二进制漏洞挖掘技术实战
0×00前言
0X01漏洞挖掘方法
0X02手动法漏洞挖掘
0X03通用FUZZ法进行漏洞挖掘：
0X04智能FUZZ法进行漏洞挖掘：
0X05总结
正文
0X00 前言：
关于二进制的漏洞研究，大体可以分为漏洞分析利用和漏洞挖掘两部分。关于漏洞分析利用的部分互联网可以搜索到大量文章，而漏洞挖掘的文章却寥寥无几。因此我在这里主要来讲一下如何对二进制软件进行漏洞挖掘。
0X01 漏洞挖掘方法：
漏洞挖掘，一种只追求结果不追求过程的工程。漏洞挖掘的方法很多，这里主要讲以下几种方法:
1.手动法漏洞挖掘
2.通用fuzz法漏洞挖掘
3.智能fuzz法漏洞挖掘
0X02手动法漏洞挖掘：
-
什么是手动法挖掘：
手动法挖掘，就是不使用自动挖掘工具，手动分析软件可能出问题的地方。其中挖掘点是靠手动来寻找的，畸形数据也是手动来构造的。用这种发现软件漏洞的方法，一般称为手动法。
-
手动法漏洞挖掘的优点：
手动测试不需要专业的fuzz工具，并且测试的漏洞主要是堆栈溢出漏洞，原理较为简单。因此手动挖掘的速度是非常快的，效率也是比较高的。可以在几十分钟内发现可利用的缓冲区溢出漏洞。
-
手动法漏洞挖掘的缺点：
相对于文件格式漏洞难以挖掘。因为文件格式的处理逻辑一般都较为复杂，关于这一点手动挖掘方法效果不是很好。
-
如何进行手动挖掘：
漏洞挖掘方法一般为：
1.确定挖掘点：挖掘点，就是用于挖掘的点。什么样的点可以作为挖掘点呢？凡是用户可控的数据点都可以作为挖掘点。包括程序路径，输入消息，文件内配置信息，等等。由于是手动挖掘，因此挖掘点不适合选择的过于复杂。很明显office系列，各种图片声音等等这样复杂的文件格式，是不适合定位于手动挖掘点的。
2.对挖掘点填充畸形数据：找到挖掘点后，就可以对挖掘点填充各种畸形数据了。其中包括超长字符串，畸形字符，边界值数据等等。根据长期的挖掘经验来看，其中超长字符串的效果更好。并且超长字符串一般都为堆栈溢出，该漏洞一般情况下都是可以利用的。
3.程序是否发生异常：程序崩溃，程序退出等。
4.分析：如果发生异常，用反汇编工具和汇编级调试器深入分析(如WINDBG IDA OLLYDBG），找到异常原因，判断漏洞类型以及危害。
-
手动挖掘方法举例：
下面以两个例子来进行手动挖掘举例。
例1： sdemo2.0 缓冲区溢出漏洞
漏洞编号：WooYun-2013-43556
链接：http://www.wooyun.org/bugs/wooyun-2010-043556
软件介绍：S-Demo是一个大多被破解者用来作破解动画过程的软件，它可以记录你的屏幕上的任何动作及鼠标的移动过程，同时使用了较高的压缩率。当然压缩率可以选择，在正常的操作情况下，每分钟的生成的文件大小在200K左右。
漏洞简介：该文件录制后的源程序文件格式属于自定义文件格式。程序在密码验证的时候，取加密后的密码（下面称密文）放入内存栈中，在执行strcpy函数时，没有对密文进行长度检测，导致堆栈溢出。如果用户用sdemo播放器打开黑客构造特定的smv文件，可以导致任意代码执行。
挖掘思路：
1.选择挖掘点：我们这里选择密文的处理区域。
2.定位密文位置
逆向分析法：通过逆向分析，查看函数处理密文的文件所在位置。
对比法：如图(1)，分别生成2个样本，密码不同。对比里面的信息，发现偏移为1A1H处数据不同，经过测试后发现这里就是密文信息。
图(1)
3.构造畸形数据并测试：据经验，超长字符串为手动fuzz的首选畸形数据,该密文字符串是以0结尾的,我们用winhex手动把这个字符串修改的很长，来测试程序是否发生崩溃。（1A0处其实是一个校验，如果为0表示该样本没有密码，也就不会解析后面的数据了，如果为1表示该样本是有密码的） 修改前的数据 图(2)
（图2）
我们把数据修改的很长的时候，发现程序崩溃了。图(3)为修改后的数据。
（图3）
4.分析崩溃信息:异常已经成功触发，下面我们用条实习详细分析一下异常的原理。如图(4)，用OLLYDBG载入sdemo播放器S-Player.exe，然后打开我们构造的畸形文件。查看OLLYDBG的信息。这时候发现EIP的数值是43434343H，43H为C的ASCII码，也就是说EIP已经被我们所控制，一般情况下能控制EIP的漏洞都是可以利用的。
（图4）
如图（5）通过分析。我们定位到漏洞是由strcpy函数所导致，在这个函数没有控制esi所指向数据的大小，esi指向的数据过大后可导致缓冲区溢出，直接淹没缓冲区地址。
（图5）
如图（6）。调试，当路过strcpy函数后，观测SEH链表。淹没以后，我们发现SE处理程序是43434343H，这个数据就是我们输入的畸形数据，也就是说，我们可以控制SEH了。
