0x01.关于Canary
- Canary 的意思是金丝雀,来源于英国矿井工人用来探查井下气体是否有毒的金丝雀笼子。工人们每次下井都会带上一只金丝雀。如果井下的气体有毒,金丝雀由于对毒性敏感就会停止鸣叫甚至死亡,从而使工人们得到预警。
- 栈溢出保护是一种缓冲区溢出攻击缓解手段,当函数存在缓冲区溢出攻击漏洞时,攻击者可以覆盖栈上的返回地址来让 shellcode 能够得到执行。当启用栈保护后,函数开始执行的时候会先往栈底插入 cookie 信息,当函数真正返回的时候会验证 cookie 信息是否合法 (栈帧销毁前测试该值是否被改变),如果不合法就停止程序运行 (栈溢出发生)。攻击者在覆盖返回地址的时候往往也会将 cookie 信息给覆盖掉,导致栈保护检查失败而阻止 shellcode 的执行,避免漏洞利用成功。在 Linux 中我们将 cookie 信息称为 Canary。
- Canary的出现很大程度上防止了栈溢出的出现,并且由于它几乎并不消耗系统资源,所以现在成了 Linux 下保护机制的标配。
- 在gcc中关于Canary的常用命令如下:
-fstack-protector 启用保护,不过只为局部变量中含有数组的函数插入保护
-fstack-protector-all 启用保护,为所有函数插入保护
-fstack-protector-strong
-fstack-protector-explicit 只对有明确 stack_protect attribute 的函数开启保护
-fno-stack-protector 禁用保护
0x02.Canary的实现原理
开启保护后的栈结构:
高地址 |
arg1 |
|
arg2 |
|
return address |
|
ebp |
|
canary value |
低地址 |
局部变量 |
具体工作原理:
- 当程序启用 Canary 编译后,在函数序言部分会取 fs 寄存器 0x28 处的值,存放在栈中 %ebp-0x8 的位置。
mov rax, qword ptr fs:[0x28]
mov qword ptr [rbp - 8], rax
- 在函数返回之前,会将该值取出,并与 fs:0x28 的值进行异或。如果异或的结果为 0,说明 Canary 未被修改,函数会正常返回,这个操作即为检测是否发生栈溢出。
mov rdx,QWORD PTR [rbp-0x8]
xor rdx,QWORD PTR fs:0x28
je 0x4005d7 <main+65>
call 0x400460 <__stack_chk_fail@plt>
- 如果 Canary 已经被非法修改,此时程序流程会走到
__stack_chk_fail
。
__stack_chk_fail
是位于 glibc 中的函数,默认情况下会经过 ELF 的延迟绑定。
eglibc-2.19/debug/stack_chk_fail.c
void __attribute__ ((noreturn)) __stack_chk_fail (void)
{
__fortify_fail ("stack smashing detected");
}
void __attribute__ ((noreturn)) internal_function __fortify_fail (const char *msg)
{
/* The loop is added only to keep gcc happy. */
while (1)
__libc_message (2, "*** %s ***: %s terminated\n",
msg, __libc_argv[0] ?: "<unknown>");
}
- 对于 Linux 来说,fs 寄存器实际指向的是当前栈的 TLS 结构,fs:0x28 指向的是 stack_guard。
- TLS 中的值由函数 security_init 进行初始化。
static void
security_init (void)
{
// _dl_random的值在进入这个函数的时候就已经由kernel写入.
// glibc直接使用了_dl_random的值并没有给赋值
// 如果不采用这种模式, glibc也可以自己产生随机数
//将_dl_random的最后一个字节设置为0x0
uintptr_t stack_chk_guard = _dl_setup_stack_chk_guard (_dl_random);
// 设置Canary的值到TLS中
THREAD_SET_STACK_GUARD (stack_chk_guard);
_dl_random = NULL;
}
//THREAD_SET_STACK_GUARD宏用于设置TLS
#define THREAD_SET_STACK_GUARD(value) \
THREAD_SETMEM (THREAD_SELF, header.stack_guard, value)
0x03.Canary 的绕过技术
1.泄露栈中的 Canary
- Canary 设计为以字节
\x00
结尾,本意是为了保证 Canary 可以截断字符串。 泄露栈中的 Canary 的思路是覆盖 Canary 的低字节,来打印出剩余的 Canary 部分。 这种利用方式需要存在合适的输出函数,并且可能需要第一溢出泄露 Canary,之后再次溢出控制执行流程。
- 也可以和格式化字符串漏洞结合,获得Canary 的值。
- 需要ASLR没开启。
2.爆破 Canar3.劫持__stack_chk_fail 函数
- Canary,虽然每次进程重启后的 Canary 不同,但是同一个进程中的不同线程的 Canary 是相同的, 并且 通过 fork 函数创建的子进程的 Canary 也是相同的,因为 fork 函数会直接拷贝父进程的内存。
print "[+] Brute forcing stack canary "
start = len(p)
stop = len(p)+8
while len(p) < stop:
for i in xrange(0,256):
res = send2server(p + chr(i))
if res != "":
p = p + chr(i)
#print "\t[+] Byte found 0x%02x" % i
break
if i == 255:
print "[-] Exploit failed"
sys.exit(-1)
canary = p[stop:start-1:-1].encode("hex")
print " [+] SSP value is 0x%s" % canary
3.劫持__stack_chk_fail 函数
- 已知 Canary 失败的处理逻辑会进入到
__stack_chk_fail
ed 函数,__stack_chk_fail
ed 函数是一个普通的延迟绑定函数,可以通过修改 GOT 表劫持这个函数。
4.覆盖 TLS 中储存的 Canary 值
- 已知 Canary 储存在 TLS 中,在函数返回前会使用这个值进行对比。当溢出尺寸较大时,可以同时覆盖栈上储存的 Canary 和 TLS 储存的 Canary 实现绕过。
具体得通过实例实践!!!