手把手教你如何用 ROP 绕过数据执行保护|偏移量|堆栈|字节|寄存器|执行保护|缓冲区|调用

DEP（数据执行保护）是一种内存保护功能，允许系统将内存页标记为不可执行。ROP（面向返回的编程）是一种利用技术，允许攻击者在启用DEP等保护的情况下执行shellcode。在这篇文章中，我们将介绍应用程序的逆向过程，以发现缓冲区溢出漏洞，并开发用于绕过DEP的ROP小工具链(Gadget Chain)。

我们将在开发过程中使用以下工具：QuoteDB、TCPView（一个查看端口和线程的小工具，只要木马在内存中运行，一定会打开某个端口，只要黑客进入你的电脑，就有新的线程）、IDA Freeware、WinDbg（在windows平台下，强大的用户态和内核态调试工具）和rp++。

QuoteDB是一个设计上易受攻击的应用程序，创建它是为了实践逆向工程并利用它进行开发。如下图所示，该应用程序正在侦听端口3700上的网络连接：

我们已经使用TCPView确认程序确实在监听端口3700。

现在我们需要对应用程序进行逆向工程，看看它是如何处理网络连接的。accept函数用于允许指定端口上的传入连接，然后进程创建一个运行“handle_connection”例程的新线程，如下所示：

recv函数用于从连接的套接字接收数据：

我们已经开发了一个基本的Python脚本，它创建一个TCP套接字，并在端口3700上向远程服务器发送1000个“a”字符：

我们已将WinDbg附加到QuoteDB.exe进程，并列出了加载的模块，如下图所示。

我们可以使用“bp”命令在recv函数调用后放置断点，使用“bl”命令确认断点已成功设置：

recv函数返回后，EAX寄存器包含以十六进制接收的字节数：

缓冲区的前4个字节表示一个操作码，该操作码被移到EAX寄存器中，然后打印在命令行中：

下图显示了WinDbg中的printf调用，我们可以观察到第三个参数（=Opcode）由4个“A”字符组成：

该进程显示源IP地址、源端口、缓冲区长度和十进制的操作码：

应用程序从Opcode中减去0x384（十进制900），并将结果与4进行比较。这是一个带有5个示例的开关，也显示在下图中。

EAX寄存器大于4，执行流被重定向到默认情况，该情况调用“log_bad_request”函数：

上述函数包含缓冲区溢出漏洞，如下图所示，可执行文件在堆栈上分配0x818（2072）字节，用0初始化缓冲区，并在不检查边界的情况下将有效负载复制到此缓冲区：

发生溢出是因为要复制的字符数（0x4000）大于缓冲区的大小，并且可能会重写返回地址：

我们选择发送3000个“A”字符以利用该漏洞。如下所示，返回地址在堆栈上被重写，程序因此崩溃：

我们使用了“msf-pattern_create”命令来生成一个唯一的模式，该模式将为我们提供偏移量。

应用程序在不同的地址崩溃，该地址用于使用“msf-pattern_offset”命令确定精确的偏移量：

我们修改了概念证明，以包括上述偏移量。在正确的地址崩溃后，ESP寄存器指向我们控制的缓冲区的最后一部分：

我们使用了narly WinDbg扩展来显示加载的模块及其内存保护，下图显示了该可执行文件是在启用ASLR和DEP保护的情况下编译的。

Windows Defender Exploit Guard可以用来启用/禁用ASLR。我们需要进入“Exploit protection settings”，选择“Program settings”页签，点击“Add Program to custom”，选择“Choose exact file path”选项：

我们想通过发送从“\x00”到“\xFF”的所有字节并确定它们如何写入堆栈来找出哪些字符被认为是“不适合”的：

如下图所示，没有不适合的字符，不过为了研究，我们将“\x00”视为不适合字符，因为它通常是不适合字符。正因为如此，漏洞开发过程稍微复杂一些，但它可能更容易适应其他应用程序。

我们使用rp++工具从“SysWOW64\kernel32.dll”模块中提取ROP小工具，因为ASLR是禁用的，所以我们可以选择任何提供必要ROP小工具的DLL，但是，我们将在以后的文章中看到应用程序泄漏特定DLL中的地址。我们已将小工具中的最大指令数设置为5：

由于DEP保护，堆栈不再是可执行的，我们需要找到执行shellcode的方法。我们可以使用VirtualAlloc、VirtualProtect和WriteProcessMemory等API来绕过DEP。VirtualAlloc函数用于保留、提交或更改进程地址空间中页面的状态。该函数有4个参数：

lpAddressdwSizeflAllocationTypeflProtect

我们的目的是将flAllocationType参数设置为0x1000（MEM_COMMIT），将flProtect设置为0x40（PAGE_EXECUTE_READWRITE）。我们需要在堆栈上创建以下框架：

VirtualAlloc addressReturn address (Shellcode address)lpAddress (Shellcode address)dwSize (0x1)flAllocationType (0x1000)flProtect (0x40)

