Day5 大雜燴之雜燴菜 - Pwn：Basic（3）

15th鐵人賽 pwn 雜燴菜

autong

團隊三個資安仔中出了一個間諜

2023-09-20 17:32:36

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今天又回到正常的雜燴了，所以我們也繼續講 Pwn 吧~

上次提到，當一個程式（program）被載入到記憶體成為一個 process 時，作業系統會為其分配記憶體空間。在那張記憶體配置圖中，我們可以看到 process 被分配到 stack 和 heap 區域。

Heap：允許程式在執行過程中根據需要請求和釋放記憶體，通常用於存儲動態創建的對象、數據結構或其他資料。
Stack：用於管理程式執行過程中的函數調用和局部變數。

這兩個區域與原本已經預先配置好內容的區域（例如.bss 和.text 段）有所不同，它們是在程式運行期間根據程式的需求動態分配和使用的，也就是因為這個原因，前面才會說到他是較容易 Pwn 的地方，因為若程式沒寫好，就能利用這些漏洞，在程式運行時下惡意的 payload 實現入侵和控制系統的目標。

僅僅只是說 Heap 和 Stack 這兩個區域在程式執行期間允許動態分配和使用記憶體，且它們的管理和安全性容易受到攻擊，所以這些區域較容易 Pwn，而非是只有這兩部分才能 Pwn。

Basic 系列主要會談談如何在 Stack 上達成 buffer overflow（Stack-Based Buffer Overflow）。

~~到這邊是原先預計的 Basic(1) 結尾 www~~

前面講到 stack 是用於管理程式執行過程中的函數調用和局部變數，這是甚麼意思呢？

之前有說到程式會被編譯成組合語言，它看起來會像這樣

push   ebp
mov    ebp,esp
sub    esp,0x10

每一行稱為一個 instruction（指令），這是程式中最小執行單位，意思是 CPU 會一個 instruction 一個 instruction 從記憶體中讀取出來並執行。而 CPU 要麼知道要去記憶體哪邊抓 instruction 呢？這就要依靠 register（暫存器）了。

Register 是 CPU 中小型的、可快速存取的儲存區域，用於儲存和處理資料。其中有一個特殊的 register 它會指著下一條 CPU 要讀取的 instruction 位址，這個 register 的名稱在不同的 CPU 架構中有不同的名稱，其中在 x86 架構下稱為 EIP（x86-64 架構下稱為 RIP）

register 通常都是指標的形式，所以 EIP/RIP 的內容是儲存下一條 instruction 的位址的位址（就是指著下一條 instruction 的位址的意思）

由於惡意程式使用 x86 架構，因此本篇主要會此架構，然而現在 x86 架構逐漸被 x86-64 取代，所以可以的話會盡量補充一點。

不管是 x86 還是 x86-64 架構，基本的程式執行流程大致如下：

CPU 從當前 EIP/RIP 儲存的值(instruction 的位址）讀取 instruction。
CPU 執行該 instruction。
執行完畢後，EIP/RIP 會將儲存的值修改為下一條 instruction 的位址，通常是加上一個 instruction 的大小。
重複步驟一，繼續執行下一條 instruction。

看起來整個流程非常順暢，可喜可賀~
但還是有個問題~ 想想看如果這時候如果遇到函數呢？
當我們進入函數後，暫存器不會知道應該要加多少才能回到原本下一條 instruction 的位置，所以應該怎麼做呢？

在 x86 架構下會使用 stack 來儲存要傳遞的參數以及回傳地址

在 x86-64 不是使用 stack，因為它暫存器夠多（有本錢），因此是使用暫存器。

我們用實際程式來解釋遇到函數時會如何運作：

void func(int a, int b) {
    a + b;
}

int main(void) {
    int a = 2;
    int b = 3;
    func(a, b);
    return 0;
}

使用 gdb 反組譯 main，可以看到 main 的組語：

gdb-peda$ disas main
Dump of assembler code for function main:
   0x0000118d <+0>:     push   ebp
   0x0000118e <+1>:     mov    ebp,esp
   0x00001190 <+3>:     sub    esp,0x10
   0x00001193 <+6>:     call   0x11c0 <__x86.get_pc_thunk.ax>
   0x00001198 <+11>:    add    eax,0x2e5c
   0x0000119d <+16>:    mov    DWORD PTR [ebp-0x4],0x2        \\ int a = 2;
   0x000011a4 <+23>:    mov    DWORD PTR [ebp-0x8],0x3        \\ int b = 3;
   0x000011ab <+30>:    push   DWORD PTR [ebp-0x8]            \\ _
   0x000011ae <+33>:    push   DWORD PTR [ebp-0x4]            \\  |
   0x000011b1 <+36>:    call   0x117d <func>                  \\ func(a,b);
   0x000011b6 <+41>:    add    esp,0x8                        \\  |
   0x000011b9 <+44>:    mov    eax,0x0                        \\ _|
   0x000011be <+49>:    leave
   0x000011bf <+50>:    ret
End of assembler dump.

