nganhkhoa/CTF-All-In-One
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158
doc/1.5.9_linux_kernel.md
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@ -1 +1,159 @@
# 1.5.9 Linux 内核
- [编译安装](#编译安装)
- [系统调用](#系统调用)
- [参考资料](#参考资料)
## 编译安装
我的编译环境是如下。首先安装必要的软件：
```
$ uname -a
Linux firmy-pc 4.14.34-1-MANJARO #1 SMP PREEMPT Thu Apr 12 17:26:43 UTC 2018 x86_64 GNU/Linux
$ yaourt -S base-devel
```
为了方便学习，选择一个稳定版本，比如最新的 4.16.3。
```
$ mkdir ~/kernelbuild && cd ~/kernelbuild
$ wget -c https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.16.3.tar.xz
$ tar -xvJf linux-4.16.3.tar.xz
$ cd linux-4.16.3/
$ make clean && make mrproper
```
内核的配置选项在 `.config` 文件中，有两种方法可以设置这些选项，一种是从当前内核中获得一份默认配置：
```
$ zcat /proc/config.gz > .config
$ make oldconfig
```
另一种是自己生成一份配置：
```
$ make localmodconfig # 使用当前内核配置生成
$ # OR
$ make defconfig # 根据当前架构默认的配置生成
```
为了能够对内核进行调试，需要设置下面的参数：
```
CONFIG_DEBUG_INFO=y
CONFIG_DEBUG_INFO_REDUCED=n
CONFIG_GDB_SCRIPTS=y
```
如果需要使用 kgdb，还需要开启下面的参数：
```
CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX=n
CONFIG_FRAME_POINTER=y
CONFIG_KGDB=y
CONFIG_KGDB_SERIAL_CONSOLE=y
```
`CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX` 会将特定的内核内存空间标记为只读，这将阻止你使用软件断点，最好将它关掉。
如果希望使用 kdb，在上面的基础上再加上：
```
CONFIG_KGDB_KDB=y
CONFIG_KDB_KEYBOARD=y
```
另外如果你在调试时不希望被 KASLR 干扰，可以在编译时关掉它：
```
CONFIG_RANDOMIZE_BASE=n
CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY=n
```
将上面的参数写到文件 `.config-fragment`，然后合并进 `.config`：
```
$ ./scripts/kconfig/merge_config.sh .config .config-fragment
```
最后因为内核编译默认开启了 `-O2` 优化，可以修改 Makefile 为 `-O0`：
```
KBUILD_CFLAGS += -O0
```
编译内核：
```
$ make
```
完成后当然就是安装，但我们这里并不是真的要将本机的内核换掉，接下来的过程就交给 QEMU 了。（参考章节4.1）
## 系统调用
在 Linux 中，系统调用是一些内核空间函数，是用户空间访问内核的唯一手段。这些函数与 CPU 架构有关，x86-64 架构提供了 322 个系统调用，x86 提供了 358 个系统调用（参考附录9.4）。
下面是一个用 32 位汇编写的例子：
```
.data
msg:
.ascii "hello 32-bit!\n"
len = . - msg
.text
.global _start
_start:
movl $len, %edx
movl $msg, %ecx
movl $1, %ebx
movl $4, %eax
int $0x80
movl $0, %ebx
movl $1, %eax
int $0x80
```
编译执行（可以编译成64位程序的）：
```
$ gcc -m32 -c hello32.S
$ ld -m elf_i386 -o hello32 hello32.o
$ strace ./hello32
execve("./hello32", ["./hello32"], 0x7ffff990f830 /* 68 vars */) = 0
strace: [ Process PID=19355 runs in 32 bit mode. ]
write(1, "hello 32-bit!\n", 14hello 32-bit!
) = 14
exit(0) = ?
+++ exited with 0 +++
```
可以看到程序将调用号保存到 `eax`，并通过 `int $0x80` 来使用系统调用。
虽然软中断 `int 0x80` 非常经典，早期 2.6 及以前版本的内核都使用这种机制进行系统调用。但因其性能较差，在往后的内核中使用了快速系统调用指令来替代，32 位系统使用 `sysenter` 指令，而 64 位系统使用 `syscall` 指令。
下面是一个 64 位的例子：
```
.data
msg:
.ascii "Hello 64-bit!\n"
len = . - msg
.text
.global _start
_start:
movq $1, %rdi
movq $msg, %rsi
movq $len, %rdx
movq $1, %rax
syscall
xorq %rdi, %rdi
movq $60, %rax
syscall
```
编译执行（不能编译成32位程序）：
```
$ gcc -c hello64.S
$ ld -o hello64 hello64.o
$ strace ./hello64
execve("./hello64", ["./hello64"], 0x7ffe11485290 /* 68 vars */) = 0
write(1, "Hello 64-bit!\n", 14Hello 64-bit!