（图6）
5.漏洞利用:根据上面的分析原理，该漏洞是可以利用的。既然我们可以控制SEH， 那么我们可以通过pop pop ret来进行该漏洞的利用。首先我们要找控制SEH的地址。经过调试，我们发现密文偏移为4CH处的数据，就是SEH处理程序的地址。此时我们修改poc的数据如图（7）
（图7）
我们验证下，将数据修改为：EEEEEEEEH，(48H修改为FFFFFFFFH，表示链表的尾部）此时被淹没的SEH链表。如图（8）
（图8）
程序执行SH处理程序后，堆栈地址是
FFFFFFFF 指向下一个SEH记录的指针，正是我们文件结构内的数据。该数据我们可以控制。下面我们的目标就是要运行到这个指令（数据FFFFFFFFH)。 因此我们只要在内存中选择pop pop ret类似的指令，就可以把堆栈前2个地址pop掉，然后返回这个指令所在的地址(数据FFFFFFFFH所在的地址)执行这里的指令了。我的系统是windows SP XP3，在我的系统中，我找到了这样一段代码。他的地址7FFA1571H，代码如图（9）：
（图9）
也就是说，我们让SEH地址为7FFA1571H，程序异常后，执行了这一段代码，然后eip返回到指令FFFFFFFFH。我们再把FFFFFFFFH这个数据修改成我们要执行的代码，就可以利用了。这时候我们把FFFFFFFFH修改为90909090H.测试下 如图（10）
（图10）
这时候我们发现eip已经成功执行到这里。即为可以利用了。只要把我们的shellcode放在这里就可以了。
6.EXP开发:这里我们开发了一个小巧的exploit生成工具，可以写自定义的shellcode代码，生成演示例子按钮是弹出计算器的代码。程序如图（11）
（图11）
我们运行演示例子会发现，当程序载入了exp.smv文件后，弹出来了计算器。如图（12）如果这个代码不是一个执行计算器的代码，而是一个病毒呢？
（图12）
例2:易语言5.11的缓冲区溢出漏洞
漏洞编号： WooYun-2013-44371
链接：http://www.wooyun.org/bugs/wooyun-2010-044371
漏洞分析：
在处理函数的时候，未对长度进行有效检测，可导致缓冲区溢出。执行特定构造的源程序，打开程序即可触犯漏洞，可导致任意代码执行。
挖掘思路：
1.安装易语言后，分析其挖掘点。各种编辑框，输入信息等等都可以作为挖掘点，效果最好，影响最大的挖掘点，还要属于易语言工程文件（.E文件）。
2.超长长度字符串一般都可作为挖掘点的首选。我这里对“信息框”控件做一次手动的挖掘展示。新建一个窗口，拖放一个按钮。双击按钮后弹出代码编辑区。这里输入信息框 (“xxxxxxxxxxxxxxxxx”, 0, )，然后观看效果。如图（13）
（图13）
下一步，我们手动尝试把变量字符串变得很长，很显然，xxxxxxxx这里就是变量字符串，我们输入很长的字符串（大约2000H个） 保存。然后打开易语言，载入这个.E源文件（或者直接打开.E源文件也可以），发现程序莫名其妙的退出了。我们用调试器OllyDbg打开易语言程序，然后载入这个我们构造的.E源文件。如图（14）
（图14）
这时候发现，EIP已经为78787878，已经被我们所控制。看一看SEH链表，会发现SEH链表已经被我们所控制。如图（15）
（图15）
接下来就可以用pop pop retn的方法来利用了。原理和上面相同。程序有一些自校验，解决办法：第一种是对shellcode进行编码，直接在.E源码内增加编码后的shellcode。第二种逆向易语言自校验算法并尝试突破，直接用winhex等工具对.E文件修改shellcode，在修改自校验相关代码。绝大部分情况下，第一种更为容易些。
0X03 通用fuzz法进行漏洞挖掘：
什么是通用FUZZ：
在不研究文件格式的情况下，用自动化测试工具对目标程序进行fuzz测试。
通用FUZZ的过程：
通用fuzz的步骤如下：
1.选取目标文件。
2.用我们的工具对目标文件的格式进行变异，生成大量的畸形样本。
3.让程序分别载入并解析这些畸形样本，监测程序是否会触发异常。
4.通过逆向分析这些异常样本，查看是否是漏洞同时确定危害级别。
通用FUZZ优点：
上手容易，不需要了解文件格式即可对目标进行漏洞挖掘。全自动化，效率很高。
通用FUZZ缺点：
测试深度不够，只适合一些文件结构较为简单的文件格式，对复杂的文件格式无能为力。
通用FUZZ重点：
评价一个通用fuzz工具的好坏，一般考虑以下两个方面
1.生成的样本是否足够畸形：只有样本足够畸形，才能保证覆盖面足够大，才能挖掘出更多的安全隐患。
