2024

前言 昨天我們已經結束了 stack 相關的內容，今天要開始介紹 PWN 中另一個非常重要的部分：Heap。相較於 stack，heap 涉及更多基礎知識，是一個需要深入了解的重要環節。 What is Heap？ 在程式執行過程中，為了更有效率地分配記憶體空間，會使用動態記憶體配置（Dynamic Memory Allocation）。不同的使用場景會使用不同的記憶體分配器，例如：glibc 使用的 ptmalloc、firefox 的 jemalloc 以及 chrome 的 tcmalloc。而我們所說的 heap，就是這些分配器取得的一塊連續的虛擬記憶體空間。我們接下來的討論主要集中在 glibc 所使用的記憶體分配器上。 malloc malloc 是用來分配記憶體的函數，基本原則是需要多少分配多少。這樣可以提升程式的記憶體分配效率，避免不必要的空間浪費。其實，malloc 的運作過程相當複雜，但若簡單整理，可以理解為：如果分配的 size $<$ 128KB，系統會呼叫 brk 來進行配置；相反，若 size $\ge$ 128KB，則會使用 mmap 進行分配。 main arena 雖然如果分配的 size 小於 128KB 會通過 brk 來向 kernel 申請空間，但實際上並不只分配請求的空間，系統會直接給予 132KB 的 heap 段，這段記憶體被稱為 main arena。 以下是 GLIBC 2.35 關於 struct malloc_state 的程式碼： 1struct malloc_state 2{ 3 /* Serialize access. */ 4 __libc_lock_define (, mutex); 5 6 /* Flags (formerly in max_fast). */ 7 int flags; 8 9 /* Set if the fastbin chunks contain recently inserted free blocks. */ 10 /* Note this is a bool but not all targets support atomics on booleans. */ 11 int have_fastchunks; 12 13 /* Fastbins */ 14 mfastbinptr fastbinsY[NFASTBINS]; 15 16 /* Base of the topmost chunk -- not otherwise kept in a bin */ 17 mchunkptr top; 18 19 /* The remainder from the most recent split of a small request */ 20 mchunkptr last_remainder; 21 22 /* Normal bins packed as described above */ 23 mchunkptr [NBINS * 2 - 2]; 24 25 /* Bitmap of bins */ 26 unsigned int binmap[BINMAPSIZE]; 27 28 /* Linked list */ 29 struct malloc_state *next; 30 31 /* Linked list for free arenas. Access to this field is serialized 32 by free_list_lock in arena.c. */ 33 struct malloc_state *next_free; 34 35 /* Number of threads attached to this arena. 0 if the arena is on 36 the free list. Access to this field is serialized by 37 free_list_lock in arena.c. */ 38 INTERNAL_SIZE_T attached_threads; 39 40 /* Memory allocated from the system in this arena. */ 41 INTERNAL_SIZE_T system_mem; 42 INTERNAL_SIZE_T max_system_mem; 43}; 可以看到這裡有 flag、last_remainder、fastbin 和 bins 等欄位，這些名詞將在後續內容中詳細說明。 ...

Lab 網址 前言 今天大致來到 Stack 部分的尾聲，前面的內容我們討論了幾個經典的 Stack 漏洞，講解了如何進行攻擊並編寫 exploit，也介紹了不少實用的工具。今天，我們將實際練習一道程式碼量較大的題目，這是我在 HITCON 社團攤位時設計的練習題目。 Lab 查看以下原始碼： 1#include<stdio.h> 2#include<stdlib.h> 3#include<unistd.h> 4int choice,num; 5char *product[3] = { 6 "shirt\n", 7 "sticker\n", 8 "tissue\n" 9}; 10 11void buy(){ 12 printf("We have 3 products:\n"); 13 for(int i=0; i<3; i++){ 14 printf("%d. %s", i+1, product[i]); 15 } 16 printf("Which one do you want to buy? "); 17 scanf("%d", &choice); 18 printf("You have bought %s\n", product[choice-1]); 19 printf("How many do you want to buy? "); 20 scanf("%d", &num); 21 return; 22} 23 24char address[0x20]; 25int main(){ 26 setvbuf(stdout, 0, _IONBF, 0); 27 setvbuf(stdin, 0, _IONBF, 0); 28 printf("This is HackerSir!\n"); 29 printf("Welcome to the shop!\n"); 30 printf("1. Buy\n"); 31 printf("2. Exit\n"); 32 printf("Your choice: "); 33 scanf("%d", &choice); 34 if(choice==1){ 35 buy(); 36 printf("Please leave your address: "); 37 scanf("%s", address); 38 printf(address); 39 }else{ 40 printf("Goodbye!\n"); 41 exit(0); 42 } 43 char last[0x10]; 44 printf("\nleave your last message to our club: "); 45 read(0, last, 0x30); 46 return 0; 47} 使用以下指令進行編譯： ...

