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Linux Binary Exploitation - Stack buffer overflow

A
Angel Boy

该文档讨论了Linux下的二进制漏洞利用，尤其是缓冲区溢出和返回到文本攻击等技术。文中还介绍了多种保护机制，如ASLR、DEP和Stack Guard，并解释了延迟绑定如何影响函数调用的定位。总体上，文档为理解如何进行以及防止缓冲区溢出攻击提供了详尽的知识基础。

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Linux Binary Exploitation Stack base buffer overflow angelboy@chroot.org
Outline • Buffer Overflow • Return to Text / Shellcode • Protection • Lazy binding • Return to Library
Outline • Buffer Overflow • Return to Text / Shellcode • Protection • Lazy binding • Return to Library
Buffer Overflow • 程式設計師未對 buffer 做長度檢查，造成可以讓攻擊者輸入過長的字串串，覆 蓋記憶體上的其他資料，嚴重時更更可控制程式流程 • 依照 buffer 位置可分為 • stack base • ⼜又稱為 stack smashing • data base • heap base
Buffer Overflow
Buffer Overflow • Vulnerable Function • gets • scanf • strcpy • sprintf • memcpy • strcat • …
• memory layout Stack Overflow return address rbp rbp/rsp char buf[0x20] read(0,buf,100) leave ret high low
• memory layout Stack Overflow return address rbp rbp/rsp char buf[0x20] read(0,buf,100) leave ret high low
• memory layout Stack Overflow return address rbp rbp char buf[0x20] read(0,buf,100) leave ret high low rsp buf[0x20]
• memory layout Stack Overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa (ret) aaaaaaaa (rbp) rbp char buf[0x20] read(0,buf,100) leave ret high low rsp buf[0x20]
• memory layout Stack Overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa (ret) aaaaaaaa (rbp) rbpchar buf[0x20] read(0,buf,100) mov rsp,rbp pop rbp ret high low rsp buf[0x20]
• memory layout Stack Overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa (ret) aaaaaaaa (rbp) rbp/rspchar buf[0x20] read(0,buf,100) mov rsp,rbp pop rbp ret high low buf[0x20]
• memory layout Stack Overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa (ret) aaaaaaaa (rbp) rsp char buf[0x20] read(0,buf,100) mov rsp,rbp pop rbp ret high low buf[0x20]
• memory layout Stack Overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa (ret) aaaaaaaa (rbp) rspchar buf[0x20] read(0,buf,100) mov rsp,rbp pop rbp ret high low buf[0x20]RIP = 0x6161616161616161
Stack Overflow • 驗證
Stack Overflow • 使⽤用 gdb 觀察
Stack Overflow • From crash to exploit • 隨意任意輸入⼀一堆資料應該只能造成 crash • 需適當的構造資料，就可巧妙的控制程式流程 • EX : • 適當得構造 return address 就可在函數返回時，跳到攻擊者的程式碼
Stack Overflow • From crash to exploit • Overwrite the the return address • 因 x86 底下是 little-endian 的，所以填入 address 時，需要反過來來填入 • e.g. • 假設要填入 0x00400646 就需要填入 x46x06x40x00x00x00x00x000 • p64(0x400646) # in pwntools
Outline • Buffer Overflow • Return to Text / Shellcode • Protection • Lazy binding • Return to Library
Return to Text • 控制 eip 後跳到原本程式中的程式碼 • 以 bofeasy 範例例來來說，我們可以跳到 l33t 這個 function • 可以 objdump 來來找尋函式真正位置
Return to Text
Return to Text • Exploitation • Locate the return address • 可⽤用 aaaaaaaabbbbbbbb…… 八個⼀一組的字來來定位 return address • pwntool cyclic • gdb-peda pattc
Return to Text • Exploitation • Write exploit • echo -ne “aaaaaaaabbbbbbbbccccccccddddddddeeeeeeex46x60x40x00x 00x00x00x00” > exp • cat exp - | ./bofeasy