) = 14
exit(0) = ?
+++ exited with 0 +++
```
在这两个例子中我们直接使用了 `execve`、`write` 和 `exit` 三个系统调用。但一般情况下，应用程序通过在用户空间实现的应用编程接口（API）而不是直接通过系统调用来编程。例如函数 `printf()` 的调用过程是这样的：
```
调用printf() ==> C库中的printf() ==> C库中的write() ==> write()系统调用
```
## 参考资料
- [The Linux Kernel documentation](https://www.kernel.org/doc/html/latest/)
- [linux-insides](https://legacy.gitbook.com/book/0xax/linux-insides/details)

1
doc/2.1.1_qemu.md
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@ -4,6 +4,7 @@
- [安装](#安装)
- [参考资料](#参考资料)
## 简介
QEMU 是一个广泛使用的开源计算机仿真器和虚拟机。当作为仿真器时，可以在一种架构(如PC机)下运行另一种架构(如ARM)下的操作系统和程序，当作为虚拟机时，可以使用 Xen 或 KVM 访问 CPU 的扩展功能(HVM)，在主机 CPU 上直接执行虚拟客户端的代码。

7
doc/4.15_vsyscall_vdso.md
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@ -1,10 +1,15 @@
# 4.15 利用 vsyscall 和 vDSO
- [vsyscall](#vsyscall)
- [vDSO](#vdso)
- [CTF 实例](#ctf-实例)
- [参考资料](#参考资料)
## vsyscall
## vDSO
## CTF 实例
例如章节 6.1.6 的 ret2vdso。

209
doc/4.1_linux_kernel_debug.md
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@ -1,6 +1,10 @@
# 4.1 Linux 内核调试
- [准备工作](#准备工作)
- [printk](#printk)
- [QEMU + gdb](#qemu-gdb)
- [kdb](#kdb)
- [参考资料](#参考资料)
## 准备工作
@ -102,3 +106,208 @@ block crypto Documentation fs Kbuild MAINTAINERS README sna
certs debian drivers include Kconfig Makefile samples sound usr
COPYING debian.hwe dropped.txt init kernel mm scripts spl
```
## printk
在用户态程序中，我们常常使用 `printf()` 来打印信息，方便调试，在内核中也可以这样做。内核（v4.16.3）使用函数 `printk()` 来输出信息，在 `include/linux/kern_levels.h` 中定义了 8 个级别：
```c
#define KERN_EMERG KERN_SOH "0" /* system is unusable */
#define KERN_ALERT KERN_SOH "1" /* action must be taken immediately */
#define KERN_CRIT KERN_SOH "2" /* critical conditions */
#define KERN_ERR KERN_SOH "3" /* error conditions */
#define KERN_WARNING KERN_SOH "4" /* warning conditions */
#define KERN_NOTICE KERN_SOH "5" /* normal but significant condition */
#define KERN_INFO KERN_SOH "6" /* informational */
#define KERN_DEBUG KERN_SOH "7" /* debug-level messages */
```
用法是：
```c
printk(KERN_EMERG "hello world!\n"); // 中间没有逗号
```
而当前控制台的日志级别如下所示：
```
$ cat /proc/sys/kernel/printk
4 4 1 4
```
这 4 个数值在文件定义及默认值在如下所示：
```c
// kernel/printk/printk.c
int console_printk[4] = {
CONSOLE_LOGLEVEL_DEFAULT, /* console_loglevel */
MESSAGE_LOGLEVEL_DEFAULT, /* default_message_loglevel */
CONSOLE_LOGLEVEL_MIN, /* minimum_console_loglevel */
CONSOLE_LOGLEVEL_DEFAULT, /* default_console_loglevel */
};
// include/linux/printk.h
/* printk's without a loglevel use this.. */
#define MESSAGE_LOGLEVEL_DEFAULT CONFIG_MESSAGE_LOGLEVEL_DEFAULT
/* We show everything that is MORE important than this.. */
#define CONSOLE_LOGLEVEL_MIN 1 /* Minimum loglevel we let people use */
/*
* Default used to be hard-coded at 7, we're now allowing it to be set from
* kernel config.
