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6.计算机安全/6.2.3漏洞挖掘、漏洞利用.md

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+# 漏洞挖掘、漏洞利用
+## 常见二进制安全漏洞
+### 栈溢出
+#### 栈介绍
+栈是一种典型的后进先出 (Last in First Out) 的数据结构，其操作主要有压栈 (push) 与出栈 (pop) 两种操作，如下图所示（维基百科）。两种操作都操作栈顶，当然，它也有栈底。
+![](./static/stack.png)
+
+高级语言在运行时都会被转换为汇编程序，在汇编程序运行过程中，充分利用了栈这一数据结构。每个程序在运行时都有虚拟地址空间，其中某一部分就是该程序对应的栈，用于保存函数调用信息和局部变量。此外，常见的操作也是压栈与出栈。需要注意的是，**程序的栈是从进程地址空间的高地址向低地址增长的**。
+#### 栈溢出基本原理
+以最基本的C语言为例，C语言的函数局部变量就保存在栈中。
+```C
+#include<stdio.h>
+int main()
+{
+    char ch[8]={0};
+    char ch2[8]={0};
+    printf("ch: %p, ch2: %p",ch,ch2);
+}
+```
+对于如上程序，运行后可以发现`ch`和`a`的地址相差不大(`a`和`ch`的顺序不一定固定为`a`在前`ch`在后)：
+![](./static/out1.PNG)
+
+可以发现`ch`和`ch2`刚好差`8`个字节，也就是`ch`的长度。
+`ch`只有`8`个字节，那么如果我们向`ch`中写入超过`8`个字节的数据呢？很显然，会从`ch`处发生溢出，写入到`ch2`的空间中，覆盖`ch2`的内容。
+```C
+#include<stdio.h>
+int main()
+{
+    char ch[8]={0};
+    char ch2[8]={0};
+    scanf("%s",ch);
+    printf("ch: %s, ch2: %s",ch,ch2);
+}
+```
+![](./static/out2.PNG)
+
+这就是栈溢出的基本原理。
+
+#### 栈溢出的基本利用
+##### 0x0
+对于以上程序，“栈溢出”带来的后果仅仅是修改了局部变量的值，会造成一些程序的逻辑错误：
+```C
+#include<stdio.h>
+int main()
+{
+    char input[20];
+    char password[]="vidar-team";
+    scanf("%s",input);
+    if(!strcmp(password,input))
+    {
+        printf("login success!");
+    }
+    else
+    {
+        printf("password is wrong!");
+    }
+    return 0;
+}
+```
+如上代码所示，如果我们想办法通过向input中输入过长的字符串覆盖掉password的内容，我们就可以实现任意password“登录”。
+那么能不能有一些更劲爆的手段呢？
+> 以下内容涉及x86汇编语言知识
+在C语言编译之后，通常会产生汇编语言，汇编语言的字节码可以直接在物理CPU上运行。而C语言函数调用会被编译为如下形式：
+```C
+#include<stdio.h>
+int add(int a,int b)
+{
+    return a+b;
+}
+int main()
+{
+    int a,b;
+    scanf("%d %d",&a,&b);
+    printf("%d",add(a,b));
+    return 0;
+}
+```
+```assembly
+add:
+endbr64
+push    rbp
+mov     rbp, rsp
+mov     [rbp+var_4], edi
+mov     [rbp+var_8], esi
+mov     edx, [rbp+var_4]
+mov     eax, [rbp+var_8]
+add     eax, edx
+pop     rbp
+retn
+
+main:
+endbr64
+push    rbp
+mov     rbp, rsp
+sub     rsp, 10h
+mov     rax, fs:28h
+mov     [rbp+var_8], rax
+xor     eax, eax
+lea     rdx, [rbp+var_C]
+lea     rax, [rbp+var_10]
+mov     rsi, rax
+lea     rax, format     ; "%d %d"
+mov     rdi, rax        ; format
+mov     eax, 0
+call    _scanf
+mov     edx, [rbp+var_C]
+mov     eax, [rbp+var_10]
+mov     esi, edx
+mov     edi, eax
+call    add
+mov     esi, eax
+lea     rax, aD         ; "%d"
+mov     rdi, rax        ; format
+mov     eax, 0
+call    _printf
+mov     eax, 0
+leave
+retn
+```
