20169210《Linux内核原理与分析》第十二周作业

Return-to-libc 攻击实验

缓冲区溢出的常用攻击方法是用 shellcode 的地址来覆盖漏洞程序的返回地址，使得漏洞程序去执行存放在栈中 shellcode。为了阻止这种类型的攻击，一些操作系统使得系统管理员具有使栈不可执行的能力。这样的话，一旦程序执行存放在栈中的 shellcode 就会崩溃，从而阻止了攻击。

不幸的是上面的保护方式并不是完全有效的，现在存在一种缓冲区溢出的变体攻击，叫做 return-to-libc 攻击。这种攻击不需要一个栈可以执行，甚至不需要一个 shellcode。取而代之的是我们让漏洞程序调转到现存的代码（比如已经载入内存的 libc 库中的 system（）函数等）来实现我们的攻击。

实验准备：

输入命令安装一些用于编译 32 位 C 程序的东西：

sudo apt-get update
sudo apt-get install lib32z1 libc6-dev-i386
sudo apt-get install lib32readline-gplv2-dev

输入命令“linux32”进入 32 位 linux 环境。输入“/bin/bash”使用 bash：

实验步骤

初始设置

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

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：

sudo su
cd /bin
rm sh
ln -s zsh sh
exit

为了防止缓冲区溢出攻击，最近版本的 gcc 编译器默认将程序编译设置为栈不可执行，而你可以在编译的时候手动设置是否使栈不可执行：

gcc -z execstack -o test test.c    #栈可执行
gcc -z noexecstack -o test test.c  #栈不可执行

本次实验的目的，就是展示这个“栈不可执行”的保护措施并不是完全有效，所以我们使用“-z noexecstack”，或者不手动指定而使用编译器的默认设置。

漏洞程序

把以下代码保存为“retlib.c”文件，保存到 /tmp 目录下。代码如下：

这个程序有缓冲区溢出漏洞，我们的任务是利用这个漏洞。
上述程序有一个缓冲区溢出漏洞，它先从一个叫“badfile”的文件里把 40 字节的数据读取到 12 字节的 buffer，引起溢出。fread()函数不检查边界所以会发生溢出。应该注意到此程序是从一个叫做“badfile”的文件获得输入的，这个文件受用户控制。现在我们的目标是为“badfile”创建内容，这样当这段漏洞程序将此内容复制进它的缓冲区，便产生了一个 root shell 。
编译该程序，并设置 SET-UID。命令如下：

sudo su

gcc -m32 -g -z noexecstack -fno-stack-protector -o retlib retlib.c

chmod u+s retlib

exit

-z noexecstack是栈不可执行。GCC 编译器有一种栈保护机制来阻止缓冲区溢出，所以我们在编译代码时需要用 –fno-stack-protector 关闭这种机制。“为了方便普通用户执行一些特权命令，SUID/SGID程序允许普通用户以root身份暂时执行该程序，并在执行结束后再恢复身份。”chmod u+s 就是给某个程序的所有者以suid权限，可以像root用户一样操作。

我们还需要用到一个读取环境变量的程序：

攻击程序

把以下代码保存为“exploit.c”文件，保存到 /tmp 目录下。代码如下：

获取内存地址

gdb 获得 system 和 exit 地址：

修改 exploit.c 文件，填上刚才找到的内存地址：

删除刚才调试编译的 exploit 程序和 badfile 文件，重新编译修改后的 exploit.c：

rm exploit
rm badfile
gcc -m32 -o exploit exploit.c

攻击

先运行攻击程序 exploit，再运行漏洞程序 retlib，可见攻击成功，获得了 root 权限：

至此实验结束。