*/
#define CONSOLE_LOGLEVEL_DEFAULT CONFIG_CONSOLE_LOGLEVEL_DEFAULT
#define console_loglevel (console_printk[0])
#define default_message_loglevel (console_printk[1])
#define minimum_console_loglevel (console_printk[2])
#define default_console_loglevel (console_printk[3])
```
虽然这些数值控制了当前控制台的日志级别，但使用虚拟文件 `/proc/kmsg` 或者命令 `dmesg` 总是可以查看所有的信息。
## QEMU + gdb
QEMU 是一款开源的虚拟机软件，可以使用它模拟出一个完整的操作系统（参考章节2.1.1）。这里我们介绍怎样使用 QEMU 和 gdb 进行内核调试，关于 Linux 内核的编译可以参考章节 1.5.9。
接下来我们需要借助 BusyBox 来创建用户空间：
```
$ wget -c http://busybox.net/downloads/busybox-1.28.3.tar.bz2
$ tar -xvjf busybox-1.28.3.tar.bz2
$ cd busybox-1.28.3/
```
生成默认配置文件并修改 `CONFIG_STATIC=y` 让它生成的是一个静态链接的 BusyBox：
```
$ make defconfig
$ cat .config | grep "CONFIG_STATIC"
CONFIG_STATIC=y
```
编译安装后会出现在 `_install` 目录下：
```
$ make
$ sudo make install
$ ls _install
bin linuxrc sbin usr
```
接下来创建 initramfs 的目录结构：
```
$ mkdir initramfs
$ cd initramfs
$ cp ../_install/* -rf ./
$ mkdir dev proc sys
$ sudo cp -a /dev/null /dev/console /dev/tty /dev/tty2 /dev/tty3 /dev/tty4 dev/
$ rm linuxrc
$ vim init # 创建启动脚本
$ cat init
#!/bin/busybox sh
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
exec /sbin/init
```
最后把它们打包：
```
$ find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../initramfs.cpio.gz
```
这样 initramfs 根文件系统就做好了，其中包含了必要的设备驱动和工具，boot loader 会加载 initramfs 到内存，然后内核将其挂载到根目录 `/`，并运行 `init` 脚本，挂载真正的磁盘根文件系统。
QEMU 启动!
```
$ qemu-system-x86_64 -s -S -kernel ~/kernelbuild/linux-4.16.3/arch/x86_64/boot/bzImage -initrd ~/kernelbuild/busybox-1.28.3/initramfs.cpio.gz -nographic -append "console=ttyS0"
```
- `-s`：`-gdb tcp::1234` 的缩写，QEMU 监听在 TCP 端口 1234，等待 gdb 的连接。
- `-S`：在启动时冻结 CPU，等待 gdb 输入 c 时继续执行。
- `-kernel`：指定内核。
- `-initrd`：指定 initramfs。
- `nographic`：禁用图形输出并将串行 I/O 重定向到控制台。
- `-append "console=ttyS0`：所有内核输出到 ttyS0 串行控制台，并打印到终端。
在另一个终端里使用打开 gdb，然后尝试在函数 `cmdline_proc_show()` 处下断点：
```
$ gdb -ex "target remote localhost:1234" ~/kernelbuild/linux-4.16.3/vmlinux
(gdb) b cmdline_proc_show
Breakpoint 1 at 0xffffffff8121ad70: file fs/proc/cmdline.c, line 9.
(gdb) c
Continuing.
Breakpoint 1, cmdline_proc_show (m=0xffff880006701b00, v=0x1 <irq_stack_union+1>) at fs/proc/cmdline.c:9
9 seq_printf(m, "%s\n", saved_command_line);
```
可以看到，当我们在内核里执行 `cat /proc/cmdline` 时就被断下来了。
```
/ # id
uid=0 gid=0
/ # echo hello kernel!
hello kernel!
/ # cat /proc/cmdline
console=ttyS0
```
现在我们已经可以对内核代码进行单步调试了。对于内核模块，我们同样可以进行调试，但模块是动态加载的，gdb 不会知道这些模块被加载到哪里，所以需要使用 `add-symbol-file` 命令来告诉它。
来看一个 helloworld 的例子：
```c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
static int hello_init(void)
{
printk(KERN_ALERT "Hello module!\n");
return 0;
}
static void hello_exit(void)
{
printk(KERN_ALERT "Goodbye module!\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_DESCRIPTION("A simple module.");
```
Makefile 如下：
```makefile
BUILDPATH := ~/kernelbuild/linux-4.16.3/
obj-m += hello.o
all:
make -C $(BUILDPATH) M=$(PWD) modules
clean:
make -C $(BUILDPATH) M=$(PWD) clean
```
编译模块并将 `.ko` 文件复制到 initramfs，然后重新打包：
```
$ make && cp hello.ko ~/kernelbuild/busybox-1.28.3/initramfs
$ cd ~/kernelbuild/busybox-1.28.3/initramfs
$ find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../initramfs.cpio.gz
```
最后重新启动 QEMU 即可：
```
/ # insmod hello.ko
[ 7.887392] hello: loading out-of-tree module taints kernel.
[ 7.892630] Hello module!
