eCapture旁观者：Android HTTPS明文抓包
Editor's Note
使用 eBPF 技术的新一代的内核级抓包工具。
The following article is from 榫卯江湖 Author CFC4N
前言
Android系统上抓包HTTPS是不是越来越难了？高版本无法添加CA证书，抓包软件依赖太多，VPN模式、或HOOK程序时，会被APP检测到。对抗成本愈加增高。有什么万能的工具吗？
是的，eCapture for Android[1]来了。以后在Android上抓HTTPS通讯包，再也不用安装CA证书了，再也不用下载一堆python依赖环境了，再也不用重打包ssl类库了，再也不用改一堆手机参数了，一键启用，简单明了。
eCapture简介
eCapture是一款无需CA证书即可抓获HTTPS明文的软件。支持pcapng格式，支持Wireshark直接查看。基于eBPF技术，仅需root权限，即可一键抓包。eCapture中文名旁观者，即 当局者迷，旁观者清。
2022年年初上海疫情期间，笔者开始编写并开源[2]，至今已经半年，GitHub上已经 4200个星星。
eCapture是基于eBPF技术实现的抓包软件，依赖系统内核是否支持eBPF。目前支持在操作系统上，支持了X86_64\ARM64的Linux kernel 4.18以上内核，支持了ARM64 Android(Linux) kernel 5.4以上版本。最新版是在2022年9月9日发布的v0.4.3版本。
演示视频
下载后，一条命令启动，干净利索。./ecapture tls -w ecapture.pcapng
先看演示视频，演示环境为Ubuntu 21.04、Android 5.4 （Pixel 6）。
模块功能
eCapture支持tls、bash、mysqld、postgres等模块的信息提取与捕获。本文仅讨论tls这个HTTPS/TLS明文捕获模块。
加密通讯明文捕获--tls模块
tls模块在加密通讯类库上，支持了openssl、gnutls、nspr/nss、boringssl等类库。但在Android上，pcapng模式只支持boringssl，文本模式则都支持。
如何使用eCapture
环境依赖
操作系统 Linux kernel 4.18以上，Android kernel 5.4以上。 支持BPF，可选支持BTF（eCapture版本不同） root权限
版本选择
BPF CO-RE[3]特性为BTF通用的格式，用于做跨内核版本兼容。有的Android手机是没开启BTF。可以查看系统配置确认，CONFIG_DEBUG_INFO_BTF=y为开启；CONFIG_DEBUG_INFO_BTF=n为关闭；其他为不支持BPF，无法使用eCapture。
cfc4n@vm-server:~$# cat /boot/config-`uname -r` | grep CONFIG_DEBUG_INFO_BTF
CONFIG_DEBUG_INFO_BTF=y
Android系统上，config是gzip压缩的，且配置文件目录也变了。可使用zcat /proc/config.gz命令代替。
eCapture默认发行了支持CO-RE的ELF程序。Android版会发行一个5.4内核不支持BTF（即没有CO-RE）的版本。下载后，可以通过./ecapture -v确认。非CO-RE版本的version信息中包含编译时的内核版本。
# no CO-RE
eCapture version: linux_aarch64:0.4.2-20220906-fb34467:5.4.0-104-generic
# CO-RE
eCapture version: linux_aarch64:0.4.2-20220906-fb34467:[CORE]
若版本不符合自己需求，可以自行编译，步骤见文末。
全局参数介绍
全局参数重点看如下几个
root@vm-server:/home/cfc4n/# ecapture -h
--hex[=false] print byte strings as hex encoded strings
-l, --log-file="" -l save the packets to file
-p, --pid=0 if pid is 0 then we target all pids
-u, --uid=0 if uid is 0 then we target all users
--hex用于stdout输出场景，展示结果的十六进制，用于查看非ASCII字符，在内容加密、编码的场景特别有必要。-l, --log-file=保存结果的文件路径。-p, --pid=0捕获的目标进程，默认为0，则捕获所有进程。-u, --uid=0捕获的目标用户，默认为0，则捕获所有用户，对Android来说，是很需要的参数。
模块参数
root@vm-server:/home/cfc4n/project/ssldump# bin/ecapture tls -h
OPTIONS:
--curl="" curl or wget file path, use to dectet openssl.so path, default:/usr/bin/curl
--firefox="" firefox file path, default: /usr/lib/firefox/firefox.
--gnutls="" libgnutls.so file path, will automatically find it from curl default.
--gobin="" path to binary built with Go toolchain.
-h, --help[=false] help for tls
-i, --ifname="" (TC Classifier) Interface name on which the probe will be attached.
--libssl="" libssl.so file path, will automatically find it from curl default.
--nspr="" libnspr44.so file path, will automatically find it from curl default.
--port=443 port number to capture, default:443.