Return to Text • Exploitation • Write exploit
Return to Text • Exploitation • Debug exploit • gdb$ r < exp
Return to Text • Exploitation • Debug exploit • Use attach more would be easier
Return to Shellcode • 如果在 data 段上是可執⾏行行且位置固定的話，我們也可以先在 data 段上塞入 shellcode 跳過去
Outline • Buffer Overflow • Return to Text / Shellcode • Protection • Lazy binding • Return to Library
Protection • ASLR • DEP • PIE • StackGuard
Protection • ASLR • 記憶體位置隨機變化 • 每次執⾏行行程式時，stack 、heap、library 位置都不⼀一樣 • 查看是否有開啟 ASLR • cat /proc/sys/kernel/randomize_va_space
Protection • ASLR kernel space CODE VMA DATA VMA HEAP STACK Library kernel space CODE VMA DATA VMA HEAP STACK Library kernel space CODE VMA DATA VMA HEAP STACK Library
Protection • ASLR • 使⽤用 ldd (可看執⾏行行時載入的 library 及其位置) 觀察 address 變化
Protection • DEP • ⼜又稱 NX • 可寫的不可執⾏行行，可執⾏行行的不可寫
Protection
Protection • PIE ( Position Independent Execution ) • gcc 在預設情況下不會開啟，編譯時加上 -fPIC -pie 就可以開啟 • 在沒開啟的情況下程式的 data 段及 code 段會是固定的 • ⼀一但開啟之後 data 及 code 也會跟著 ASLR ，因此前⾯面說的 ret2text/ shellcode 沒有固定位置可以跳，就變得困難許多
• objdump 觀察 pie 開啟的 binary • code address 變成只剩下 offset 執⾏行行後會加上 code base 才是真正在記 憶體中的位置 Protection
Protection • StackGuard • 在程式執⾏行行是隨機⽣生成⼀一亂數 function call 時會塞入 stack 中，在 function return 時會檢查是否該值有被更更動，⼀一旦發現被更更動就結束該程 式 • 該值⼜又稱 canary • 非常有效地阻擋了了 stack overflow 的攻擊 • ⽬目前預設情況下是開啟的
Protection • StackGuard • canary 的值在執⾏行行期間都會先放在，⼀一個稱為 tls 的區段中的 tcbhead_t 結構中，⽽而在 x86/x64 架構下恆有⼀一個暫存器指向 tls 段的 tcbhead_t 結 構 • x86 : gs • x64 : fs • 因此程式在取 canary 值時都會直接以 fs/gs 做存取
Protection • StackGuard return address rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret fs:0x28 High lowcanary
Protection • StackGuard … return address rbp rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High lowfs:0x28 canary
Protection • StackGuard … return address rbp rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low canary fs:0x28 canary
Protection • StackGuard … return address rbp rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low canary fs:0x28 canary
Protection • StackGuard … return address rbp rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low canary fs:0x28 canary rax canary
Protection • StackGuard … return address rbp rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low canary fs:0x28 canary rax canary
Protection • StackGuard … return address rbp rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low canary fs:0x28 canary rax canary
Protection • StackGuard - overflow … return address rbp rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low canary fs:0x28 canary
Protection • StackGuard - overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low aaaaaaaa fs:0x28 canary
Protection • StackGuard - overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low aaaaaaaa fs:0x28 canary rax aaaaaaaa
Protection • StackGuard - overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low aaaaaaaa fs:0x28 canary rax aaaaaaaa
Protection • StackGuard - overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low aaaaaaaa fs:0x28 canary rax aaaaaaaa Abort !