剛剛說到 stack 會用來儲存要傳遞的參數、回傳地址以及其他資訊，因此當一個函數要被調用前，我們會將參數、回傳地址等資訊先 push 到 stack 中。

為了要讓所有呼叫（使用）此函數的人都知道要從什麼順序讀取參數，所以依據不同的架構、作業系統會定義出一套標準的流程，包含參數如何處理、回傳值如何處理，函式如何進行呼叫等，這套流程稱為 Calling Convention（呼叫慣例）。

關於 stack 可以參考這篇文章

以我們例子的呼叫慣例會將參數由右而左 push 進 stack 中，最後則 push 回傳地址。

我們實際執行一遍 func（a, b）給大家看：

func 語句由 +30 到 +44 這五個 instruction 組成，
因此我們將斷點設置在 main+30 的位置，結果如下（已省略部分資訊）

gdb-peda$ b *main + 30
Breakpoint 1 at 0x11ab: file fun.c, line 12.
gdb-peda$ run
[----------------------------------registers-----------------------------------]
    :
    :
EIP: 0x565561ab (<main+30>:     push   DWORD PTR [ebp-0x8])
    :
[-------------------------------------code-------------------------------------]
    :
   0x565561a4 <main+23>:        mov    DWORD PTR [ebp-0x8],0x3
=> 0x565561ab <main+30>:        push   DWORD PTR [ebp-0x8]
   0x565561ae <main+33>:        push   DWORD PTR [ebp-0x4]
   0x565561b1 <main+36>:        call   0x5655617d <func>
   0x565561b6 <main+41>:        add    esp,0x8
   0x565561b9 <main+44>:        mov    eax,0x0
[------------------------------------stack-------------------------------------]
0000| 0xffffd0e8 --> 0xf7fc2ab0 --> 0xf7da122d ("GLIBC_PRIVATE")
0004| 0xffffd0ec --> 0x1
0008| 0xffffd0f0 --> 0x3
0012| 0xffffd0f4 --> 0x2
0016| 0xffffd0f8 --> 0x0
0020| 0xffffd0fc --> 0xf7da57c5 (add    esp,0x10)
0024| 0xffffd100 --> 0x1
0028| 0xffffd104 --> 0xffffd1b4 --> 0xffffd31c ("your path")
[------------------------------------------------------------------------------]
Legend: code, data, rodata, value

Breakpoint 1, main () at fun.c:12
12              func(a,b);

我們剛剛在 main 的位址 +30 的地方下了斷點，這個意思是說我們剛結束了 +23 的執行，在準備要執行 +30 的部分暫停下來了（所以現在所有的 stack、register 狀態都是 +23 結束後，而非 +30，因此 EIP 此時還指著 +30，等到 +30 執行完後才會指向 +33）

補充說明：上面 disas main 出來的結果 +30 的位置是 0x000011ab，這時候還沒執行，而到了正式執行時我們的位置會依據當時的情況分配，因此不一定是 0x000011ab（像這次就是：0x565561ab），所以若我們斷點下 *0x000011ab 可能會出現讀取不到的錯誤，不能這樣下。

接下來我們可以使用 ni（next instruction）跳到下一個 instruction（+33）暫停（就是執行 +30 那行的意思）

補充說明：若只下 n 則是會以高階語言的語句為單位，例如我們在這邊下 n，就會執行完構成 func(a, b) 的五個 instruction 直接到 +49

gdb-peda$ ni
[----------------------------------registers-----------------------------------]
    :
ESP: 0xffffd0e4 --> 0x3
EIP: 0x565561ae (<main+33>:     push   DWORD PTR [ebp-0x4])
    :
[-------------------------------------code-------------------------------------]
   0x5655619d <main+16>:        mov    DWORD PTR [ebp-0x4],0x2
   0x565561a4 <main+23>:        mov    DWORD PTR [ebp-0x8],0x3
   0x565561ab <main+30>:        push   DWORD PTR [ebp-0x8]
=> 0x565561ae <main+33>:        push   DWORD PTR [ebp-0x4]
   0x565561b1 <main+36>:        call   0x5655617d <func>
   0x565561b6 <main+41>:        add    esp,0x8
   0x565561b9 <main+44>:        mov    eax,0x0
   0x565561be <main+49>:        leave
[------------------------------------stack-------------------------------------]
0000| 0xffffd0e4 --> 0x3
    :
    :
[------------------------------------------------------------------------------]
Legend: code, data, rodata, value
0x565561ae      12              func(a,b);

我們在 stack 的部分可以看到參數 b 的值被 push 上去了。
此外，多介紹一個 register：ESP，他指著 stack 的最頂端，因此我們可以看到存著 0x3 內容的位址被存到 ESP 裡了。