/ # lsmod
hello 16384 0 - Live 0xffffffffa0000000 (O)
/ # rmmod hello.ko
[ 24.523830] Goodbye module!
```
三个命令分别用于载入、列出和卸载模块。
再回到 gdb 中，`add-symbol-file` 添加模块的 `.text`、`.data` 和 `.bss` 段的地址，这些地址在类似 `/sys/kernel/<module>/sections` 位置：
```
/ # cat /sys/module/hello/sections/.text
0x00000000fa16acc0
```
在这个例子中，只有 .text 段：
```
(gdb) add-symbol-file ~/kernelbuild/busybox-1.28.3/initramfs/hello.ko 0x00000000fa16acc0
```
然后就可以对该模块进行调试了。
## kdb
## 参考资料
- [KernelDebuggingTricks](https://wiki.ubuntu.com/Kernel/KernelDebuggingTricks)

15
doc/9.1_Linuxtools.md
View File

@ -1,6 +1,7 @@
# 9.1 更多 Linux 工具
- [dd](#dd)
- [dmesg](#dmesg)
- [file](#file)
- [edb](#edb)
- [foremost](#foremost)
@ -48,6 +49,20 @@ dump 运行时的内存镜像：
- `dd if=/proc/<pid>/mem of=/path/a.out skip=xxxx bs= 1 count=xxxx`
## dmesg
**dmesg** 命令用于显示 Linux 内核环形缓冲区（ring buffer）的信息。开机信息和各种错误信息都会放到里面。在调试和故障诊断中非常有用。
#### 重要参数
```
-c, --read-clear
Clear the ring buffer after first printing its contents.
-s, --buffer-size size
Use a buffer of size to query the kernel ring buffer. This is 16392 by default.
-n, --console-level level
Set the level at which printing of messages is done to the console.
```
## file
**file** 命令用来探测给定文件的类型。

4
doc/9.4_linux_syscall.md
View File

@ -1,3 +1,5 @@
# 9.4 Linux x86-64 系统调用表
http://blog.rchapman.org/posts/Linux_System_Call_Table_for_x86_64/
- [Linux System Call Table for x86 64](http://blog.rchapman.org/posts/Linux_System_Call_Table_for_x86_64/)
- [syscall_32](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/arch/x86/entry/syscalls/syscall_32.tbl)
- [syscall_64](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl)

14
src/Others/1.5.9_linux_kernel/config-fragment Normal file
View File

@ -0,0 +1,14 @@
CONFIG_DEBUG_INFO=y
CONFIG_DEBUG_INFO_REDUCED=n
CONFIG_GDB_SCRIPTS=y
CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX=n
CONFIG_FRAME_POINTER=y
CONFIG_KGDB=y
CONFIG_KGDB_SERIAL_CONSOLE=y
CONFIG_KGDB_KDB=y
CONFIG_KDB_KEYBOARD=y
CONFIG_RANDOMIZE_BASE=n
CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY=n

19
src/Others/1.5.9_linux_kernel/hello32.S Normal file
View File

@ -0,0 +1,19 @@
.data
msg:
.ascii "hello 32-bit!\n"
len = . - msg
.text
.global _start
_start:
movl $len, %edx
movl $msg, %ecx
movl $1, %ebx
movl $4, %eax
int $0x80
movl $0, %ebx
movl $1, %eax
int $0x80

19
src/Others/1.5.9_linux_kernel/hello64.S Normal file
View File

@ -0,0 +1,19 @@
.data
msg:
.ascii "Hello 64-bit!\n"
len = . - msg
.text
.global _start
_start:
movq $1, %rdi
movq $msg, %rsi
movq $len, %rdx
movq $1, %rax
syscall
xorq %rdi, %rdi
movq $60, %rax
syscall

8
src/Others/4.1_linux_kernel_debug/Makefile Normal file
View File

@ -0,0 +1,8 @@
BUILDPATH := ~/kernelbuild/linux-4.16.3/
obj-m += hello.o
all:
make -C $(BUILDPATH) M=$(PWD) modules
clean:
make -C $(BUILDPATH) M=$(PWD) clean

4
src/Others/4.1_linux_kernel_debug/create_initramfs.sh Normal file
View File

@ -0,0 +1,4 @@
#!/bin/bash
cd ./initramfs/
find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../initramfs.cpio.gz

20
src/Others/4.1_linux_kernel_debug/hello.c Normal file
View File

@ -0,0 +1,20 @@
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
static int hello_init(void)
{
printk(KERN_ALERT "Hello module!\n");
return 0;
}
static void hello_exit(void)
{
printk(KERN_ALERT "Goodbye module!\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_DESCRIPTION("A simple module.");