Protection • StackGuard
Outline • Buffer Overflow • Return to Text / Shellcode • Protection • Lazy binding • Return to Library
Lazy binding • Dynamic linking 的程式在執⾏行行過程中，有些 library 的函式可能到結束都不 會執⾏行行到 • 所以 ELF 採取 Lazy binding 的機制，在第⼀一次 call library 函式時，才會去 尋找函式真正的位置進⾏行行 binding
Global Offset Table • library 的位置再載入後才決定，因此無法在 compile 後，就知道 library 中 的 function 在哪，該跳去哪 • GOT 為⼀一個函式指標陣列列，儲存其他 library 中，function 的位置，但因 Lazy binding 的機制，並不會⼀一開始就把正確的位置填上，⽽而是填上⼀一段 plt 位置的 code
Global Offset Table • 當執⾏行行到 library 的 function 時才會真正去尋找 function ，最後再把 GOT 中的位置填上真正 function 的位置
Global Offset Table • 分成兩兩部分 • .got • 保存全域變數引⽤用位置 • .got.plt • 保存函式引⽤用位置
Global Offset Table • .got.plt • 前三項有特別⽤用途 • address of .dynamic • link_map • ⼀一個將有引⽤用到的 library 所串串成的 linked list ，function resolve 時也會⽤用到 • dl_runtime_resolve • ⽤用來來找出函式位置的函式 • 後⾯面則是程式中 .so 函式引⽤用位置
Global Offset Table • layout .dynamic .got .got.plt .data addr of .dynamic link_map dl_resolve printf put …
. . . call foo@plt … Lazy binding .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt .got.plt (GOT) printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0
. . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 Lazy binding .got.plt (GOT)
. . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 因 foo 還沒 call 過 所以 foo 在 .got.plt 中所存的值 會是.plt中的下⼀一⾏行行指令位置 所以看起來來會像沒有 jmp 過 Lazy binding .got.plt (GOT)
. . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 Lazy binding .got.plt (GOT)
. . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 Lazy binding .got.plt (GOT)
. . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 push link_map Lazy binding .got.plt (GOT)
. . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 jmp dl_runtime_resolve dl_runtime_resolve (link_map,index) Lazy binding .got.plt (GOT)
. . . call foo@plt … .text printf foo@plt+6 bar … .. .. call _fix_up .. .. ret 0xc dl_resolve Lazy binding .got.plt (GOT)
. . . call foo@plt … .text printf foo@plt+6 bar … .. .. call _fix_up .. .. ret 0xc dl_resolve foo 找到 foo 在 library 的位置後 會填回 .got.plt Lazy binding .got.plt (GOT)
. . . call foo@plt … Lazy binding .text printf foo@plt+6 bar … .. .. call _fix_up .. .. ret 0xc dl_resolve foo return to foo .got.plt (GOT)
• 第⼆二次 call foo 時 . . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 Lazy binding foo .got.plt (GOT)
• 第⼆二次 call foo 時 . . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 Lazy binding foo Jmp to foo function .got.plt (GOT)
How to find the GOT • objdump -R elf or readelf -r elf
• 為了了實作 Lazy binding 的機制 GOT 位置必須是可寫入的 • 如果程式有存在任意更更改位置的漏洞洞，便便可改寫 GOT ，造成程式流程的改 變 • 也就是控制 RIP GOT Hijacking
• 第⼆二次 call foo 時 . vulnerability . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt .got.plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 GOT Hijacking foo
• 第⼆二次 call foo 時 . vulnerability . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt .got.plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 GOT Hijacking system
• 第⼆二次 call foo 時 . . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt .got.plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 GOT Hijacking system
• 第⼆二次 call foo 時 . . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt .got.plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 4) jmp *(GOT + 8) PLT0 GOT Hijacking system Jump to system :)
RELRO • 分成三種 • Disabled • .got/.got.plt 都可寫 • Partial (default) • .got 唯獨 • Fulled • RELRO 保護下，會在 load time 時將全部 function resolve 完畢
Outline • Buffer Overflow • Return to Text / Shellcode • Protection • Lazy binding • Return to Library
Return to Library • 在⼀一般正常情況下程式中很難會有 system 等，可以直接獲得 shell 的 function • 在 DEP/NX 的保護下我們也無法直接填入 shellcode 去執⾏行行我們的程式碼
Return to Library • ⽽而在 Dynamic Linking 情況下，⼤大部份程式都會載入 libc ，libc 中有非常多 好⽤用的 function 可以達成我們的⽬目的 • system • execve • …
Return to Library • 但⼀一般情況下都會因為 ASLR 關係，導致每次 libc 載入位置不固定 • 所以我們通常都需要 information leak 的漏洞洞來來或取 libc 的 base address 進⽽而算出 system 等 function 位置，再將程式導過去