--pthread="" libpthread.so file path, use to hook connect to capture socket FD.will automatically find it from curl.
--wget="" wget file path, default: /usr/bin/wget.
-w, --write="" write the raw packets to file as pcapng format.
-i参数
-i参数为网卡的名字，Linux上默认为eth0，Android上默认为wlan0，你可以用这个参数自行指定。
输出模式
输出格式支持两种格式，文本跟pcapng文件。有三个参数，
默认，全局参数，输出文本结果到stdout -l全局参数，保存文本结果的文件路径-w仅tls模块参数，保存pcapng结果的文件路径
类库路径
Linux上支持多种类库，不同类库的路径也不一样。
| 类库 | 参数路径 | 默认值 |
|---|---|---|
| openssl/boringssl | --libssl | Linux自动查找，Android为/apex/com.android.conscrypt/lib64/libssl.so |
| gnutls | --gnutls | Linux自动查找，Android pcapng模式暂未支持 |
| nspr/nss | --nspr | Linux自动查找，Android pcapng模式暂未支持 |
文本模式
-l 或者不加 -w 参数将启用该模式。
支持openssl、boringssl、gnutls、nspr/nss等多种TLS加密类库。支持DTLS、TLS1.0至TLS1.3等所有版本的加密协议。支持-p、-u等所有全局过滤参数。
pcapng模式
-w 参数启用该模式，并用-i选择网卡名，Linux系统默认为eth0,Android系统默认为wlan0，
仅支持openssl、boringssl两个类库的数据捕获。暂不支持TLS 1.3协议。
类库与参数支持
在Linux系统上，大部分类库与参数都是可以支持的。但在Android系统上，因为内核与ARM架构的原因，支持的参数上，有一定的差异。
不同模式的参数支持
-p、-u两个全局参数，支持文本模式，不支持pcapng模式。这是因为pcapng模式是使用eBPF TC技术实现。
| 模式 | -p | -u | --libssl | --port |
|---|---|---|---|---|
| 文本 | ✅ | ✅ | ✅ | ✅ |
| pcapng | ❌ | ❌ | ✅ | ✅ |
不同模式的类库以协议支持
| 模式 | openssl（类库） | boringssl（类库） | TLS 1.0/1.1/1.2（协议） | TLS 1.3（协议） |
|---|---|---|---|---|
| 文本 | ✅ | ✅ | ✅ | ✅ |
| pcapng | ✅ | ✅ | ✅ | ❌ |
pcapng模式暂时不支持TLS 1.3，TLS 1.3密钥捕获功能[4]已经开发完成，只是遇到一些BUG，还在解决中。笔者不是openssl的专家，对TLS 协议也不太熟。需要补充这两块的知识，解决起来成本比较高，也欢迎对这块擅长的朋友一起来解决。
与tcpdump联合使用
eCapture基于eBPF TC，实现了流量捕获，并保存到pcapng文件中。基于eBPF Uprobe实现了TLS Master Secret的捕获。并基于Wireshark的Decryption Secrets Block (DSB)[5]标准，实现了gopacket的DSB功能[6]，合并网络包与密钥，保存到pcapng中。
eCapture在网络包捕获上，没有tcpdump强大，不支持丰富的参数。你可以用eCapture捕获master secrets，用tcpdump捕获网络包，然后使用wiresahrk自定义设置密钥文件，配合使用。
网络包捕获
tcpdump 的常规用法，不再赘述。
密钥捕获
同时启用ecapture ，模式可以选文本或者pcapng，都会保存TLS的master secrets密钥数据到ecapture_masterkey.log中。
网络包查看
用Wireshark打开网络包文件，设置这个master key文件，之后就可以看到TLS解密后的明文了。
配置路径：Wireshark --> Preferences --> Protocols --> TLS --> (Pre)-Master-Secret log filename
参数
指定路径
默认路径
在Android上，Google使用了boring ssl类库，也就是C++语言在libssl基础上的包装。默认情况下，会使用/apex/com.android.conscrypt/lib64/libssl.so路径。
APP的类库确认
你可以使用lsof -p {APP PID}|grep libssl来确认。若不是默认路径，则可以使用--libssl参数来指定。
高级用法
如果你需要查看的APP是自定义SSL类库，那么你可以自助修改eCapture来实现。
自定义函数名与offset
首先，需要确定HOOK函数的函数名或者符号表地址。
没有源码
如果你没有目标类库的源码，可以通过IDA等软件静态分析、动态调试，确定SSL Write的地址offset。在配置填写在user/module/probe_openssl.go文件中，对应的probe配置部分。
{
Section: "uprobe/SSL_write",
EbpfFuncName: "probe_entry_SSL_write",
AttachToFuncName: "SSL_write",
UprobeOffset: 0xFFFF00, // TODO
BinaryPath: binaryPath,
},
offset自动计算
如果你有源码，则可以自行阅读源码确定函数名或者符号表的地址。对于结构体的成员属性读取，则可以通过offsetof宏来自动计算。通过偏移量的方式，读取内容。
// g++ -I include/ -I src/ ./src/offset.c -o off
#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <ssl/internal.h>