再繼續往下執行：

gdb-peda$ ni
[----------------------------------registers-----------------------------------]
    :
ESP: 0xffffd0e0 --> 0x2
EIP: 0x565561b1 (<main+36>:     call   0x5655617d <func>)
    :
[-------------------------------------code-------------------------------------]
   0x565561a4 <main+23>:        mov    DWORD PTR [ebp-0x8],0x3
   0x565561ab <main+30>:        push   DWORD PTR [ebp-0x8]
   0x565561ae <main+33>:        push   DWORD PTR [ebp-0x4]
=> 0x565561b1 <main+36>:        call   0x5655617d <func>
   0x565561b6 <main+41>:        add    esp,0x8
   0x565561b9 <main+44>:        mov    eax,0x0
   0x565561be <main+49>:        leave
   0x565561bf <main+50>:        ret
Guessed arguments:
arg[0]: 0x2
arg[1]: 0x3
[------------------------------------stack-------------------------------------]
0000| 0xffffd0e0 --> 0x2
0004| 0xffffd0e4 --> 0x3
    :
[------------------------------------------------------------------------------]
Legend: code, data, rodata, value
0x565561b1      12              func(a,b);

我們可以看到參數 a 也被 push 進去了。
那接下來 +36 這行的 call 意思是呼叫一個函式，若我們想跟進去則是使用 si

補充說明：同樣也有 s，如同上面介紹的 n，只是他會進入函式

gdb-peda$ si
[----------------------------------registers-----------------------------------]
    :
ESP: 0xffffd0dc --> 0x565561b6 (<main+41>:      add    esp,0x8)
EIP: 0x5655617d (<func>:        push   ebp)
    :
[-------------------------------------code-------------------------------------]
   :
=> 0x5655617d <func>:   push   ebp
   0x5655617e <func+1>: mov    ebp,esp
   0x56556180 <func+3>: call   0x565561c0 <__x86.get_pc_thunk.ax>
   0x56556185 <func+8>: add    eax,0x2e6f
   0x5655618a <func+13>:        nop
[------------------------------------stack-------------------------------------]
0000| 0xffffd0dc --> 0x565561b6 (<main+41>:     add    esp,0x8)
0004| 0xffffd0e0 --> 0x2
0008| 0xffffd0e4 --> 0x3
    :
[------------------------------------------------------------------------------]
Legend: code, data, rodata, value
func (a=0x2, b=0x3) at fun.c:5
5       {

這時我們可以看到，原先應該要被執行的下一行（+41）被 push 進去了
接下來我們一直下 ni，直到遇到 ret：

gdb-peda$ ni
[----------------------------------registers-----------------------------------]
    :
ESP: 0xffffd0dc --> 0x565561b6 (<main+41>:      add    esp,0x8)
EIP: 0x5655618c (<func+15>:     ret)
    :
[-------------------------------------code-------------------------------------]
   0x56556185 <func+8>: add    eax,0x2e6f
   0x5655618a <func+13>:        nop
   0x5655618b <func+14>:        pop    ebp
=> 0x5655618c <func+15>:        ret
   0x5655618d <main>:   push   ebp
   0x5655618e <main+1>: mov    ebp,esp
   0x56556190 <main+3>: sub    esp,0x10
   0x56556193 <main+6>: call   0x565561c0 <__x86.get_pc_thunk.ax>
[------------------------------------stack-------------------------------------]
0000| 0xffffd0dc --> 0x565561b6 (<main+41>:     add    esp,0x8)
0004| 0xffffd0e0 --> 0x2
0008| 0xffffd0e4 --> 0x3
    :
[------------------------------------------------------------------------------]
Legend: code, data, rodata, value
0x5655618c      7       }

ret 執行函式的返回操作，他會將 stack pop 到 EIP，然後再讓 CPU 執行，這時候 CPU 就會依據 EIP 所指的位置繼續執行，我們就能成功的回到原先的地方了

gdb-peda$ ni
[----------------------------------registers-----------------------------------]
    :
ESP: 0xffffd0e0 --> 0x2
EIP: 0x565561b6 (<main+41>:     add    esp,0x8)
    :
[-------------------------------------code-------------------------------------]
   0x565561ab <main+30>:        push   DWORD PTR [ebp-0x8]
   0x565561ae <main+33>:        push   DWORD PTR [ebp-0x4]
   0x565561b1 <main+36>:        call   0x5655617d <func>
=> 0x565561b6 <main+41>:        add    esp,0x8
   0x565561b9 <main+44>:        mov    eax,0x0
   0x565561be <main+49>:        leave
   0x565561bf <main+50>:        ret
   0x565561c0 <__x86.get_pc_thunk.ax>:  mov    eax,DWORD PTR [esp]
[------------------------------------stack-------------------------------------]
0000| 0xffffd0e0 --> 0x2
0004| 0xffffd0e4 --> 0x3
    :
[------------------------------------------------------------------------------]
Legend: code, data, rodata, value
0x565561b6 in main () at fun.c:12
12              func(a,b);

那麼若是我們能將返回地址覆蓋成我們自己想要的東西呢？
是不是繞過原本程式執行的流程，讓程式隨我們操作了呢~
明天（沒意外的話）我們將實際利用有漏洞的程式，實作在 Stack 上達成 buffer overflow（Stack-Based Buffer Overflow）。

上面打太多廢話了，趕快進入主題吧~
今天的主題是：