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# 漏洞挖掘、漏洞利用
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## 常见二进制安全漏洞
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### 栈溢出
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#### 栈介绍
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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。
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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**。
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#### 栈溢出基本原理
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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。
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```C
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#include<stdio.h>
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int main()
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{
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char ch[8]={0};
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char ch2[8]={0};
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printf("ch: %p, ch2: %p",ch,ch2);
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}
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```
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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)：
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可以发现`ch`和`ch2`刚好差`8`个字节，也就是`ch`的长度。
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`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。
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```C
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#include<stdio.h>
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int main()
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{
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char ch[8]={0};
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char ch2[8]={0};
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scanf("%s",ch);
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printf("ch: %s, ch2: %s",ch,ch2);
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}
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```
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这就是栈溢出的基本原理。
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#### 栈溢出的基本利用
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##### 0x0
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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：
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```C
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#include<stdio.h>
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int main()
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{
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char input[20];
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char password[]="vidar-team";
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scanf("%s",input);
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if(!strcmp(password,input))
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{
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printf("login success!");
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}
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else
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{
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printf("password is wrong!");
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}
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return 0;
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}
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```
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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”。
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那么能不能有一些更劲爆的手段呢？
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> 以下内容涉及x86汇编语言知识
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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：
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```C
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#include<stdio.h>
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int add(int a,int b)
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{
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return a+b;
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}
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int main()
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{
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int a,b;
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scanf("%d %d",&a,&b);
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printf("%d",add(a,b));
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return 0;
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}
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```
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```assembly
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add:
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endbr64
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push rbp
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mov rbp, rsp
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mov [rbp+var_4], edi
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mov [rbp+var_8], esi
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mov edx, [rbp+var_4]
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mov eax, [rbp+var_8]
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add eax, edx
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pop rbp
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retn
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main:
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endbr64
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push rbp
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mov rbp, rsp
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sub rsp, 10h
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mov rax, fs:28h
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mov [rbp+var_8], rax
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xor eax, eax
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lea rdx, [rbp+var_C]
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lea rax, [rbp+var_10]
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mov rsi, rax
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lea rax, format ; "%d %d"
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mov rdi, rax ; format
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mov eax, 0
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call _scanf
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mov edx, [rbp+var_C]
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mov eax, [rbp+var_10]
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mov esi, edx
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mov edi, eax
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call add
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mov esi, eax
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lea rax, aD ; "%d"
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mov rdi, rax ; format
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mov eax, 0
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call _printf
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mov eax, 0
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leave
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retn
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```
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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：
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> 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
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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
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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：
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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。
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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。
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首先查看后门的地址：
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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：
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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：
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```python
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from pwn import *
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sh=process("./pwn")
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exp=b'a'*(0x6c+4)
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exp+=p32(0x0804863A) # 4字节的返回地址
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sh.sendline(exp)
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sh.interactive() # 切换为手动交互模式
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```
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##### 0x1
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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。
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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
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### 格式化字符串
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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：
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```C
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printf("abcd%n",&num);
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//输出abcd,并且num的值为4
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```
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但如果在编写代码时忘记format字符串：
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```
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printf(something_want_print);
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```
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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。
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```C
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char ch[20];
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scanf("%s",ch);// 输入 %d%n%n%n%n%n
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printf(ch);
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```
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## 漏洞挖掘技术
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### 代码审计
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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
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以及字节跳动公司开源的appshark：https://github.com/bytedance/appshark
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### fuzz
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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。
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