我们为每个元素分配了一个特定的值，需要在运行时使用正确的值对其进行修改。

如下图所示，可以在ESP寄存器的固定偏移处找到框架：

kernel32.dll模块的起始地址可以使用WinDbg来标识。所有ROP小工具的地址必须使用该值而不是“ROP.txt”文件中的加载地址来计算：

首先，我们需要找到一个保存ESP寄存器值的ROP小工具。我们确定了一个将ESP寄存器复制到ESI寄存器的寄存器：

我们修改了Python脚本，以包含kernel32地址和上述ROP小工具偏移量，如下所示：

我们已经成功地将执行流程重定向到我们的第一个ROP小工具，接着将其他ROP小工具链接在一起，因为ESP仍然指向我们的缓冲区：

现在我们需要找到从ESI寄存器中减去0x1C的方法。然而，由于缺少涉及使用ESI寄存器进行计算的ROP小工具，我们找到了一个将ESI寄存器复制到EAX中的ROP小工具。唯一的问题是ESI也被“POP ESI”指令修改，但是，它不会影响我们的利用：

在许多ROP小工具中发现的另一个寄存器是ECX。我们已经确定了一个ROP小工具，它从堆栈中弹出一个值到ECX寄存器中，另一个小工具将EAX和ECX寄存器加在一起。加上负值等于减去相同的正值：

通过在之前的EAX值上添加-0x1C (= ECX)值，EAX指向VirtualAlloc框架：

因为EAX在任何计算中都很有用，所以我们需要在执行任何其他操作之前找到保存它的方法。我们发现了一个ROP小工具，它将EAX寄存器复制到ECX中，ECX将用于修改框架中的值。事实上，EAX也被这个ROP小工具修改了，但这并不影响我们的利用：

我们修改后的概念证明如下图所示。“junk”值对堆栈对齐很有用，对应于“POP reg”和“retn4”指令。

再次运行Python脚本后，我们可以观察到ECX寄存器的值与之前的EAX寄存器相同，并指向VirtualAlloc框架：

IAT（导入地址表）包含指向由其他DLL导出的函数的指针。例如，kernel32.dll在VirtualAlloc的IAT中有一个条目，即使VirtualAlloc实际地址发生变化，该条目也保持不变：

我们使用了“POP EAX”指令将VirtualAlloc IAT复制到EAX寄存器中，需要对其进行解除引用才能获得VirtualAlloc地址，如下所示：

在更新Python脚本并再次运行之后，我们成功地获得了EAX中的VirtualAlloc地址：

因为ECX仍然指向VirtualAlloc框架，所以我们需要一个包含“MOV [ECX], EAX”的ROP小工具，以便使用VirtualAlloc地址更新第一个框架值：

我们需要找到一种方法来修改ECX寄存器以指向下一个框架值。“INC ECX”指令用于将1添加到ECX寄存器，我们已使用了其中的4个：

如下图所示，ECX指向下一个需要修改的元素：

第二个框架值对应于shellcode地址。第一个ROP小工具将ECX寄存器复制到EAX中。我们的想法是将shellcode放在有效载荷中ROP小工具之后，这将代表一个比当前更高的地址。我们已经从EAX寄存器中减去了一个负偏移量(-0x210)，现在EAX指向一个可以用我们的shellcode填充的缓冲区：

使用以前的ROP小工具，我们更新了框架中的第二个值，现在看起来如下：

第三个骨架值(lpAddress)也应该等于shellcode地址。类似地，我们从EAX寄存器中减去了一个不同的偏移量(-0x20c)，因为EAX增加了4。你可能会注意到，两次执行之间的堆栈地址是不同的，但偏移量保持不变：

第四个框架值（dwSize）应初始化为1，由于我们认为“\x00”是一个不适合字符，我们不能只将所需的值放在堆栈上，因为它包含NULL字节。我们已使用“NEG EAX”指令让-1 = 0xFFFFFFFF 无效，并获得所需值：

第五个框架值（flAllocationType）应设置为0x1000。我们需要找到两个和为0x1000的十六进制数，我们考虑number1=0x88888888。通过简单的数学运算，我们可以确定第二个数字必须是0x77778778，如下所示：

我们使用“POP reg”指令将这两个数字复制到EAX和ESI中，并使用另一个ROP小工具执行添加操作，如下图所示。

我们几乎完成的VirtualAlloc框架如下所示：

最后一个框架值（flProtect）应初始化为0x40。我们已经提供了获得所需结果的必要步骤：

最后，我们需要找到一种使用修改后的参数执行VirtualAlloc函数的方法。指向最后一个框架值的ECX寄存器被复制到EAX寄存器中，EAX寄存器需要减去0x14（框架中的6个元素）才能指向VirtualAlloc框架的第一个值。“xchg”指令用于交换EAX寄存器和ESP寄存器的内容，从而执行VirtualAlloc函数：

ROP小工具链的最后一部分如下所示：