Linux防止stack缓冲区溢出的有效方法

Linux阅码场

发布于 2020-05-19 17:29:53

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发布于 2020-05-19 17:29:53

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检测和防治stack缓冲区溢出的方法可谓是汗牛充栋，如果讲起来，那便是一个系列，我也不知道该从何说起。比如说stack-protector选项，我之前就介绍过：

https://blog.csdn.net/dog250/article/details/90735908

然而，总觉得有点纸上谈兵的意思。为什么我会这么说？

因为这玩意儿大家都懂，想破解还是很容易的，只需要破解FS:0x28即可，然后就一泻千里了，我把guard保留，实际上里面已经糜烂…

若攻若防，都要出其不意，当然了，这里有一个比较直接的方案：

每一次函数调用均使用 __builtin_return_address(0) 作为最后一个参数，函数的最后检测8(%rbp)的值和它是否相等。

这种方法可行，姑且不谈__builtin_return_address需要绝对地址转换，单凭可操作性，这种方法绝不优雅！

有没有什么办法，不需要程序做任何改变，就能做到检测stack缓冲区溢出呢？

当然有！在编译过程中添加stub即可！

只需要为每一个函数调用的开头和结尾加两段修饰即可：

开头在代码执行前的第一时间保存rbp下面的return address到fs寄存器0x28偏移处。
函数返回前最后一刻检查rbp下面的return address和fs寄存器0x28偏移处值是否相等。
…[其实fs寄存器还有很多偏移没有用到，为啥非要瞄准0x28，因为我想替掉stack protector]

我无心修改Linux的gcc编译器，我也无力修改，所以我这里只能演示，下面是一个代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

unsigned long orig;

void stub_func()
{
  printf("stub\n");
  exit(0);
}

int i;
void func(int n, void *addr)
{
  // tailler stub 编译器添加这段即可，在push %rbp之后。
  // 因为我这是在内联汇编，无力修改编译器行为，所以假装一下，实际上写成8(%rbp)
  asm ("mov 8(%%rbp), %%r11\n\t"
     "mov %%r11, %%fs:0x28 \n\t"
    :
    :
    :);

  // 开始正常的函数流程
  unsigned long *p;

  // 以某种方式造成可悲的缓冲区溢出，这里采用最简单的方法。
  // 以这种"主动"的方式进行缓冲区溢出，并不意味着它是可用的，这里仅仅是先造成效果
  p = (unsigned long *)&p;
  *(p + 2) = (unsigned long)stub_func;

  // tailler stub 编译器在函数最后的ret指令前添加这段，由于我无力改变编译器，
  // 所以我只能假装一下，实际上从8(%%rbp)取值。
  asm ("mov 8(%%rbp), %%r11 \n\t"
     "mov %%fs:0x28, %%r13\n\t"
     "cmp %%r11, %%r13\n\t"
     "je label\n\t"
     "mov %%r13, 8(%%rbp) \n\t"
     "label:"
    :
    :
    :);
}

int main()
{
  orig = (void *)stub_func;
  func(2, __builtin_return_address(0));
  printf("function return\n");
  return 0;
}

我在func函数中主动制造了一个控制权转移：

*(p + 2) = (unsigned long)stub_func;

如果不加那两段stub，很显然，控制流程将转入到别处：

[root@localhost test]# ./a.out
stub

然而，这两段stub成功保护了stack按照原有逻辑继续下去：

[root@localhost test]# ./a.out
function return

当然了，在发生了这种情况的时候，至少要记录一条日志：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

unsigned long orig;

void stub_func()
{
  printf("stub\n");
  exit(0);
}

void log()
{
  printf("shabi\n");
}

int i;
void func(int n, void *addr)
{
  // tailler stub
  asm ("mov 8(%%rbp), %%r11\n\t"
     "mov %%r11, %%fs:0x28 \n\t"
    :
    :
    :);

  unsigned long *p;

  // 以某种方式造成可悲的缓冲区溢出，这里采用最简单的方法。
  // 以这种"主动"的方式进行缓冲区溢出，并不意味着它是可用的，这里仅仅是先造成效果
  p = (unsigned long *)&p;
  *(p + 2) = (unsigned long)stub_func;

  // tailler stub
  asm ("mov 8(%%rbp), %%r11 \n\t"
     "mov %%fs:0x28, %%r13\n\t"
     "cmp %%r11, %%r13\n\t"
     "je label\n\t"
     "call log \n\t"
     "mov %%r13, 8(%%rbp) \n\t"
     "label:"
    :
    :
    :);
}

int main()
{
  orig = (void *)stub_func;
  func(2, __builtin_return_address(0));
  printf("function return\n");
  return 0;
}

执行一下试试看：

[root@localhost test]# ./a.out
shabi
function return
[root@localhost test]#

你可能记得__stack_chk_failed函数，我觉得这个机制不妥，因为我曾经成功绕过了它，所以就我个人而言，我忘掉了它。

记住两件套：

// 开头：
asm ("mov 8(%%rbp), %%r11\n\t"
   "mov %%r11, %%fs:0x28 \n\t"
  :
  :
  :);


// 结尾  
asm ("mov 8(%%rbp), %%r11 \n\t"
   "mov %%fs:0x28, %%r13\n\t"
   "cmp %%r11, %%r13\n\t"
   "je label\n\t"
   "call log \n\t"
   "mov %%r13, 8(%%rbp) \n\t"
   "label:"
  :
  :
  :);

至于当前栈帧的return address保存在哪里，我觉得要区分用户态和内核态。若是用户态，那就放在FS寄存器索引的固定偏移处，若是内核态，per cpu变量再好不过了，毕竟一个CPU同时只能处在一个栈帧。

原文链接：

https://blog.csdn.net/dog250/java/article/details/105611497