栈的缓冲区溢出研究

1. C程序地址空间布局

2. 函数调用stdcall和cdecl

要理解栈的缓冲区溢出，对栈的结构要非常熟悉。

这就需要了解函数调用时，参数是如何传递的。

一般来说，编译器会优先选用寄存器来传递参数，之后才是使用栈来传递。

栈是最通用的传递参数的方法。

如果使用gcc作为编译器，可以加上参数(-mno-accumulate-outgoing-args)，来强制使用栈来传递参数。

当使用栈来传递参数时，参数压栈顺序为从右往左。

有如下示例代码：

#include <stdio.h>
int max(int a, b){
int c=b;
if(a>b){
c=a;
}
return c;
}
int main(){
max(3,5);
return 0;
}

max的汇编代码如下

push ebp

调用max时，汇编指令如下：

push 5       //参数5入栈
push 3       //参数3入栈
call max      //跳转到max的地址，隐含动作是将eip入栈，即push eip
add esp,0x8   //函数调用完毕，清理堆栈
//balabala

以下内容与溢出联系不大，可以略过。

关于对于第4步，是__cdecl函数调用方式，另外一种是__stdcall。

两者参数入栈顺序都是从右往左，区别在于谁来清理堆栈。

本例中main是调用者，max是被调用者

如果由main来完成清理堆栈动作，则称之为__cdecl方式，

如果由max来完成清理堆栈动作，则称之为__stdcall方式。

如果调用max的函数很多，采用__cdecl方式，清理堆栈的指令就会重复很多次，因此程序体积会变大。而采用__stdcall方式，清理堆栈的指令只在max中出现一次，程序体积相对较小。

但是__cdecl也有优点，就是适用于可变参数的函数，比如printf(format, …)。因为只有调用者才知道它到底传了多少个参数进去，被调用者是不知道的，所以必须要采用__cdecl方式，让调用者来清理堆栈。

3. 函数返回

溢出，就是改变函数返回地址。

了解了函数是如何返回的，就很容易理解溢出的原理。

上面讲到，在调用函数max时，

call max

指令会将eip入栈。

eip的值就是max的返回地址，即max函数完成后，通过ret指令将eip出栈，并且jmp到eip。

如果在max函数中，”不小心”修改到了栈上保存的eip的值，程序仍然从改动后的eip开始执行代码。

那么，如何才能”不小心”的改变这个值呢？

这就通过一些不安全的函数来做到，比如strcpy，strcat等。

说这些函数不安全，就是说这些函数对用户输入没有做严格的长度检查。

当用户输入比缓冲区的长度更大时。

4. 溢出危害

改变程序流程

比如如下代码，当输入以est为结尾的并且长度为4的字符串时，验证通过。

然而，当输入长度为20的字符串,会覆盖掉flag的值。

此时，虽然没有进到

if(!strcmp(pwd,"test")

里面去，但是flag的值却已经是非0值了。

因此,最终会输出right password。

#include <stdio.h>

#include <string.h>

int auth(const char* password){
int flag = 0;
char pwd[16];
strcpy(pwd, password);
pwd[0] = 't';
if(!strcmp(pwd, "test")){
flag = 1;
}
return flag;
}

int main(){
int flag = 0;
char password[128];
scanf("%s", password);

if(auth(password)){
printf("right password\n");
}else{
printf("wrong password\n");
}

return 0;
}

远程代码执行

5. 如何写shellcode

写C代码

gdb反汇编

写汇编代码，编译连接成可执行文件

dump出二进制代码

6. 防-DEP和Canary

通过上面分析可以看到，缓冲区溢出造成代码执行有两大关键点

修改了栈上保存的EIP的值

执行了栈上保存的shellcode

因此，针对第一点，GCC加入了一个对缓冲区溢出进行检测的机制，即在栈上保存一个随机值，函数结束时对该随机值进行验证，当验证不通过时，表明栈被修改，此时EIP的值已经不可信任，因此程序会退出。

针对第二点，人们提出了“栈不可执行”的防护措施，因为可执行代码应该在代码段，因此当EIP指向了栈段时，说明程序在执行非法代码。

7. 攻-Return to libc

针对“栈不可执行”的保护措施，黑客们又想出了一种return to libc的攻击方法。

这种方法不执行栈上代码，甚至没有shellcode。仅仅是通过溢出修改栈上的值，覆盖EIP，并且在栈上填充好C语言库函数（比如system）的参数。溢出后程序便会跳转到库函数的位置，通过先前溢出到栈上的参数，来执行C语言的库函数。

整个过程没有执行栈上的代码，因为库函数是在代码段的。

设有代码如下，如何通过return to libc方式来攻击呢？

#include <stdio.h>
void handlemsg(char* msg){
char buff[48];
strcpy(buff, msg);
printf("\nthe input is [%s]\n\n", buff);
}
int main(int argc, char** argv){
handlemsg(argv[1]);
return 0;
}

如下所示，其中0xb7ea78b0是system的地址，0xbffff7a6是参数”/bin/bash”的地址，’ABCD’是
4000
system的返回地址，此处无意义。

如果将abcd设为exit的地址，那么当从溢出后的shell中退出来时，程序就跳到exit处，从而可以“优雅的”退出。

52=48+4，因此，后面的值0xb7ea78b0刚好可以写到eip的地方。

参数”/bin/bash”是从环境变量中得来的，在gdb中可以直接通过

x/s *(char**)environ

查看，如果不用环境变量作为参数，而是把参数通过溢出写到栈上，那么就可以执行任意的命令。

./retlib `python -c "print 'A'*52+'\xb0\x78\xea\xb7' + 'ABCD' +'\xa6\xf7\xff\xbf/'"`

如果要更详细的解释，在这里。传送门

但是对于金丝雀的保护机制，该种攻击方法却无能为力。因为溢出时势必要修改金丝雀值，从而导致后面的验证几乎不会通过。而且GCC的这个编译选项默认是开启的，因此攻击成功的情景少了很多。

8. 防-ASLR

通过对Return to libc攻击方式研究可以发现，溢出成功的关键点在于找到了system函数的地址，而程序每次运行该函数的地址都不会变。

因此，人们又提出了“地址空间布局随机化”的防护措施，当程序运行时，库文件的加载地址是随机的。这样使得攻击者很难确定库函数的地址，导致无法跳转到库函数。

9. 攻-Return oriented programming

看起来黑客们好像是无计可施了，但是又有牛人推出了一种”Return oriented programming”，中文是“返回导向编程”，通过在代码段中寻找可用的片段，然后在栈上构造返回地址，一步一步的跳转，最终执行完整个shellcode。

这种方法暂时还没学会。。。。

10. 程序员能做的事

作为一个lowlevel程序员,在写关于缓冲区相关程序时,为防止出现缓冲区溢出漏洞,可以做到如下几点

使用安全的函数,如strclpy,scnprintf等等

严格检查输入长度和缓冲区长度

测试并修改