Return to Library • 通常可以獲得 libc 位置的地⽅方 • GOT • Stack 上的殘留留值 • function return 後並不會將 stack 中的內容清除 • heap 上的殘留留值 • free 完之後在 malloc，也不會將 heap 存的內容清空
Return to Library • ⽽而⼀一般情況下的 ASLR 都是整個 library image ⼀一起移動，因此只要有 leak 出 libc 中的位址，通常都可以算出 libc • 我們可利利⽤用 objdump -T libc.so.6 | grep function 來來找尋想找的 function 在 libc 中的 offset • 如果我們獲得 printf 位置，可先找尋 printf 在 libc 中的 offset 以及想要利利⽤用 的 function offset
Return to Library • printf : 0x7ffff7a62800 (0x55800) • libc base : 0x7ffff7a62800 - 0x55800 = 0x7ffff7a0d000 • system : 0x7ffff7a0d000 + 0x45390 = 0x7ffff7a52390 CODE VMA DATA VMA STACK Library system (base + 0x45390) printf (0x7ffff7a62800) base (0x7ffff7a62800)
Return to Library • 在獲得 system 位置之後，我們可以複寫 return address 跳到 system 上， 這邊要注意的是參參數也要⼀一起放上， • 但在 x86-64 Linux 上傳遞參參數是⽤用 register 傳遞的，第⼀一個參參數會放在 rdi 所以我們必須想辦法將 /bin/sh 的位置放在 rdi 上 • 可利利⽤用 pop rdi ; ret 的⽅方式將參參數放到 rdi
Return to Library address of /bin/sh new ret system aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp stack overflow ret address of pop rdi ret pop rdi ret
Return to Library address of /bin/sh new ret system aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp stack overflow ret address of pop rdi ret pop rdi ret
Return to Library address of /bin/sh new ret system aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp stack overflow ret address of pop rdi ret pop rdi ret rdi address of /bin/sh
Return to Library address of /bin/sh new ret system aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp stack overflow ret address of pop rdi ret pop rdi ret rdi address of /bin/sh system(“/bin/sh”)
Return to Library • 補充： • “/bin/sh” 字串串位置也可以在 libc 中找到，因此當程式中沒有該字串串，可 從 libc 裡⾯面找 • system 參參數只要 “sh” 即可，因此也可以考慮只找 “sh” 字串串
Reference • Glibc cross reference • 程式設計師的⾃自我修養
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Linux Binary Exploitation - Stack buffer overflow

  • 2. Outline • Buffer Overflow • Return to Text / Shellcode • Protection • Lazy binding • Return to Library
  • 3. Outline • Buffer Overflow • Return to Text / Shellcode • Protection • Lazy binding • Return to Library
  • 4. Buffer Overflow • 程式設計師未對 buffer 做長度檢查，造成可以讓攻擊者輸入過長的字串串，覆 蓋記憶體上的其他資料，嚴重時更更可控制程式流程 • 依照 buffer 位置可分為 • stack base • ⼜又稱為 stack smashing • data base • heap base
  • 6. Buffer Overflow • Vulnerable Function • gets • scanf • strcpy • sprintf • memcpy • strcat • …
  • 7. • memory layout Stack Overflow return address rbp rbp/rsp char buf[0x20] read(0,buf,100) leave ret high low
  • 8. • memory layout Stack Overflow return address rbp rbp/rsp char buf[0x20] read(0,buf,100) leave ret high low
  • 9. • memory layout Stack Overflow return address rbp rbp char buf[0x20] read(0,buf,100) leave ret high low rsp buf[0x20]
  • 10. • memory layout Stack Overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa (ret) aaaaaaaa (rbp) rbp char buf[0x20] read(0,buf,100) leave ret high low rsp buf[0x20]
  • 11. • memory layout Stack Overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa (ret) aaaaaaaa (rbp) rbpchar buf[0x20] read(0,buf,100) mov rsp,rbp pop rbp ret high low rsp buf[0x20]
  • 12. • memory layout Stack Overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa (ret) aaaaaaaa (rbp) rbp/rspchar buf[0x20] read(0,buf,100) mov rsp,rbp pop rbp ret high low buf[0x20]
  • 13. • memory layout Stack Overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa (ret) aaaaaaaa (rbp) rsp char buf[0x20] read(0,buf,100) mov rsp,rbp pop rbp ret high low buf[0x20]
  • 14. • memory layout Stack Overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa (ret) aaaaaaaa (rbp) rspchar buf[0x20] read(0,buf,100) mov rsp,rbp pop rbp ret high low buf[0x20]RIP = 0x6161616161616161
  • 17. Stack Overflow • From crash to exploit • 隨意任意輸入⼀一堆資料應該只能造成 crash • 需適當的構造資料，就可巧妙的控制程式流程 • EX : • 適當得構造 return address 就可在函數返回時，跳到攻擊者的程式碼
  • 18. Stack Overflow • From crash to exploit • Overwrite the the return address • 因 x86 底下是 little-endian 的，所以填入 address 時，需要反過來來填入 • e.g. • 假設要填入 0x00400646 就需要填入 x46x06x40x00x00x00x00x000 • p64(0x400646) # in pwntools