Lab 網址 前言 今天我們將介紹一些簡單的知識，並在最後提供一個練習 Lab。看完前面的內容，大家可能會想：「如果我們可以調用 execve，那是否就能拿到 shell 呢？」這確實沒錯，但還有一種方法可以防止使用者調用 execve 系統呼叫 (syscall)，這就是 seccomp 的機制。 Seccomp (secure computing mode) seccomp 是 Linux 核心用來禁用特定系統呼叫的機制，透過 Seccomp BPF 可以設定對某些 syscall 的過濾規則。例如，可以限制 execve，甚至 open、read、write 等等。 但在實作這些規則後，逆向工程的過程可能變得不直觀且困難理解。為了簡化分析，one gadget 工具的作者還開發了一個工具，叫做 seccomp-tools，非常適合這類情況。 seccomp-tools 筆者提供的環境中已經安裝了該工具 這個工具能分析程式的 seccomp 規則，並將結果轉換成直觀的 if-else 形式的 pseudo code。這讓我們能輕鬆看出程式允許或限制了哪些 syscall，非常適合處理複雜的 seccomp 規則。 使用方式如下： 1seccomp-tools dump ./[binary] Lab 查看以下原始碼： 1#include <stdio.h> 2#include <sys/mman.h> 3#include <unistd.h> 4#include "seccomp-bpf.h" 5 6void apply_seccomp() { 7 struct sock_filter filter[] = { 8 VALIDATE_ARCHITECTURE, 9 EXAMINE_SYSCALL, 10 ALLOW_SYSCALL(read), 11 ALLOW_SYSCALL(write), 12 ALLOW_SYSCALL(open), 13 KILL_PROCESS, 14 }; 15 16 struct sock_fprog prog = { 17 .len = (unsigned short)(sizeof(filter) / sizeof(struct sock_filter)), 18 .filter = filter, 19 }; 20 21 if (prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS, 1, 0, 0, 0)) { 22 perror("Seccomp Error"); 23 exit(1); 24 }; 25 if (prctl(PR_SET_SECCOMP, SECCOMP_MODE_FILTER, &prog)) { 26 perror("Seccomp Error"); 27 exit(1); 28 }; 29} 30char shellcode[0x100]; 31int main() { 32 setvbuf(stdin, 0, 2, 0); 33 setvbuf(stdout, 0, 2, 0); 34 setvbuf(stderr, 0, 2, 0); 35 unsigned long addr = (unsigned long)&shellcode & ~0xfff; 36 mprotect((void *)addr, 0x1000, PROT_EXEC | PROT_READ | PROT_WRITE); 37 apply_seccomp(); 38 printf("I add new rule to prevent you from using system().\n"); 39 printf("Give me shellcode: "); 40 read(0, shellcode, 0x100); 41 printf("Overflow me: "); 42 char buffer[0x10]; 43 gets(buffer); 44 printf("Bye!\n"); 45 return 0; 46} 使用以下指令進行編譯： ...

Lab 網址 前言 如果我們沒有辦法有足夠的長度或方法 leak libc 或是構建 ROP chain，還有什麼攻擊方式嗎？其實有的，就是將 stack 直接移到其他區塊並執行事先寫在指定區域的 chain。將 stack 遷移到其他地方的方式就叫做 Stack Pivoting 或 Stack Migration。 Stack Pivoting Stack Pivoting 是將 ROP chain 分次寫在指定區域，最後將 stack 遷移過去執行。Stack 由 rsp 控制，因此我們需要控制 rsp，主要利用以下的關鍵指令： leave ; ret 實際執行了以下兩個動作： leave -> mov rsp , rbp ; pop rbp ; ret -> pop rip; 由於在每次的 buffer overflow 中，rbp 是可以控制的，所以我們可以利用 rbp 加上這個指令來控制 rsp。這些 gadgets 在程式中幾乎都可以找到，因為它們通常用於 function 結束時恢復上一個 function 的 stack frame。 範例 以下範例展示如何將 rsp 遷移到另一個區塊： ...

