pwn基础入门分享

什么是PWN？

以下内容摘自百度百科：

”Pwn”是一个黑客语法的俚语词，是指攻破设备或者系统 。发音类似“砰”，对黑客而言，这就是成功实施黑客攻击的声音——砰的一声，被“黑”的电脑或手机就被你操纵了 。

​ PWN也可译为二进制漏洞挖掘，在CTF比赛中,PWN题的目标是拿到flag，一般是在linux平台下通过二进制/系统调用等方式编写漏洞利用脚本exp来获取对方服务器的shell，然后get到flag。

PWN的前置技能

汇编语言，函数调用约定，大小端，函数栈帧

C语言，python语言，gdb调试，IDA pro分析

linux相关：32位与64位，各类防护机制（NX，ASLR，Canary，Relro），ELF文件格式，系统调用，shell命令

相关课程：

汇编语言

编程语言（C语言和Python）

计算机组成与原理

软件工具：

虚拟机以及VMtools、ubuntu（以及插件gdb、pwntools、peda、pwndbg等）IDA（32位和64位）

首先我们要了解一个可执行文件的生成过程

可执行文件

文件中的数据是可执行代码的文件.out、.exe、.sh、.py

可执行文件的分类

Windows：PE（Portable Executable）
可执行程序.exe
动态链接库.dll
静态链接库.lib

Linux：ELF（Executable and Linkable Format）
可执行程序.out
动态链接库.so
静态链接库.a

详细解释请参考：

https://blog.csdn.net/weixin_44169596/article/details/112969081?spm=1001.2101.3001.6650.1&utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7ECTRLIST%7ERate-1.pc_relevant_default&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7ECTRLIST%7ERate-1.pc_relevant_default&utm_relevant_index=2

常见漏洞

1. 栈溢出
2. 堆溢出
3. 整数溢出(Integer overflow)
4. 格式化字符串(Format string)

​ …

这个思维导图中的内容过于庞大，在现阶段的学习中其实很多都学不到。我们今天从环境和基础出发，主要的任务是配备pwn环境和了解简单的Pwn题目。

基础环境

环境配置步骤

1. 下载Vmware管理虚拟机。
2. 下载Ubuntu Linux镜像文件

需要注意，Linux的版本太高很多插件容易出问题，所以不建议使用最新版本的Linux系统，最稳定的不是太老旧的就可以。

Ubuntu清华大学源

https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/

3. 安装虚拟机系统，详情请百度。
4. 更换下载源
5. 下载pwntools

pwntools是一款专门用于CTF Exploit的python库，能够很方便的进行本地与远程利用的切换，基本涵盖了pwn题利用脚本所需要的各种工具。

参考：

https://www.cnblogs.com/pcat/p/5451780.html

sudo apt update
sudo apt install python3 python3-pip python3-dev git libssl-dev libffi-dev build-essential -y
python3 -m pip install --upgrade pip
pip3 install --upgrade pwntools

6. 安装gdb(动态调试软件)

apt-get install gdb

7. peda/pwngdb/gef

这是常见的gdb的三个插件，配合gdb使用可以提升调试效率。

安装pwndbg：

git clone https://github.com/pwndbg/pwndbg
 
cd pwndbg
 
./setup.sh

安装peda

git clone https://github.com/longld/peda.git ~/peda
echo "source ~/peda/peda.py" >> ~/.gdbinit

8. 安装LibcSearcher

泄露libc库中函数的偏移的库，建议安装，可以节省时间，提高效率。

sudo pip install capstone
git clone https://github.com/lieanu/LibcSearcher.git
cd LibcSearcher
python setup.py develop

9. ROPgadget和one_gadget

ROPgadget是用来找gadget的，one_gadget用来寻找libc库中的execve('/bin/sh', NULL, NULL)可以一个gadget就可以getshell。

