将任意Bytecode注入运行中的Python进程

endiat 发布于2019-07-24 17:59 / 1838人阅读

摘要：在调试程序的时候，一般我们只能通过以下几种方式进行调试程序中已经有的日志在代码中插入但是以上的方法也有不方便的地方，比如对于已经在运行中的程序，就不可能停止程序后加入调试代码和增加新的日志从的项目得到灵感，尝试对正在运行的进程插入代码，在程

在调试 Python 程序的时候，一般我们只能通过以下几种方式进行调试:

程序中已经有的日志

在代码中插入 import pdb; pdb.set_trace()

但是以上的方法也有不方便的地方，　比如对于已经在运行中的程序，　就不可能停止程序后加入调试代码和增加新的日志．

从 JAVA 的 BTrace（https://kenai.com/projects/btrace） 项目得到灵感，尝试对正在运行的 Python 进程插入代码，在程序运行到指定的函数后，自动连接远程主机进行调试

首先介绍三个开源的项目，　本实验需要用到这三个项目

Pyasite https://github.com/lmacken/pyrasite Tools for injecting code into running Python processes

Byteplay https://github.com/serprex/byteplay 一个字节码维护项目，类似 java的asm/cglib

Rpdb-Shell https://github.com/alex8224/Rpdb-Shell

待注入的代码, 用官方的　tornado hello demo 做例子

import tornado.ioloop
import tornado.web
import os

class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):        
        self.write("Hello, world")        

application = tornado.web.Application([
    (r"/", MainHandler),
])

if __name__ == "__main__":
    application.listen(8888)
    print(os.getpid())
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

注入以下代码(testinject.py)到 get 中

import sys
import dis
import inspect
from byteplay import *

def wearedcode(fcode):
    c = Code.from_code(fcode)
    if c.code[1] == (LOAD_CONST, "injected"):
        return fcode

    c.code[1:1] = [
                    (LOAD_CONST, injected"), (STORE_FAST, "name"),
                    (LOAD_FAST, "name"), 
                    (PRINT_ITEM, None), (PRINT_NEWLINE, None),
                    (LOAD_CONST, -1), (LOAD_CONST, None), 
                    (IMPORT_NAME, "rpdb"), (STORE_FAST, "rpdb"), 
                    (LOAD_FAST, "rpdb"), (LOAD_ATTR, "trace_to_remote"), 
                    (LOAD_CONST, "192.168.1.1"), (CALL_FUNCTION, 1),
                     (POP_TOP, None)
                  ] 

    return c.to_code()


def trace(frame, event, arg):
    if event != "call":
        return
    co = frame.f_code
    func_name = co.co_name

    if func_name == "write":
        return

    if func_name == "get":
        import tornado.web
        args = inspect.getargvalues(frame)
        if "self" in args.locals:
            if isinstance(args.locals["self"], tornado.web.RequestHandler):
                getmethod = args.locals["self"].get
                code = getmethod.__func__.__code__
                getmethod.__func__.__code__ = wearedcode(code)
        return

sys.settrace(trace)

环境

ubuntu 14.04 64bit LTS

Python 2.7.6

步骤

在机器上安装上面需要用到的三个项目

python server.py

在 192.168.1.1 执行 nc -l 4444

pyrasite $(ps aux |grep server.py |grep -v grep|awk "{print $2}") testinject.py

执行 curl http://localhost:8000 两次，　在第二次请求时替换的 bytecode 才会生效

结果

在执行上面的步骤后，　在执行第二次 curl http://127.0.0.1:8000 后，　应该能够看到控制台输入 injected 的字样，并且 nc -l 4444 监听的终端会出现 (pdb)> 的字样，　这样就能够对正在运行中的程序进行调试了．

原理

Pyasite 可以注入代码到运行中的 Python 进程，它利用了 Python 的 PyRun_SimpleString 这个API插入代码，　至于进程注入应该是使用了 ptrace
Byteplay 是一个可以维护 Python bytecode的工具，　这部分跟 cglib/asm类似

Pyasite 只能把代码注入到进程中并运行，不能定位到具体的函数并注入 bytecode, 在 testinject.py 中结合 Byteplay 完成了函数定位和替换 get 函数字节码的功能．

函数的定位用到了 sys.settrace 这个API,他提供了 call, line, return, exception事件，在合适的时机调用用户提供的函数, 具体可以参考 https://docs.python.org/2/library/sys.html#sys.settrace　的解释

理论上可以插入任意字节码到程序中的任意位置，　实现对现有进程中代码的任意修改．

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