  • 19. Outline • Buffer Overflow • Return to Text / Shellcode • Protection • Lazy binding • Return to Library
  • 20. Return to Text • 控制 eip 後跳到原本程式中的程式碼 • 以 bofeasy 範例例來來說，我們可以跳到 l33t 這個 function • 可以 objdump 來來找尋函式真正位置
  • 22. Return to Text • Exploitation • Locate the return address • 可⽤用 aaaaaaaabbbbbbbb…… 八個⼀一組的字來來定位 return address • pwntool cyclic • gdb-peda pattc
  • 23. Return to Text • Exploitation • Write exploit • echo -ne “aaaaaaaabbbbbbbbccccccccddddddddeeeeeeex46x60x40x00x 00x00x00x00” > exp • cat exp - | ./bofeasy
  • 24. Return to Text • Exploitation • Write exploit
  • 25. Return to Text • Exploitation • Debug exploit • gdb$ r < exp
  • 26. Return to Text • Exploitation • Debug exploit • Use attach more would be easier
  • 27. Return to Shellcode • 如果在 data 段上是可執⾏行行且位置固定的話，我們也可以先在 data 段上塞入 shellcode 跳過去
  • 28. Outline • Buffer Overflow • Return to Text / Shellcode • Protection • Lazy binding • Return to Library
  • 29. Protection • ASLR • DEP • PIE • StackGuard
  • 30. Protection • ASLR • 記憶體位置隨機變化 • 每次執⾏行行程式時，stack 、heap、library 位置都不⼀一樣 • 查看是否有開啟 ASLR • cat /proc/sys/kernel/randomize_va_space
  • 31. Protection • ASLR kernel space CODE VMA DATA VMA HEAP STACK Library kernel space CODE VMA DATA VMA HEAP STACK Library kernel space CODE VMA DATA VMA HEAP STACK Library
  • 32. Protection • ASLR • 使⽤用 ldd (可看執⾏行行時載入的 library 及其位置) 觀察 address 變化
  • 33. Protection • DEP • ⼜又稱 NX • 可寫的不可執⾏行行，可執⾏行行的不可寫
  • 35. Protection • PIE ( Position Independent Execution ) • gcc 在預設情況下不會開啟，編譯時加上 -fPIC -pie 就可以開啟 • 在沒開啟的情況下程式的 data 段及 code 段會是固定的 • ⼀一但開啟之後 data 及 code 也會跟著 ASLR ，因此前⾯面說的 ret2text/ shellcode 沒有固定位置可以跳，就變得困難許多
  • 36. • objdump 觀察 pie 開啟的 binary • code address 變成只剩下 offset 執⾏行行後會加上 code base 才是真正在記 憶體中的位置 Protection
  • 37. Protection • StackGuard • 在程式執⾏行行是隨機⽣生成⼀一亂數 function call 時會塞入 stack 中，在 function return 時會檢查是否該值有被更更動，⼀一旦發現被更更動就結束該程 式 • 該值⼜又稱 canary • 非常有效地阻擋了了 stack overflow 的攻擊 • ⽬目前預設情況下是開啟的
  • 38. Protection • StackGuard • canary 的值在執⾏行行期間都會先放在，⼀一個稱為 tls 的區段中的 tcbhead_t 結構中，⽽而在 x86/x64 架構下恆有⼀一個暫存器指向 tls 段的 tcbhead_t 結 構 • x86 : gs • x64 : fs • 因此程式在取 canary 值時都會直接以 fs/gs 做存取
  • 39. Protection • StackGuard return address rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret fs:0x28 High lowcanary
  • 40. Protection • StackGuard … return address rbp rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High lowfs:0x28 canary
  • 41. Protection • StackGuard … return address rbp rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low canary fs:0x28 canary
  • 42. Protection • StackGuard … return address rbp rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low canary fs:0x28 canary
  • 43. Protection • StackGuard … return address rbp rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low canary fs:0x28 canary rax canary
  • 44. Protection • StackGuard … return address rbp rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low canary fs:0x28 canary rax canary
  • 45. Protection • StackGuard … return address rbp rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low canary fs:0x28 canary rax canary
  • 46. Protection • StackGuard - overflow … return address rbp rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low canary fs:0x28 canary
  • 47. Protection • StackGuard - overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low aaaaaaaa fs:0x28 canary
  • 48. Protection • StackGuard - overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low aaaaaaaa fs:0x28 canary rax aaaaaaaa
  • 49. Protection • StackGuard - overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low aaaaaaaa fs:0x28 canary rax aaaaaaaa
  • 50. Protection • StackGuard - overflow aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp push rbp mov rbp,rsp sub rsp, 0x40 mov [rbp-0x8],fs:0x28 … mov rax,[rbp-0x8] cmp rax,fs:0x28 jne stack_check_fail leave ret rbp High low aaaaaaaa fs:0x28 canary rax aaaaaaaa Abort !