安装ROPgadget：

sudo apt-get install python-capstone
 
git clone https://github.com/JonathanSalwan/ROPgadget.git
 
cd ROPgadget
 
sudo python setup.py install

安装one_gadget：

sudo apt -y install ruby
sudo gem install one_gadget

10. windows下的IDA

    静态调试工具

栈溢出漏洞

在了解栈溢出漏洞前，我们要先了解栈这个数据结构。

栈

栈是一种典型的先进后出( First in Last Out )的数据结构，其操作主要有压栈(push)与出栈(pop)两种操作，如下图所示。两种操作都操作栈顶，当然，它也有栈底。

每个程序在运行时都有虚拟地址空间，其中某一部分就是该程序对应的栈，用于保存函数调用信息和局部变量。此外，常见的操作也是压栈与出栈。

函数调用栈

程序的执行过程可看作连续的函数调用。当一个函数执行完毕时，程序要回到调用指令的下一条指令(紧接汇编中的call指令)处继续执行。函数调用过程通常使用堆栈实现，每个用户态进程对应一个调用栈结构(call stack)。编译器使用堆栈传递函数参数、保存返回地址、临时保存寄存器原有值(即函数调用的上下文)以备恢复以及存储本地局部变量。

ELF文件

ELF：Executable and Linkable Format
一种Linux下常用的可执行文件、对象、共享库的标准文件格式

文件保护机制

Linux ELF文件的保护主要有四种：Canary、NX、PIE、RELRO
在Linux中可以用checksec来检测文件的保护机制
如下图为一例：

第一行的arch 表示 程序架构信息

Canary

Canary是金丝雀的意思。技术上表示最先的测试的意思。这个来自以前挖煤的时候，矿工都会先把金丝雀放进矿洞，或者挖煤的时候一直带着金丝雀。金丝雀对甲烷和一氧化碳浓度比较敏感，会先报警。所以大家都用Canary来搞最先的测试。Stack Canary表示栈的报警保护。

在函数返回值之前添加的一串随机数（不超过机器字长）（也叫做cookie），末位为/x00（提供了覆盖最后一字节输出泄露Canary的可能），如果出现缓冲区溢出攻击，覆盖内容覆盖到Canary处，就会改变原本该处的数值，当程序执行到此处时，会检查Canary值是否跟开始的值一样，如果不一样，程序会崩溃，从而达到保护返回地址的目的。
机制绕过：
开启canary后就不能直接使用普通的溢出方法来覆盖栈中的函数返回地址了，要用一些巧妙的方法来绕过或者利canary本身的弱点来攻击

（1）泄露栈中的 Canary：泄露栈中的 Canary 的方法是打印栈中 Canary 的值。 这种利用方式需要存在合适的输出函数得到canary的值。再构造payload的时候再将cannary的值写回栈中从而绕过CANNARY的保护。
（2）爆破 Canary：对于 Canary，虽然每次进程重启后的 Canary 不同，但是同一个进程中的不同线程的 Canary 是相同的，并且通过 fork 函数创建的子进程的 Canary 也是相同的，因为 fork 函数会直接拷贝父进程的内存。我们可以利用这样的特点，彻底逐个字节将 Canary 爆破出来。
（3）劫持__stack_chk_fail函数：Canary 失败的处理逻辑会进入到 __stack_chk_failed 函数，__stack_chk_failed 函数是一个普通的延迟绑定函数，可以通过修改 GOT 表劫持这个函数。
（4）覆盖 TLS 中储存的 Canary 值：Canary 储存在 TLS 中，在函数返回前会使用这个值进行对比。当溢出尺寸较大时，可以同时覆盖栈上储存的 Canary 和 TLS 储存的 Canary 实现绕过。

NX

NX即No-eXecute（不可执行）的意思，NX（DEP）的基本原理是将数据所在内存页标识为不可执行，当程序溢出成功转入shellcode时，程序会尝试在数据页面上执行指令，此时CPU就会抛出异常，而不是去执行恶意指令。
机制绕过：
当程序开启NX时， 如果我们在堆栈上部署自己的 shellcode 并触发时, 只会直接造成程序的崩溃，开启NX之后栈和bss段就只有读写权限，没有执行权限了，所以就要用到rop这种方法拿到系统权限，如果程序很复杂，或者程序用的是静态编译的话，那么就可以使用ROPgadget这个工具很方便的直接生成rop利用链。有时候好多程序不能直接用ROPgadget这个工具直接找到利用链，所以就要手动分析程序来getshell了。