#include <openssl/base.h>
#include <openssl/crypto.h>
#define SSL_STRUCT_OFFSETS \
X(ssl_st, session) \
X(ssl_st, s3) \
X(ssl_session_st, secret) \
X(ssl_session_st, secret_length) \
X(bssl::SSL3_STATE, client_random) \
X(bssl::SSL_HANDSHAKE, new_session) \
X(bssl::SSL_HANDSHAKE, early_session) \
X(bssl::SSL3_STATE, hs) \
X(bssl::SSL3_STATE, established_session) \
X(bssl::SSL_HANDSHAKE, expected_client_finished_)
struct offset_test
{
/* data */
int t1;
bssl::UniquePtr<SSL_SESSION> session;
};
int main() {
printf("typedef struct ssl_offsets { // DEF \n");
#define X(struct_name, field_name) \
printf(" int " #struct_name "_" #field_name "; // DEF\n");
SSL_STRUCT_OFFSETS
#undef X
printf("} ssl_offsets; // DEF\n\n");
printf("/* %s */\nssl_offsets openssl_offset_%d = { \n",
OPENSSL_VERSION_TEXT, OPENSSL_VERSION_NUMBER);
#define X(struct_name, field_name) \
printf(" ." #struct_name "_" #field_name " = %ld,\n", \
offsetof(struct struct_name, field_name));
SSL_STRUCT_OFFSETS
#undef X
printf("};\n");
return 0;
}
参数提取
对于参数，你需要确认被HOOK函数的参数类型，以便确认读取方式，可以参考kern/openssl_kern.c内的SSL_write函数实现。
编译
ARM Linux 编译
公有云厂商大部分都提供了ARM64 CPU服务器，笔者选择了腾讯云的。在广州六区中，名字叫标准型SR1(SR1即ARM 64CPU)，最低配的SR1.MEDIUM2 2核2G即满足编译环境。可以按照按量计费方式购买，随时释放，比较划算。
操作系统选择ubuntu 20.04 arm64。
ubuntu@VM-0-5-ubuntu:~$sudo apt-get update
ubuntu@VM-0-5-ubuntu:~$sudo apt-get install --yes wget git golang build-essential pkgconf libelf-dev llvm-12 clang-12 linux-tools-generic linux-tools-common
ubuntu@VM-0-5-ubuntu:~$wget https://golang.google.cn/dl/go1.18.linux-arm64.tar.gz
ubuntu@VM-0-5-ubuntu:~$sudo rm -rf /usr/local/go && sudo tar -C /usr/local -xzf go1.18.linux-arm64.tar.gz
ubuntu@VM-0-5-ubuntu:~$for tool in "clang" "llc" "llvm-strip"
do
sudo rm -f /usr/bin/$tool
sudo ln -s /usr/bin/$tool-12 /usr/bin/$tool
done
ubuntu@VM-0-5-ubuntu:~$export GOPROXY=https://goproxy.cn
ubuntu@VM-0-5-ubuntu:~$export PATH=$PATH:/usr/local/go/bin
编译方法
ANDROID=1 make命令编译支持core版本的二进制程序。ANDROID=1 make nocore命令编译仅支持当前内核版本的二进制程序。
当Wireshark遇到eBPF
贡献者
感谢chriskaliX 、chenhengqi、vincentmli、huzai9527、yihong0618、sfx(4ft35t)等朋友的贡献。感谢tiann Weishu在Android这个需求上的推动。
招聘
美团信息安全部，某项目组Leader直招，没有中间商赚差价。北京上海两地任选，面向RASP、HIDS产品，JVM、Linux内核入侵检测等安全研发职位
JAVA资深研发工程师 golang高级工程师 更多职位见 https://www.cnxct.com/jobs/[7]
参考资料
[1]
eCapture for Android: https://ecapture.cc
[2]
笔者开始编写并开源: https://www.cnxct.com/what-is-ecapture/
[3]
CO-RE: https://facebookmicrosites.github.io/bpf/blog/2020/02/19/bpf-portability-and-co-re.html
[4]
TLS 1.3密钥捕获功能: https://github.com/ehids/ecapture/pull/143
[5]
Decryption Secrets Block (DSB): https://github.com/pcapng/pcapng/pull/54
[6]
gopacket的DSB功能: https://github.com/google/gopacket/pull/1042
[7]
https://www.cnxct.com/jobs/: https://www.cnxct.com/jobs/?f=wxg