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9447 CTF 2014 pwn 420 classy

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這題看了十個小時多卻沒解出來
實在是很挫敗......
不過還是覺得這題該寫個 write up 紀錄
下次才不會一樣進入思維誤區


這題是 binary 是用 C++ 寫的
還包含了一些 libary function
程式規模非常大 要每個 function 都看過不太可能

main 非常簡單
進行 io redirect 和一些參數的檢查
接著就進入兩個關鍵的 function
parse_file_or_die() 以及 gogo()

這兩個 function 都十分複雜
而且又用了不少動態跳躍
即使用 ida pro 翻成 pseudo code 也不完整
很難完全看懂
用動態分析其行為得到結果是:

  • parse_file_or_die() 讀入一個 java class,如果格式有誤或者使用了不允許的動作都會發生 exception 並結束
  • gogo() 逐步執行 bytecode,如果使用沒有實作的指令或是使用 mnemonic 有問題,就跳出 exception 並結束

所以這題是個 java emulator
一開始以為這題是 jailbreak 的類型
一直在想辦法繞過 parse_file_or_die() 的限制去讀 flag
但是這個方向顯然是錯的
直到官方放出了 libc-2.19.so 才把方向轉為尋找漏洞...
這邊犯下了第一個錯誤--太執著於靜態分析
花了很多時間在看 parse_file_or_die()
直到 Lays 發現寫 bytecode 使用數個 ldc 會導致程式 smash tht stack
才確定 vuln 在 gogo() =__=

有了 crash 點就很輕易能找出程式是哪裡出問題 (fault localization?)
逐步追蹤可以找到 crash 的原因在呼叫 Stack::push() 會 overflow
後來又發現 istore 算好 offset 可以改到 eip 的 value
但由於一次寫入會是 16 byte (tag + value)
tag 值無法控制...也就是說無法控制連續的 stack
只能做一次 return
沒有辦法成功構造出 rop 去 leak information 再跳到 system
嘗試找 gadget 來解決 stack layout 的問題
經過三小時的嘗試後宣告這方向似乎是錯的....
開始把方向轉到尋找可用的 bytecode
但是時間已經不夠了 Q__Q

後來花點時間把程式完全看懂
這題的問題是這樣子的.....
(後面 小寫 stack 表示 elf 的 stack、大寫 Stack 表示 jvm 模擬的 stack)

這題在初始化 jvm 的環境後
將一些參數 push 進 Stack
就開始執行 java main function 的 bytecode
接著可以使用 bytecode 操作 Stack 的指令去控制 stack
這題的 Stack 並不是使用 C++ 的 standard library 寫的
而是出題者自已寫的 Stack 物件
導致可以 overflow 以及修改 stack 的內容
push 的單位是一個 StackItem = 16 byte
但也造成前面提到的不能連續控制記憶體的問題

struct StackItem
{
    int tag;
    int value;
};
  • ldc [value or str]
  • sipush [value]
    兩個指令類似,在 Stack push StackItem
  • istore [offset] 在 Stack + offset 的位置寫 StackItem
  • iload [offset] 在 Stack + offset 的位置 pop StackItem,檢查 StackItem.tag 的值是不是 0x2f,如果是就 push 進 Stack

理論上 iload0x2f 的檢查以後沒辦法任意讀取記憶體內容
但是這邊其實是有問題的
原因是 Stack 的內容並沒有對齊 16 byte

0xffffd020:     0x0000005e      0x08065188      0xffffd034      0x0805305c
0xffffd030:     0x080650f8      0x0000002f      0x0000002f      0x0000002f
0xffffd040:     0x0000002f      0x0000002f      0x0000002f      0x0000002f
0xffffd050:     0x0000002f      0x0000002f      0x0000002f      0x0000002f
0xffffd060:     0x0000002f      0x0000002f      0x0000002f      0x0eceea00      <-- stack guard
0xffffd070:     0xffffd080      0x00000000      0xffffd128      0x08054180

ldc 0x2f push 大量的 0x2f 進入 Stack
iload 是按照 [Stack + offset\*8] 的方式去存取 Stack
如果把 push 的內容就是 0x2f 就可以 bypass iload 的 檢查
因此我們可以順利得到 stack 上的內容
以此例來說,iload 得到的結果是 stack guard
用同樣的方式可以得到出 libc 的位置

嚴格來說,這樣並沒有成功 leak memory
因為不會 print 出來,我們也沒辦法再接 io
但是這題也不需要
iload 得到 libc 以後可以直接用 bytecode 提供的指令做運算
算出 system 的位置,再用 istore 重新寫回 stack

總結這題的做法如下:

  1. iload 得到 stack guard
  2. iload 得到 libc address
  3. 利用 sipushiaddisub 等做運算得到 system/bin/sh
  4. istore 改寫 ret address 以及參數
  5. istore 將被更動的 stack guard 寫回

經過這題才發現自己的思維很狹隘
執著於過去學到的 rop 走入誤區
一直想著如何 leak address
卻沒想到可以利用 java 本身做運算
紀錄此篇 write up
希望以後不會犯下同樣的錯誤


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