  • 52. Outline • Buffer Overflow • Return to Text / Shellcode • Protection • Lazy binding • Return to Library
  • 53. Lazy binding • Dynamic linking 的程式在執⾏行行過程中，有些 library 的函式可能到結束都不 會執⾏行行到 • 所以 ELF 採取 Lazy binding 的機制，在第⼀一次 call library 函式時，才會去 尋找函式真正的位置進⾏行行 binding
  • 54. Global Offset Table • library 的位置再載入後才決定，因此無法在 compile 後，就知道 library 中 的 function 在哪，該跳去哪 • GOT 為⼀一個函式指標陣列列，儲存其他 library 中，function 的位置，但因 Lazy binding 的機制，並不會⼀一開始就把正確的位置填上，⽽而是填上⼀一段 plt 位置的 code
  • 55. Global Offset Table • 當執⾏行行到 library 的 function 時才會真正去尋找 function ，最後再把 GOT 中的位置填上真正 function 的位置
  • 56. Global Offset Table • 分成兩兩部分 • .got • 保存全域變數引⽤用位置 • .got.plt • 保存函式引⽤用位置
  • 57. Global Offset Table • .got.plt • 前三項有特別⽤用途 • address of .dynamic • link_map • ⼀一個將有引⽤用到的 library 所串串成的 linked list ，function resolve 時也會⽤用到 • dl_runtime_resolve • ⽤用來來找出函式位置的函式 • 後⾯面則是程式中 .so 函式引⽤用位置
  • 58. Global Offset Table • layout .dynamic .got .got.plt .data addr of .dynamic link_map dl_resolve printf put …
  • 59. . . . call foo@plt … Lazy binding .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt .got.plt (GOT) printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0
  • 60. . . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 Lazy binding .got.plt (GOT)
  • 61. . . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 因 foo 還沒 call 過 所以 foo 在 .got.plt 中所存的值 會是.plt中的下⼀一⾏行行指令位置 所以看起來來會像沒有 jmp 過 Lazy binding .got.plt (GOT)
  • 62. . . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 Lazy binding .got.plt (GOT)
  • 63. . . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 Lazy binding .got.plt (GOT)
  • 64. . . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 push link_map Lazy binding .got.plt (GOT)
  • 65. . . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 jmp dl_runtime_resolve dl_runtime_resolve (link_map,index) Lazy binding .got.plt (GOT)
  • 67. . . . call foo@plt … .text printf foo@plt+6 bar … .. .. call _fix_up .. .. ret 0xc dl_resolve foo 找到 foo 在 library 的位置後 會填回 .got.plt Lazy binding .got.plt (GOT)
  • 68. . . . call foo@plt … Lazy binding .text printf foo@plt+6 bar … .. .. call _fix_up .. .. ret 0xc dl_resolve foo return to foo .got.plt (GOT)
  • 69. • 第⼆二次 call foo 時 . . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 Lazy binding foo .got.plt (GOT)
  • 70. • 第⼆二次 call foo 時 . . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 Lazy binding foo Jmp to foo function .got.plt (GOT)
  • 71. How to find the GOT • objdump -R elf or readelf -r elf
  • 72. • 為了了實作 Lazy binding 的機制 GOT 位置必須是可寫入的 • 如果程式有存在任意更更改位置的漏洞洞，便便可改寫 GOT ，造成程式流程的改 變 • 也就是控制 RIP GOT Hijacking
  • 73. • 第⼆二次 call foo 時 . vulnerability . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt .got.plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 GOT Hijacking foo
  • 74. • 第⼆二次 call foo 時 . vulnerability . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt .got.plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 GOT Hijacking system
