章节大纲

  • Shellcode 的主要目的是运行一个 shell 程序，例如 /bin/sh。在 Ubuntu 操作系统中，这可以通过调用 execve() 系统调用来实现。
    execve("/bin/sh", argv[], 0)

    我们需要为该系统调用传递三个参数：在 amd64 架构中，它们通过 rdi, rsi, rdx 寄存器传递。在 arm64 架构中，它们通过 x0, x1, x2 寄存器传递。伪代码如下所示：
    // 针对 amd64 架构
 Let rdi = address of the "/bin/sh" string
 Let rsi = address of the argv[] array
 Let rdx = 0

 Let rax = 59    // 59 是 execve 的系统调用号
 syscall         // 调用 execve()

// 针对 arm64 架构
 Let x0  = address of the "/bin/sh" string
 Let x1  = address of the argv[] array
 Let x2  = 0

 Let x8 =  221   // 221 是 execve 的系统调用号
 svc 0x1337      // 调用 execve()

    编写 shellcode 的主要挑战是如何获取 "/bin/sh" 字符串的地址以及 argv[] 数组的地址。通常有两种典型的方法：
    • 方法 1：将字符串和数组存储在代码段中，然后使用指向代码段的 PC 寄存器获取它们的地址。本任务中我们关注这种方法。
    • 方法 2：在栈上动态构造字符串和数组，然后使用栈指针寄存器获取它们的地址。我们将在下一任务中关注这种方法。
     

      • 任务 2.a. 理解代码

        我们提供了一个示例 shellcode (mysh64.s)。以下代码针对 amd64 架构。代码也可以在 Labsetup 文件夹中找到。如果你在 Apple 机器上完成本实验，可以在 arm 子文件夹中找到针对 arm64 的示例代码。

        section .text
  global _start
    _start:
       BITS 64
       jmp short two
    one:
       pop rbx            
       
       mov [rbx+8],  rbx  ; 将 rbx 存储到内存地址 rbx + 8
       mov rax, 0x00      ; rax = 0
       mov [rbx+16], rax  ; 将 rax 存储到内存地址 rbx + 16
       
       mov rdi, rbx       ; rdi = rbx        🅰
       lea rsi, [rbx+8]   ; rsi = rbx +8     🅱  
       mov rdx, 0x00      ; rdx = 0
       mov rax, 59        ; rax = 59
       syscall
    two:
       call one                                                                  
       db '/bin/sh', 0 ; 命令字符串（以零终止） 🅲
       db 'AAAAAAAA'   ; argv[0] 的占位符
       db 'BBBBBBBB'   ; argv[1] 的占位符

        上述代码首先跳转到 two 位置的指令，而该指令又跳转到 one 位置，但这次使用了 call 指令。此指令用于函数调用，即在跳转到目标位置之前，它将下一条指令的地址（即返回地址）保存到栈顶，这样函数返回时可以返回到 call 指令之后的指令。

        在这个例子中，call 指令之后的“指令”实际上不是一条指令，而是存储了一个字符串。call 指令会将其地址（即字符串的地址）压入栈中，作为函数的返回地址。当我们跳转到 one 位置的函数后，栈顶存储的是返回地址。因此，pop rbx 指令实际上获取了位置 🅲 的字符串地址，并将其保存到 rbx 寄存器中。这就是如何获取字符串地址的方法。

        请完成以下任务：

        •  编译并运行代码，验证是否可以获得一个 shell。使用 -g 选项启用调试信息，因为我们将对代码进行调试。 
          // 针对 amd64
$ nasm -g -f elf64 -o mysh64.o mysh64.s
$ ld --omagic -o mysh64 mysh64.o

// 针对 arm64
$ as  -g -o mysh64.o mysh64.s
$ ld --omagic -o mysh64 mysh64.o
          注意，在运行链接器程序 ld 时，我们需要使用 --omagic 选项。默认情况下，代码段是不可写的。当此程序运行时，它需要修改存储在代码区域的数据，如果代码段不可写，程序将崩溃。 这在实际攻击中不是问题，因为实际攻击中，代码通常被注入到可写的数据段（例如栈或堆）中。通常我们不会将 shellcode 作为独立程序运行。
        • 使用 gdb 调试程序，展示程序如何获取 shell 字符串 /bin/sh 的地址
        • 解释程序如何构造 argv[] 数组，并展示哪些代码行设置了 argv[0] 和 argv[1] 的值
        • 解释第 🅰 行和 🅱 行的真正含义。
         