+可以看到其中使用`call`指令来调用`add`函数。那么该指令是如何工作的呢？其实`call`指令相当于`push next_loc;jmp loc`，通过将`call`指令下一行汇编的地址压栈的方式，等到函数调用完再取回，从而从`call`指令的下一行继续执行。由于栈地址从高向低生长，新调用的函数的局部变量生成在返回地址的上方（低地址处），因此如果我们在新函数中使用栈溢出来修改这一返回地址，如果将返回地址修改为某个函数的地址，就可以执行任意函数：
+![](./static/stack2.png)
+> 注意该图中，使用32位的寄存器（EBP、ESP、EIP），实际原理一样的，并且上方为高地址，下方为低地址
+
+在此给出一道题作为例子：https://github.com/ctf-wiki/ctf-challenges/raw/master/pwn/stackoverflow/ret2text/bamboofox-ret2text/ret2text
+
+32位的程序，我们使用IDA来打开该题目，查看反编译代码，可以发现有非常明显的栈溢出：
+![](./static/main.png)
+
+由于第`8`行`gets`函数并没有检查输入的长度和`s`的长度，我们可以轻易地通过栈溢出来控制`main`函数的返回地址。而在程序中，存在另外一个函数`secure`，在该函数中有一个后门`system("/bin/sh")`，如果我们想办法执行该后门，就可以拿到目标机器的`shell`，从而控制目标计算机。
+由于我们需要将返回地址在标准输入中输入待测程序，而返回地址拆分成小端序的字节后经常无法手动输入到待测程序中，所以此处我们使用`pwntools`这一`python`包来方便地进行攻击。
+首先查看后门的地址：
+![](./static/backdoor.png)
+
+接着计算溢出长度，这里我们使用gdb来调试程序，图中的gdb安装了pwndbg插件，该插件在pwn调试时比较好用：
+
+![](./static/gdb.png)
+
+将断点打在`gets`函数前后，可以看到此时`esp`值为`0xffffcd80`，`ebp`值为`0xffffce08`，在 IDA 中我们又可以看到`s`相对于`esp`的偏移为`+1C`，此时我们即可计算`hex(0xffffcd80+0x1c-0xffffce08)=-0x6C`，即`s`相对于`ebp`的偏移为`0x6C`，由于在`main`函数的开头有`push ebp`的操作，所以将`0x6C`再加`4`，即可到达返回地址处：
+```python
+from pwn import *
+sh=process("./pwn")
+exp=b'a'*(0x6c+4)
+exp+=p32(0x0804863A) # 4字节的返回地址
+sh.sendline(exp)
+sh.interactive() # 切换为手动交互模式
+```
+![](./static/shell.png)
+##### 0x1
+通过上面的学习，我们已经可以知道执行任意函数的办法，但很多情况下，对于攻击者来说，程序中并没有可用的后门函数来达到攻击的目的，因此我们需要一种手段，来让程序执行任意代码（任意汇编代码），这样就可以最高效地进行攻击。ROP（Return Oriented Programming）面向返回编程就是这样的一种技术，在栈溢出的基础上，通过在程序中寻找以retn结尾的小片段（gadgets），来改变某些寄存器、栈变量等的值，再结合Linux下的系统调用，我们就可以执行需要的任意代码。
+ROP网上已有非常系统的资料，在这里不做过多的叙述，可参考ctf-wiki: https://ctf-wiki.org/pwn/linux/user-mode/stackoverflow/x86/basic-rop/#ret2shellcode
+### 格式化字符串
+格式化字符串的利用思路来源于`printf`函数中的`%n`format标签，该标签的作用和`%s`、`%d`等不同，是将已打印的字符串的长度返回到该标签对应的变量中。在正常情况下的使用不会出现什么问题：
+```C
+printf("abcd%n",&num);
+//输出abcd,并且num的值为4
+```
+但如果在编写代码时忘记format字符串：
+```
+printf(something_want_print);
+```
+此时若攻击者可以自定义该字符串，就可以使用`%d`、`%p`、`%s`等打印栈上数据，或者`%n`来覆写栈上的数据，如果覆写了返回地址，就可以实现任意代码执行。
+```C
+char ch[20];
+scanf("%s",ch);// 输入 %d%n%n%n%n%n
+printf(ch);
+```
+## 漏洞挖掘技术
+### 代码审计
+代码审计分人工代码审计和自动化代码审计，人工审计由安全研究人员查看代码来发现漏洞，需要安全研究人员很高的研究经验，投入大量的人力。自动化代码审计目前的发展进度迅速，如由 Vidar-Team 毕业学长 LoRexxar 主导的开源项目Kunlun-M：https://github.com/LoRexxar/Kunlun-M
+以及字节跳动公司开源的appshark：https://github.com/bytedance/appshark
+### fuzz
+fuzz是一种自动化测试手段，通过一定的算法生成一定规律的随机的数据输入到程序中，如果程序发生崩溃等异常，即可知道此处可能有漏洞。比较著名的有[AFL](https://github.com/google/AFL)、[AFLplusplus](https://github.com/AFLplusplus/AFLplusplus)、[libfuzzer](https://llvm.org/docs/LibFuzzer.html)、[honggfuzz](https://github.com/google/honggfuzz)等。