溢出漏洞利用原理及其检测原理——就是代码注入shellcode，检测可以利用静态签名

溢出漏洞利用，是指在存在缓存溢出安全漏洞的计算机中，攻击者可以用超出常规长度的字符数来填满一个域，通常是内存区地址。在某些情况下，这些过量的字符能够作为“可执行”代码来运行。从而使得攻击者可以不受安全措施的约束进行攻击行为。本文以实例详细说明溢出漏洞的利用过程，感兴趣的朋友们来动手操作一把吧！

一、溢出漏洞利用概述

溢出漏洞利用，是指在存在缓存溢出安全漏洞的计算机中，攻击者可以用超出常规长度的字符数来填满一个域，通常是内存区地址。在某些情况下，这些过量的字符能够作为“可执行”代码来运行。从而使得攻击者可以不受安全措施的约束进行攻击行为。

下面以栈布局说明溢出漏洞利用过程。

正常栈布局

RBP : 栈基地址寄存器，指向栈底地址；

RSP : 栈顶寄存器，指向栈顶地址；

RIP：指令地址寄存器，指向指令所在地址。

函数调用时，当前函数的下一个执行命令入栈（RIP，即RET返回地址），RBP入栈，然后把当前RSP的值给RBP；

RSP根据函数执行而移动，根据空间需要移动所指位置，例如入栈局部变量，RSP的值会跟着减小，保证RSP一直指向栈顶。

栈溢出利用过程说明

栈上的内容填充是从低地址向高地址填充的。

请注意，我们开始使坏啦：
1）给var1填充巧妙构造的超长字符串，超过var1高地址（0x7fffffffdee8），并继续覆盖更高地址的内容，可以看到会把RBP（0x7fffffffdef0）和RET返回地址（0x7fffffffdef8）都给覆盖了；
2）RET返回地址指向var1地址（0x7fffffffdee8），var1里面有我们精心制造的字符串，说白了，有我们的恶意代码；
3）被调用函数执行返回命令时，会读取RET返回地址，便会读取var1里面的恶意代码，并进行执行，无意中执行了恶意代码。

也就是，通过缓冲区溢出，我们能改变程序原有的执行流程，去执行我们准备好的代码。
直观示意请见下面的溢出栈布局图：

二、存有溢出漏洞的代码

漏洞代码内容

代码很简单，可以看到这段代码用了危险函数strcpy！！

漏洞编译并运行
编译命令

注意后面两个参数必须要加上，要不然，后续的漏洞利用会比较麻烦，这两个参数是关闭linux系统的堆栈溢出保护机制。
-z execstack：表示允许栈中存放可执行代码；
-fno-stack-protector：表示关闭堆栈保护机制，可以任意覆盖RIP的值，如果编译没有加上这个参数，程序执行过程会进行值（被称为金丝雀值）校验，看RIP是否被篡改了，如果篡改了，说明发生了栈溢出，会调用__stack_chk_fail函数，进行安全退出并丢出一个错误。
我们这次是为了研究溢出漏洞利用的流程和原理，不是进行高级漏洞挖掘研究，所以，先关闭系统本身的保护机制。

正常结果

异常结果

字符串过长，程序崩溃了。

三、GDB下的漏洞利用执行

RIP控制
设定断点后，执行查看寄存器内容和栈内容

继续执行，填充288个B字符后的栈内容情况

继续执行，strcpy执行完毕返回，查看寄存器和栈内容，可以看到rbp被覆盖了，但是rip并没有被覆盖，从栈中可以看出，是尝试把0x4242424242424242赋值给rip，然而linux 64位系统的rip最大值是0x00007fffffffffff，因而，rip控制失败。

调整输入字符串，再次尝试控制RIP

可以计算返回地址的相对位置：0x7fffffffdd38- 0x7fffffffdc30=0x108=264（十进制）
因而，可以构造字符串：”B” * 264 + “C” * 6 通过gdb调试，可以看到，这次我们能控制rip的取值了，是我们尝试的0x434343434343。

基于我们不断探索的精神，我们继续尝试，把RIP指向缓存起始地址，即我们可以控制内容的地方。构造字符串：”B” * 264 + “\x7f\xff\xff\xff\xdc\x40″（反序），因为是小端模式，因此内存地址需要反序。