        以下是一些可能对本实验有用的 gdb 命令。如果需要了解其他 gdb 命令，可以在 gdb 内部键入 help 获取命令类别名称列表。键入 help 加上类别名称，可以获取该类别中的命令列表。
        $ gdb mysh64

help          -- 打印帮助信息
break one     -- 在 "one" 处设置断点
run           -- 启动被调试程序。
step          -- 单步执行程序直到到达不同的源代码行。
print  $rbx   -- 打印 rbx 寄存器的值
x/40bx <addr> -- 打印内存地址 <addr> 的内容(40 字节)
x/40bx $rsp   -- 打印栈顶 40 字节的内容
x/5gx  $rsp   -- 打印栈顶 5 个双字（8 字节）的内容
quit          -- 退出 gdb

      • 任务 2.b. 消除代码中的零

        Shellcode 广泛用于缓冲区溢出攻击。在许多情况下，漏洞是由字符串复制函数（例如 strcpy()）引起的。对于这些字符串复制函数，零被视为字符串的结束。因此，如果 shellcode 中间包含零，字符串复制函数将无法复制零之后的内容，攻击也无法成功。虽然不是所有漏洞都受零的影响，但零会限制 shellcode 的应用范围。

        前一节提供的示例代码并不是真正的 shellcode，因为它包含几个零。请使用 objdump 命令获取 shellcode 的机器代码，并标记所有包含零的指令。

        要消除这些零，你需要重写 mysh64.s，替换所有有问题的指令。指南部分提供了一些消除零的方法。请展示修改后的 mysh64.s 并解释你是如何消除每个零的。

      • 任务 2.c. 运行更复杂的命令

        在 mysh64.s 中，我们构造了用于 execve() 系统调用的 argv[] 数组。由于我们的命令是 /bin/sh，没有任何命令行参数，因此 argv 数组只包含两个元素：第一个是指向命令字符串的指针，第二个是零。

        在本任务中，我们需要运行以下命令，也就是说，我们希望使用 execve() 来执行以下命令，该命令使用 /bin/bash 来执行 "echo hello; ls -la" 指令。

        /bin/bash -c "echo hello; ls -la"

        在此新命令中，argv 数组应包含以下四个元素，所有这些都需要在 shellcode 里构造。请修改 mysh64.s 并演示执行结果。与往常一样，您的 shellcode 中不能有任何零。

        argv[0] = "/bin/bash" 字符串的地址
argv[1] = "-c" 字符串的地址
argv[2] = "echo hello; ls -la" 命令字符串的地址
argv[3] = 0

      • 任务 2.d. 传递环境变量

        execve() 系统调用的第三个参数是一个指向环境变量数组的指针，它允许我们向程序传递环境变量。在我们的示例程序中，我们向 execve() 传递了一个空指针，因此没有环境变量被传递给程序。

        在本任务中，如果我们将 shellcode（mysh64.s）中的命令 "/bin/sh" 替换为 "/usr/bin/env"，该命令用于打印出环境变量。您会发现，当我们运行我们的 shellcode 时，没有任何输出，因为我们的进程没有任何环境变量。

        在本任务中，我们将编写一个名为 myenv64.s 的 shellcode。当此程序被执行时，它会执行 "/usr/bin/env" 命令，并打印出以下环境变量：
        $ ./myenv64
aaa=hello
bbb=world
ccc=hello world

        要编写这样的 shellcode，我们需要构造一个环境变量数组，并在调用 execve() 之前，将该数组的地址存储到 rdx 寄存器中。构造此数组的方法与构造 argv[] 数组的方法完全相同。请参见以下内容：
        env[0] = "aaa=hello"        字符串的地址
env[1] = "bbb=world"        字符串的地址
env[2] = "ccc=hello world"  字符串的地址
env[3] = 0                  0 标志数组的结束