缓冲区溢出攻击相关知识

本文是coursera软件安全课程学习总结，算是梳理知识，细节太多，只写了要点。

0. 内存模型

0.1 内存分配

使用malloc函数分配的内存在heap区域，stack从高地址向低地址生长，heap相反。

0.2 函数调用时的堆栈变化

每当使用call指令进行函数调用时，都会将原来的eip寄存器中的值压栈，然后，将新的函数指针写入eip寄存器，这是由机器自动执行的，保存原eip的同时，将新的执行地址写入eip.详细过程可以关注我的博客中一篇详细描述堆栈变化的博文click here。

这里我们知道，一旦函数调用完毕，返回地址如果被修改（比如被修改成为恶意程序的入口地址），那么后果不堪设想。使用缓冲区溢出可以实现攻击 ，我们会在例子中给出解释。

接下来我们使用一个例子来形象的表示出函数调用时堆栈的变化

void f(char* str,int i,int j){ int local1; int local2;
    ...
} int main(){
    ...
    f("tom",8,9);
    ...
} 

1. 代码注入

如何进行代码注入？首先，我们需要把代码放入内存。其次，需要让eip指向我们的代码起始位置，才能执行它。

1.1 将代码加载到内存

（1）代码必须是已编译的可执行机器码
（2）代码不能包括零，否则，零之后I/O函数将停止拷贝
（3）不能使用loder

我们的目标是执行一个我们可以操纵的shell,加载shell的代码被称为shellcode。

#include  int main( ) { char *name[2];
   name[0] = “/bin/sh”;
   name[1] = NULL;
   execve(name[0], name, NULL);
}

1.2 让已经加载的代码运行起来

由于在函数调用的末尾，需要将原eip值取出加载到eip寄存器，那么，如果我们修改了原eip的值，使其变为我们shellcode代码执行地址，那么函数返回后就执行shellcode。

可是，怎么知道我们的shellcode指令开始地址呢？因为如果地址不正确，CPU就故障了。

如果我们没有权限获取代码，我们当让不知道缓冲区距离ebp有多远，那么，我们怎么办呢？

（1）尝试！不停尝试（这个看运气，而且几率不高）
（2）如果没有地址随机优化，那么每次堆栈都从一个固定的地址开始执行，而且堆栈一般不会很深，那么，可以知道esp大体在某个区间。可以使用 nop sleds 提高我们的命中几率。

nop sleds:

以上我们讨论的就是所谓的stack smashing。

2. 其他内存攻击

2.1 堆溢出

把缓冲区溢出的原理用在堆上，就是所谓的堆溢出。

2.2 整数溢出

2.3 读溢出

读取了不该读取的内存

the Heartbleed bug 通过发送特定的消息，拥有bug的ssl服务器没有检查长度就将攻击者指定的返回字符串返回攻击者。因此，攻击者可以通过增大字符串长度，非法读取其他数据。

2.4 被释放的指针再次使用

3.格式化字符串攻击

3.1 正常情况下的printf函数

3.2 不安全时

读取了调用者的数据！

举例：

printf(“100% dave”); //Prints stack entry 4 byes above saved %eip printf(“%s”); //Prints bytes pointed to by that stack entry printf(“%d %d %d %d …”); //Prints a series of stack entries as integers printf(“%08x %08x %08x %08x …”); // Same, but nicely formatted hex printf(“100% no way!”)"
//WRITES the number 3 to address pointed to by stack entry

3.3 例子解释

#include  #include  #include  #include  #include  #include  #include   char greeting[] = "Hello there
1. Receive wisdom
2. Add wisdom
Selection >"; char prompt[] = "Enter some wisdom
"; char pat[] = "Achievement unlocked!
"; char secret[] = "secret key"; int infd = 0; /* stdin */ int outfd = 1; /* stdout */ #define DATA_SIZE 128 typedef struct _WisdomList { struct _WisdomList *next; char data[DATA_SIZE];
} WisdomList; struct _WisdomList  *head = NULL; typedef void (*fptr)(void); void write_secret(void) {
  write(outfd, secret, sizeof(secret)); return;
} void pat_on_back(void) {
  write(outfd, pat, sizeof(pat)); return;
} void get_wisdom(void) { char buf[] = "no wisdom
"; if(head == NULL) {
    write(outfd, buf, sizeof(buf)-sizeof(char));
  } else {
    WisdomList  *l = head; while(l != NULL) {
      write(outfd, l->data, strlen(l->data));
      write(outfd, "
", 1);
      l = l->next;
    }
  } return;
} void put_wisdom(void) { char wis[DATA_SIZE] = {0}; int r;

  r = write(outfd, prompt, sizeof(prompt)-sizeof(char)); if(r < 0) { return;
  }

  r = (int)gets(wis); if (r == 0) return;

  WisdomList  *l = malloc(sizeof(WisdomList)); if(l != NULL) { memset(l, 0, sizeof(WisdomList)); strcpy(l->data, wis); if(head == NULL) {
      head = l;
    } else {
      WisdomList  *v = head; while(v->next != NULL) {
        v = v->next;
      }
      v->next = l;
    }
  } return;
}

fptr  ptrs[3] = { NULL, get_wisdom, put_wisdom }; int main(int argc, char *argv[]) { while(1) { char buf[1024] = {0}; int r;
      fptr p = pat_on_back;
      r = write(outfd, greeting, sizeof(greeting)-sizeof(char)); if(r < 0) { break;
      }
      r = read(infd, buf, sizeof(buf)-sizeof(char)); if(r > 0) {
        buf[r] = ""; int s = atoi(buf);
        fptr tmp = ptrs[s];
        tmp();
      } else { break;
      }
  } return 0;
}

本实验所有材料来自coursera软件安全课程。

这个例子包含两个缓冲区溢出攻击。主函数中包含一个全局缓冲区攻击，函数put_wisdom中的wis缓冲区是一个栈上的缓冲区溢出。

执行过程：

（1）编译程序，gcc -fno-stack-protector -ggdb -m32 wisdom-alt.c -o wisdom-alt
（2）使用bash打开一个终端，运行./runbin.sh
（3）打开另一个终端，使用命令 gdb -p `pgrep wisdom-alt`调试

（1）ptrs输入超过2的索引出现错误

回想之前的缓冲区溢出，如果我们输入的索引值恰好能到达fptr p = pat_on_back;中p的存储区域，那么就能读取到pat_on_back，进而执行该函数！

首先，确定p的地址：在启动运行gdb中print &p和print buf:

通过计算，知道p在buf之前771675416个内存位置处，我们输入该数字：

发现我们获取到了到了pat_on_back函数指针！

（2）void put_wisdom(void)函数中的栈上缓冲区溢出

同样的原理，我们通过找到函数void put_wisdom(void) 被调用时缓冲区wis的地址和返回地址在内存中的差，用同样的方法，将我们函数指针write_secret的地址写入保存返回地址的内存区域，那么函数put_wisdom调用结束后，就会执行write_secret函数。