP会在Java语言底层重要的API（如：文件读写、命令执行等API）中设置防御点（API Hook方式），攻击者一旦发送Web攻击请求就会被RASP监控并拦截，从而有效的防御Web攻击。

示例 - RASP防御原理：

RASP的防御能力是基于“行为实现”的，RASP会根据Hook点触发的攻击事件（如：文件读取事件、命令执行事件）调用对应的防御模块，而不需要像传统的WAF一样，一次性调用所有的防御模块。

灵蜥Agent架构

灵蜥Agent由两大核心机制（Agent机制、Hook机制）、三大核心模块（RASP Loader、RASP Context、RASP 防御模块）组成。

RASP Agent架构图：

Agent机制和Hook机制是RASP实现防御的必要条件，RASP会使用Hook机制防御容易被攻击的Java类（如：Java SE、Web应用），当被防御的类方法被调用时会自动触发RASP的防御代码

基础概念

Hook机制类似于AOP机制（Aspect Oriented Programming，面向切面编程），使用基于Java Agent实现的Hook技术，RASP可以实现对Java类方法执行执行前后插入自定义逻辑，从而实现控制原本的程序执行的业务逻辑

ProcessBuilder Hook

未hook的原始java.lang.ProcessBuilder类代码片段

package org.java_study.RASP;

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

public final class Hook_Test {

    private List<String> command;

    // 省略其他不相关类和成员变量

    public Process start() throws IOException {
        // 省去其他无关代码
        return ProcessImpl.start(command, environment, dir, redirects, redirectErrorStream);
    }

}

ProcessBuilder类可以调用UNIXProcess/ProcessImpl类的native方法执行本地系统命令，默认情况下可以被任意的Java类调用，所以存在安全问题。RASP使用Agent机制动态修改了ProcessBuilder类的start方法字节码，在方法体的前后插入RASP防御代码，当start方法被调用时因为程序逻辑已被RASP更改，必须先执行RASP的防御逻辑之后才能够执行start方法的原始业务逻辑，如果RASP调用内部的检测逻辑后发现可能存在恶意攻击，RASP会终止start方法执行逻辑，从而避免了恶意攻击

示例 - RASP的Hook逻辑代码片段：

package org.javaweb.rasp.agent;

import org.javaweb.rasp.agent.commons.RASPLogger;
import org.javaweb.rasp.agent.hooks.advice.RASPMethodAdvice;
import org.javaweb.rasp.agent.hooks.annotation.RASPClassHook;
import org.javaweb.rasp.agent.hooks.annotation.RASPMethodHook;
import org.javaweb.rasp.agent.utils.ClassUtils;
import org.javaweb.rasp.loader.hooks.RASPHookResult;

/**
 * Hook 本地命令执行
 */
@RASPClassHook
public class LocalCommandHook {

     /**
      * Hook 通用的ProcessBuilder类
      */
     @RASPMethodHook(className = "java.lang.ProcessBuilder", methodName = "start")
     public static class ProcessBuilderHook extends RASPMethodAdvice {

       @Override
       public RASPHookResult<?> onMethodEnter() {
           Object obj = getThisObject();

           try {
               // 获取ProcessBuilder类的command变量值
               List<String> command = ClassUtils.getFieldValue(obj, "command");

               // 将执行的系统命令转换成字符串数组
               String[] commands = command.toArray(new String[command.size()]);

               // 调用processCommand方法，检测执行的本地命令合法性
               return LocalCommandHookHandler.processCommand(commands, obj, this);
           } catch (Exception e) {
                   RASPLogger.log(AGENT_NAME + "获取ProcessBuilder类command变量异常:" + e, e);
           }

             return new RASPHookResult(RETURN);
       }

     }

     // 省略其他本地命令执行Hook点

}

示例 - 经过RASP修改后的java.lang.ProcessBuilder类

package java.lang;

import org.javaweb.rasp.loader.hooks.RASPHookHandlerType;
import org.javaweb.rasp.loader.hooks.RASPHookProxy;
import org.javaweb.rasp.loader.hooks.RASPHookResult;

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

public final class ProcessBuilder {

    private List<String> command;

    public Process start() throws IOException {
      // 生成Object数组对象，存储方法参数值
      Object[] parameters = new Object[]{};

      // 生成try/catch
      try {
          // 调用RASP方法方法进入时检测逻辑
          RASPHookResult<?> enterResult = RASPHookProxy.onMethodEnter(parameters, ...);
          String HandlerType = enterResult.getRaspHookHandlerType().toString();

          if (RASPHookHandlerType.REPLACE_OR_BLOCK.toString().equals(HandlerType)) {
              // 如果RASP检测结果需要阻断或替换程序执行逻辑，return RASP返回结果中设置的返回值
              return (Process) enterResult.getReturnValue();
          } else if (RASPHookHandlerType.THROW.toString().equals(HandlerType)) {
              // 如果RASP检测结果需要往外抛出异常，throw RASP返回结果中设置的异常对象
              throw (Throwable) enterResult.getException();
          }

          // 执行程序原逻辑，执行本地系统命令并返回Process对象
          Process methodReturn = ProcessImpl.start(command, environment, dir, redirects, redirectErrorStream);

          // 调用RASP方法方法退出时检测逻辑，同onMethodEnter，此处省略对应代码

          return methodReturn;
      } catch (Throwable t) {
            // 调用RASP方法方法异常退出时检测逻辑，同onMethodEnter，此处省略对应代码
      }
    }

}

RASP Hook与Java Web攻击

常见的Java Web攻击方式最终几乎都会调用对应的Java类方法执行，而RASP恰好可以使用Hook机制控制任意的Java类方法执行逻辑，因此RASP可以使用Hook机制将易受攻击的Java类进行监控，从而实现防止恶意的Java Web攻击