OK，目前为止，我们已经可以控制RIP指向我们的缓存空间了，下一步就是把shellcode注入到我们的缓存空间中，见下面小节。

Shellcode代码注入

Shellcode是一串机器可以直接识别的操作码，一般短小精悍，可以实现很多关键功能，是溢出漏洞利用的完美搭档。

Shellcode可以自己编写，也可以使用MetaSploit的shellcode生成器来生成。
当然，也可以直接从网上找现成的使用。

推荐个网站：https://www.exploit-db.com/shellcode/，里面有各种操作系统的各种shellcode代码，可以用来研究学习。

攻击者可以利用shellcode实现不同的攻击用途。

例如：可以实现蠕虫木马的下载；可以打开被沦陷系统的端口，以便接收C&C控制服务器的指令；也可以提权运行系统的命令行shell；以及获取系统关键资料文件等等。

我们这次用shellcode实现对系统的关键文件（/etc/passwd）的读取。

在gdb设定断点后，开始执行查看栈内容，可以看到shellcode内容和返回地址都已经填充成我们期望的数据。

继续执行，可以看到我们成功调出来了系统的关键文件（/etc/passwd）的内容！

细心的小伙伴会发现，我在shellcode之前填充了好多”\x90”，这是NOP空命令，作为缓冲作用，rip的值落在这个范围内都会顺利下滑到shellcode正常执行。
也就是说，就算rip地址稍微有点偏差，也会正常利用成功。

四、实际环境下的漏洞利用执行

实际环境执行gdb调试好的字符串参数

直接运行，失败！

检查打印信息，我们会发现缓存地址变化非常随机，无法提前预知，就算咱们有NOP缓冲区也失效了。

这正是linux的另一种保护机制，通过地址随机化，防止溢出利用攻击。

那先关闭这个机制，再次验证。

关闭这个机制的命令：sudo bash -c “echo 0 > /proc/sys/kernel/randomize_va_space”

关闭randomize_va_space后的实际环境运行情况

OK，利用成功！

五、溢出漏洞利用样本

在这个小节，我们自己编写个溢出漏洞利用样本，并进行漏洞利用攻击。

溢出漏洞利用样本程序
计算缓存大小，并获取rsp寄存器的值，用这个值预估返回地址（retAddr = rsp + RSP_RET_DIFF+ adjustment）。

申请缓存存储空间，并在其中输入我们期望的内容（NOP段+shellcode+填充内容+返回地址），填充内容是为了构造合适的字符串长度，保证栈上返回地址内容被覆盖成我们期望的返回地址。

调用我们之前编译好的有漏洞程序victim。

一点小提醒：为了防止内存泄漏，malloc分配的空间使用完毕要记得释放，对应的指针也要置为NULL，防止指针误用。

溢出漏洞利用程序编译运行
编译

运行

直接运行发现出问题了，不能正常执行！

查看打印信息，可得知我们用的返回地址（0x7fffffffde60）跟缓存的起始地址（0x7fffffffdc80）差距很大，因而程序不能进入shellcode代码区正常执行。

因此，需要调整下返回地址，返回地址构成是：（retAddr = rsp + RSP_RET_DIFF+ adjustment），我们可以通过参数调整这个adjustment值，见下面小节。

调整返回地址偏差，继续运行样本

OK，正常执行我们的shellcode代码！

对比返回地址（0x7fffffffdc9c）和缓存起始地址（0x7fffffffdc80），可以发现两者并不一致，返回地址是在缓存起始地址之后，但也正常执行了。

原因很简单，因为我们在缓存里面填充了很多NOP作为缓冲，返回地址只要落在NOP缓冲区任何一个地方，都能下滑到shellcode代码区进行正常运行。

可能有人会问，都能看到缓存起始地址了，干嘛还折腾用rsp预估返回地址呢，多麻烦呀？

大家可以想想实际情况，应该没有哪个应用程序会主动暴露缓存起始地址（我们的漏洞程序纯粹为了调试，把缓存的起始地址给打印出来了），因而需要一个参考地址进行预估返回地址是多少，所以我们就用了rsp值作为参考地址。

我们已经了解了溢出漏洞利用原理，下面我们开始看看针对这种漏洞的检测原理。

六、溢出漏洞利用检测

溢出漏洞利用检测思路

目前比较常用的主要有三种：基于漏洞特征检测、基于Exploit特征检测、基于攻击特征检测。
1）基于漏洞特征检测：对漏洞攻击手段和技术细节比较了解后，研究其触发攻击的必要条件，可以分析出其对应的识别规则，例如缓存区溢出检测、目录遍历检测、远程命令注入检测、远程文件包含检测等；
2）基于Exploit特征检测：从漏洞利用程序中分析独特特征，做为识别规则，例如返回地址检测、ROP Chain检测等；
3）基于攻击特征检测：通过检测漏洞利用相关的相对独立的组件来发现攻击，例如shellcode代码检测、畸形参数攻击检测等等。