  • 75. • 第⼆二次 call foo 時 . . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt .got.plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 8) jmp *(GOT + 0x10) PLT0 GOT Hijacking system
  • 76. • 第⼆二次 call foo 時 . . . call foo@plt … .text jmp *(foo@GOT) push index jmp PLT0 foo@plt .got.plt printf foo@plt+6 bar … push *(GOT + 4) jmp *(GOT + 8) PLT0 GOT Hijacking system Jump to system :)
  • 77. RELRO • 分成三種 • Disabled • .got/.got.plt 都可寫 • Partial (default) • .got 唯獨 • Fulled • RELRO 保護下，會在 load time 時將全部 function resolve 完畢
  • 78. Outline • Buffer Overflow • Return to Text / Shellcode • Protection • Lazy binding • Return to Library
  • 79. Return to Library • 在⼀一般正常情況下程式中很難會有 system 等，可以直接獲得 shell 的 function • 在 DEP/NX 的保護下我們也無法直接填入 shellcode 去執⾏行行我們的程式碼
  • 80. Return to Library • ⽽而在 Dynamic Linking 情況下，⼤大部份程式都會載入 libc ，libc 中有非常多 好⽤用的 function 可以達成我們的⽬目的 • system • execve • …
  • 81. Return to Library • 但⼀一般情況下都會因為 ASLR 關係，導致每次 libc 載入位置不固定 • 所以我們通常都需要 information leak 的漏洞洞來來或取 libc 的 base address 進⽽而算出 system 等 function 位置，再將程式導過去
  • 82. Return to Library • 通常可以獲得 libc 位置的地⽅方 • GOT • Stack 上的殘留留值 • function return 後並不會將 stack 中的內容清除 • heap 上的殘留留值 • free 完之後在 malloc，也不會將 heap 存的內容清空
  • 83. Return to Library • ⽽而⼀一般情況下的 ASLR 都是整個 library image ⼀一起移動，因此只要有 leak 出 libc 中的位址，通常都可以算出 libc • 我們可利利⽤用 objdump -T libc.so.6 | grep function 來來找尋想找的 function 在 libc 中的 offset • 如果我們獲得 printf 位置，可先找尋 printf 在 libc 中的 offset 以及想要利利⽤用 的 function offset
  • 84. Return to Library • printf : 0x7ffff7a62800 (0x55800) • libc base : 0x7ffff7a62800 - 0x55800 = 0x7ffff7a0d000 • system : 0x7ffff7a0d000 + 0x45390 = 0x7ffff7a52390 CODE VMA DATA VMA STACK Library system (base + 0x45390) printf (0x7ffff7a62800) base (0x7ffff7a62800)
  • 85. Return to Library • 在獲得 system 位置之後，我們可以複寫 return address 跳到 system 上， 這邊要注意的是參參數也要⼀一起放上， • 但在 x86-64 Linux 上傳遞參參數是⽤用 register 傳遞的，第⼀一個參參數會放在 rdi 所以我們必須想辦法將 /bin/sh 的位置放在 rdi 上 • 可利利⽤用 pop rdi ; ret 的⽅方式將參參數放到 rdi
  • 86. Return to Library address of /bin/sh new ret system aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp stack overflow ret address of pop rdi ret pop rdi ret
  • 87. Return to Library address of /bin/sh new ret system aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp stack overflow ret address of pop rdi ret pop rdi ret
  • 88. Return to Library address of /bin/sh new ret system aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp stack overflow ret address of pop rdi ret pop rdi ret rdi address of /bin/sh
  • 89. Return to Library address of /bin/sh new ret system aaaaaaaa aaaaaaaa aaaaaaaa rsp stack overflow ret address of pop rdi ret pop rdi ret rdi address of /bin/sh system(“/bin/sh”)
  • 90. Return to Library • 補充： • “/bin/sh” 字串串位置也可以在 libc 中找到，因此當程式中沒有該字串串，可 從 libc 裡⾯面找 • system 參參數只要 “sh” 即可，因此也可以考慮只找 “sh” 字串串
  • 91. Reference • Glibc cross reference • 程式設計師的⾃自我修養
  • 92. Q & A