前言 經過了這麼多天的 Lab，今天的內容就輕鬆一下，只講原理，不提供練習 Lab 囉！ 如果大家有注意看前兩天的程式碼，應該會發現我都寫了一個 pop rdi 指令進去。這是因為現在較新的編譯器版本不再包含 __libc_csu_init，因此傳遞參數變得相對困難。不過，在有這個函式的情況下，會有更多傳遞參數的 gadgets 可以使用，甚至可以直接用一大段 __libc_csu_init 來設定參數並取得 shell。這種技巧被稱為 ret2csu。 __libc_csu_init __libc_csu_init 是編譯器在編譯時會自動加入的函式，用來初始化 libc 函式庫。由於大部分程式都會使用 libc 函式，這個函式原則上一定會存在（不過現今新版編譯器已不再編入這個函式）。 這是 __libc_csu_init 的部分內容： 仔細觀察可以發現，最底下的這段程式碼非常適合用來放參數以及控制流程。 使用方式 我們可以控制 rbp、rbx、r12、r13、r14、r15，並跳至 gadgets 開頭。對應一下就會發現，r13 和 r14 可以用來控制 rsi、rdx 等暫存器。這樣就能解決很多程式中找不到相關 gadgets 來控制參數的問題。 此外，我們還可以透過 r15 和 rbx 指定任意記憶體位置。接著將 rbx 和 rbp 分別指定為 0 和 1，在呼叫完後確保 rbx == rbp == 1，此時 jne 不會生效，我們就可以繼續使用後面的一連串 pop 指令，最終達成任意 ROP 攻擊。

Lab 網址 前言 昨天我們示範了如何在沒有拿到 libc base 且程式是動態鏈結的情況下，透過 PLT 拿到 shell。不過那是因為程式一開始就有呼叫一次 system 函式，使得在編譯過程中產生了 GOT 和 PLT。如果沒有呼叫過該函式，是不是就無法被攻擊了呢？其實不是，因為我們可以透過 PLT 和 GOT 嘗試取得程式中的 libc base，並進行 ret2libc 攻擊。 plt & got leak libc 如之前所提，GOT 會存儲外部函式的地址。即便我們不知道具體的 libc base，也可以將某些函式的 GOT 地址作為參數，傳遞給可以輸出資訊的函式，如 puts，來洩露 libc 地址並計算出 libc base。具體上傳遞參數的過程會像這樣：puts(got_address)。 這裡需要注意，若程式的 RELRO 是 Partial，我們需要函式的地址被解析完成後才能使用。有些讀者可能會問：既然我們不知道 libc base，那要如何呼叫 puts 呢？實際上，我們可以直接呼叫 PLT，因為 PLT 會自動從 GOT 中取出地址，也就是 libc 內部的函式地址。如此一來，我們就能成功呼叫 puts 並取得 libc base，進而進行簡單的 ret2libc 攻擊。 Lab 查看以下原始碼： 1#include<stdio.h> 2#include<stdlib.h> 3#include<unistd.h> 4 5void pop_rdi(){ 6 __asm__("pop %rdi; ret;"); 7} 8 9int main(){ 10 setvbuf(stdout, 0, 2, 0); 11 setvbuf(stdin, 0, 2, 0); 12 setvbuf(stderr, 0, 2, 0); 13 char message[0x10]; 14 puts("Welcome to challenge!"); 15 puts("Leave a message: "); 16 read(0, message, 0x100); 17 return 0; 18} 使用以下指令進行編譯： ...