PIE（ASLR）

一般情况下NX（Windows平台上称为DEP）和地址空间分布随机化（PIE/ASLR）（address space layout randomization）会同时工作。内存地址随机化机制有三种情况：

0 – 表示关闭进程地址空间随机化。

1 – 表示将mmap的基地址，栈基地址和.so地址随机化

2 – 表示在1的基础上增加heap的地址随机化

该保护能使每次运行的程序的地址都不同，防止根据固定地址来写exp执行攻击。

可以防止Ret2libc方式针对DEP的攻击。ASLR和DEP配合使用，能有效阻止攻击者在堆栈上运行恶意代码
机制绕过：
PIE 保护机制，影响的是程序加载的基址，并不会影响指令间的相对地址，因此如果我们能够泄露程序的某个地址，就可以通过修改偏移获得程序其它函数的地址。

RELRO

Relocation Read-Only (RELRO) 此项技术主要针对 GOT 改写的攻击方式。它分为两种，Partial RELRO 和 Full RELRO。

部分RELRO 易受到攻击，例如攻击者可以atoi.got为system.plt，进而输入/bin/sh\x00获得shell

完全RELRO 使整个 GOT 只读，从而无法被覆盖，但这样会大大增加程序的启动时间，因为程序在启动之前需要解析所有的符号。
机制绕过：
如果程序开启了FULL RELRO，意味着我们无法修改got表，所以一般也采用通过ROP绕过的方法。

linux内存布局

Kernel Space:Kernel space 是 Linux 内核的运行空间，User space 是用户程序的运行空间。在设计时考虑到安全因素，内核空间和用户用户是隔离的，即使用户的程序崩溃了，内核也不受影响。

Stack: Linux中的栈与数据结构中的栈类似，是计算机程序中非常重要的理论之一，可以说没有一个程序程序可以离开这种结构栈。用户或者程序都可以把数据压入栈中，不管如何栈始终有一个特性：先入栈的数据最后出栈（First In Last Out, FIFO)。

Heap：堆相对相对与栈来说比较复杂，编程人员在设计时程序可能会申请一段内存，或者删除掉一段已经申请过的内存，而且申请的大小也不确定，可以是从几个字节，也可以是数 GB ，所以堆的管理相对来说比较复杂。

bss段：BSS段通常是一块内存区域用来存放程序中未初始化的或者初始化为0的全局变量和静态变量的。特点是可读写的，程序初始化时会自动清零。

Data段 ：数据段是一块内存区域它用来存放程序中已初始化的全局变量的。数据段是静态内存分配。

Code段：代码段是一块内存区域来存放程序执行代码的。代码段在程序运行前就已经确定，代码段在内存中是一段只读空间,但有些架构也允许代码段可读写，即允许自修改程序。

缓冲区溢出分为栈溢出和堆溢出。栈溢出是由于在栈的空间内，放入大于栈空间的数据，导致栈空间以外有用的内存单元被改写，这种现象就称为栈溢出

普通的溢出不会有太大危害，但是如果向溢出的内存中写入的是精心准够着的数据（payload），就可能使得程序流程被劫持，使得危险的代码被执行，最终造成重大危害。

栈溢出漏洞例题：

攻防世界level_0：

首先在ubuntu中使用checksec检查文件保护机制：

之后在64位IDA中打开查看，

IDA使用基本教程可参考：

https://www.52pojie.cn/thread-886103-1-1.html

https://blog.csdn.net/ilnature2008/article/details/54912854

https://www.cnblogs.com/iBinary/p/7721042.html?utm_source=debugrun&utm_medium=referral

其中比较重要的使用有：

1. 空格可以切换汇编代码为流程图浏览模式
2. shift + F12按键用来查看字符串
3. ctrl + x按键可以跳转到指定地址的汇编代码段。
   地址为语句前的.text：xxxxxxxxxxxxxxxx
4. F5按键用来查看伪代码

回归到本题，我们查看有效字符串，发现两个重要信息。

第一个是/bin/sh

我们首先要知道的是/bin/sh在Pwn题目中尤为重要，因为system("/bin/sh")这个函数作用很大。

system拥有系统的高级权限，当它和"/bin/sh"链接到一起，就会为我们提供一个类似cmd的操作面板，我们可以用它来进行查看/修改/操作等动作。

简单来说，这是一个可以获取系统权限的危险函数。

第二个是Hello,World，这个字符串很可能是在主函数中出现，我们可以顺着它去往主函数的地址。

我们双击Hello,World,然后按下ctrl + x

点击ok，之后再按下F5查看伪代码。

之后发现这个函数很简单，就是一个写入字符串的操作。

顺着主函数我们找到另一个函数：

我们在这里补充一下ebp和esp的概念

（1）ESP：栈指针寄存器(extended stack pointer)，其内存放着一个指针，该指针永远指向系统栈最上面一个栈帧的栈顶。

（2）EBP：基址指针寄存器(extended base pointer)，其内存放着一个指针，该指针永远指向系统栈最上面一个栈帧的底部。

esp始终指向栈顶，ebp是在堆栈中寻址用的

调用一个函数时，先将堆栈原先的基址（EBP）入栈，以保存之前任务的信息。然后将栈顶指针的值赋给EBP，将之前的栈顶作为新的基址（栈底），然后再这个基址上开辟相应的空间用作被调用函数的堆栈。函数返回后，从EBP中可取出之前的ESP值，使栈顶恢复函数调用前的位置；再从恢复后的栈顶可弹出之前的EBP值，因为这个值在函数调用前一步被压入堆栈。这样，EBP和ESP就都恢复了调用前的位置，堆栈恢复函数调用前的状态。

buf 这个字符数组的长度只有 0x80，而我们可以输入 0x200的东西。我们的输入不但可以填充满整个数组还能覆盖掉数组外面的东西。

当属于数组的空间结束后（到 0x0000000000000000 时），首先，有一个 s，8 个字节长度，其次是一个 r，重点就在这，r 中存放着的就是返回地址。即当 read 函数结束后，程序下一步要到的地方。

我们的输入完全可以覆盖掉这个ret地址，即修改这个地址。

我们可以利用这一点，把返回地址修改为system("/bih/sh")的地址，这样就会运行我们刚刚找到的那个危险函数。

我们在IDA中找到system("/bih/sh")的地址：

那么我们在Linux可以编写脚本了。

python3版：

python3运行常见WP会报错TypeError: a bytes-like object is required, not ‘str’

Python2没有这个问题，因此python3代码做了一定修改

from pwn import *
r = remote("111.200.241.244", 50348)
payload = "A" * 0x80 + "a" * 0x8 + p64(0x00400596).decode("iso-8859-1")

r.recvuntil("Hello, World\n")

r.sendline(payload)
r.interactive()

python2:

from pwn import *
r = remote("111.200.241.244", 50348)
payload = "A" * 0x80 + "a" * 0x8 + p64(0x00400596)

r.recvuntil("Hello, World\n")

r.sendline(payload)
r.interactive()

运行脚本：

获得flag。

这就是最简单的栈溢出题目。它属于栈的ret2text类型。

结语

本题目中system("/bih/sh")算是一个后门函数，我们利用他来获取系统权限，那么如果程序中没有使用这个函数呢？我们怎么获取系统权限呢？我们去哪里找这个函数地址呢？

在这之上的题目类型就是ret2shellcode，re2syscall，ret2libc，等等等

之后也会学到ROP技术来解决这类题目。

栈溢出的学习路线就是沿着题目类型去学习。

在栈溢出之外，还有堆利用，格式化字符串漏洞，整数溢出漏洞等。

学习建议是在了解基础的ROP之后去学习格式化字符串，堆等其他漏洞，之后开始刷Pwn的题目，一边刷题一边学习。