前言 昨天剛學完神奇的 one gadgets，今天我們將回到 PLT 表，介紹 ret2plt 的攻擊手法。如果沒有足夠的 gadgets 可供使用，並且無法 leak libc，我們可以將目標轉向 PLT。這種技巧通常被稱為 ret2plt。 ret2plt 顧名思義，ret2plt 就是將執行流程返回到 PLT 表上。那麼，為什麼這樣做可以取得 shell 呢？我們先來看幾個例子： write(1, "ret2plt", 7) 在 stack 上的狀況會是： puts("ret2plt") 在 stack 上的狀況會是： 這些例子中，實際上都是輸出 “ret2plt” 這個字串。如果有可以利用的 PLT 表，就可以用更短的 chain 完成，而不需要尋找過多可用的 gadgets。類似的： system("/bin/sh") 在 stack 上的狀況會是： 這代表我們可以先透過 gets 或其他可以寫入的 PLT 將資料寫進可寫區域，然後把該區域當作 system@plt 的參數，這樣就可以將 /bin/sh 或 sh 寫入並呼叫 system@plt。如此一來，便能開啟 shell。 簡單來說，ret2plt 是透過 binary 中已有的函數，先準備好參數，然後直接呼叫這些函數來達成攻擊目的。即使在無法 leak libc 的情況下，也能透過返回 PLT 表來使用該函數，這就是 ret2plt。 Lab 查看以下程式碼： ...

Lab 網址 前言 昨天的內容利用了 libc 進行攻擊，不過實際上我們使用的 gadgets 長度既不算長也不算短。而且在之前的題目中，我們常常隨意填充 rbp，那麼 rbp 真的沒有用嗎？事實上，它是有作用的。像是 one gadget 這個工具，就會使用到 rbp，而且它能使 gadgets 的長度最短，因為它只需要控制 rbp 和 8 個 byte 的 return address 即可。 One Gadget 在函式庫中，有些函式會呼叫 execve('/bin/sh', argv, envp)，簡單來說就是可以拿來開啟 shell。像是 system(cmd) 可能會執行 fork() + execve('/bin/sh', ["sh","-c",cmd], environ)。因此，如果跳到 system 的某個中段，最終可能會執行 execve('/bin/sh', argv, environ)。 不過，雖然這樣說，直接跳過去不一定會成功，但通常有很多個 one gadget，所以多試幾個總會有成功的可能。如果你想進一步了解工具的運作方式，或者想手動尋找 one gadget，建議參考 david942j 在 HITCON CMT 2017 的議程 david942j - 一發入魂 One Gadget RCE。 使用 使用以下指令安裝 one gadget 工具： 1gem install one_gadget 安裝完成後，只需要針對 libc 找出可用的 one gadget，指令如下： ...

前言 昨天介紹了 ROP，當程式使用靜態鏈結時，我們可以利用更多 gadgets 組合出 ROP chain。那麼，當程式為動態鏈結時，還有其他方法能夠取得 shell 嗎？其實有一種方法與 libc.so 有關，這種技術被稱作 ret2libc。 How to change libc 首先，由於每個人的環境和遠端環境可能不同，因此操作系統與 libc 版本也不盡相同。我們會希望在本地測試的程式與遠端題目盡量一致，所以我們通常會更換 libc 和動態鏈結器。以往題目不常附帶 libc，這時可能需要自己從 libc database 等網站找資料。然而，有些題目（像筆者的 lab）會提供包含題目完整環境的 Dockerfile。我們可以按照以下步驟將題目環境架設起來： 執行 docker-compose up -d 執行 docker ps 並記下容器的 ID 使用 docker exec -it [ID] /bin/bash 進入容器 使用 ldd 確認 libc 路徑與檔名 使用 docker cp [ID]:[檔案路徑] . 將檔案從容器中複製到本地 使用 ls -al 會發現 ld-linux-x86-64.so.2 其實是連結到另一個檔案，因此需要再多複製一次 接下來，我們需要使用 patchelf 來修改 ELF 檔案。下載 patchelf 後，執行以下命令進行 patch： ...

Lab 網址 前言 昨天的 shellcode 是在記憶體區段有執行與寫入權限的情況下才可以執行，那如果程式啟用了 NX 保護，且沒有任何變數的記憶體區段有執行權限呢？這就要提到今天的內容：ROP (Return Oriented Programming)。 static or dynamic linking 觀察以下程式碼，並使用底下的編譯參數分別編譯： 1#include<stdio.h> 2int main(){ 3 printf("Hello World!\n"); 4 return 0; 5} 1gcc test.c -static -o static 2gcc test.c -o dynamic 透過各種資訊查看兩者差異，這裡使用 ls、file 和 ASM 的方式比較。 ls -al static dynamic 可以發現 static 檔案的大小明顯大上許多。 file static dynamic 可以看到一個是 static linking，另一個是 dynamic linking。 ...