2.监控功能是否足够的强大准确：通用fuzz的监控模块可以准确的监控到程序运行时所发生的异常。不误报，不漏报。
EASYFUZZER介绍：
EasyFuzzer是一款精简高效的模糊测试工具。目前只支持文件格式的模糊测试。支持通用fuzz格式和智能fuzz格式。目前最高版本为1.5。要求运行环境为windows xp sp3 32位。下载地址：http://www.asm64.com/Soft/EasyFuzzer1.5BETA.zip
Easyfuzzer特点：
容易：不需要什么配置，非常容易上手，使用也非常简单。
精简：为了容量和速度，软件采用100%汇编语言编写。排除了以往fuzzer的无用功能。绿色软件，无毒无害。
高效：由于采用汇编语言编写，并且支持多线程fuzz和分布式fuzz，因此速度极快，效率极高。
灵活：大家在用其他工具fuzz时候，经常会把一些正常的某些行为报成异常行为，原因是一些非异常的“异常”被fuzzer捕捉到了。EasyFuzzer具有忽略异常调试功能，这样大大降低了 fuzzing时的误报率。
高级：支持智能fuzz，可以由用户自定义文件格式样本。可以挖掘复杂文件格式的漏洞。
程序功能简介:
（图16）
主窗口如图（16）：
样本文件：通用fuzz测试时，根据该样本来生成各种畸形样本。选取一个正常的样本即可。为了提高测试速度，样本应该包含尽量多的数据结构，而样本的容量也应该尽量小。
目标路径：存放生成畸形样本的文件路径。
后缀名：样本的后缀名。
宿主程序路径：要挖掘程序的路径。如果程序启动需要参数，请把参数输入到后面的编辑框中。
对于通用fuzz，提供了两个生成样本的引擎
引擎1：主要针对整数溢出fuzz而开发的引擎。适合文件格式较小的样本，如果文件格式较大请选择挖掘范围。否则会生成太多的测试样本，影响测试效果。
引擎2：主要针对堆栈缓冲区溢出而开发的引擎。如果你的时间比较充沛，可以选择后面的x2 x4 x16选项。这样样本生成量就会增加，测试深度增加。该选项可以复选。例如如果全部选择则表示样本量*128倍。在1.5版本下，这样要生成大约25万个样本。
生成文件：（针对通用fuzz而言）根据所选择的样本来生成文件。
Fuzzing：开始fuzzing测试。
停止：提前结束fuzz测试。
总在最前面：如果讨厌fuzz的时候，新启动窗口挡住我们的程序，可以选择这个选项。
（图17）
fuzz选项窗口如图（17）：
运行时间：样本监控的时间，超过这个时间没有监控到异常程序就会退出。根据你的硬件配置和目标程序来选择。过小的时间会导致测试无法正常执行，而过大的时间又导致资源的浪费。
开启速率：样本启动速率，就是多长时间程序开启一次。这个时间也是根据你的机器配置和目标程序来选择。如上图运行时间为2000ms，开启速率为500ms，那就是相当于程序是保持4线程运行。
异常日志有效路径：存放异常日志的路径。当程序发生异常的时候，异常日志都会存放在所选路径。
忽略以下异常：有时候由于要挖掘程序的设计问题，正常情况下也会抛出一些异常。这个功能就是忽略这些异常，不截获这些异常。减少误报，提高效率。
开启自定义样本功能：可以接受第三方程序生成的畸形样本。也可以用于继续fuzz上一次没有fuzz完毕的样本。只需填写样本总数和样本开始数即可。
开启分布式挖掘：用于多台机器（或者虚拟机）挖掘一个程序。比如一个程序需要测试10000个样本，如果你开启5个虚拟机，那么在这5个虚拟机都安装上该软件，机器总数写5，机器编号分别写1,2,3,4,5 然后每一个虚拟机只需要测试2000个样本即可完成任务。
智能fuzz窗口：如图（18）该窗口比较简单，只是一个代码编辑区。输入代码后填写后缀名。点击确认即可生成样本。
（图18）
通用FUZZ漏洞挖掘举例：
下面举一个通用fuzz的例子，用easyfuzzer来进行软件的漏洞挖掘。我们选取的目标仍然为sdemo 2.0。
挖掘过程：样本的生成：首先，我们生成一个非常小的正常样本文件。命名为sample.smv。然后，打开easyfuzzer，填写要生成指令的一些参数，前面已经做了详细说明。具体如图（19）
（图19）
我们这里选择引擎2来生成样本，如上图所示，这时候已经生成完毕。图（20）为生成的样本
（图20）
样本的测试：配置信息默认即可，这时候我们点击fuzzing，对样本进行fuzz。下图是fuzz过程 如图（21）
（图21）
时间问题，提前结束了测试。这时候主窗口已经显示了一些监控结果。如图（22）随便打开一个异常日志，里面存有出错样本ID和一些出错的信息。之后我们找到该ID的样本验证下，程序果然崩溃了。
（图22）
0X04 智能fuzz法进行漏洞挖掘：
智能FUZZ介绍
什么是智能fuzz：智能fuzz是相对于通用fuzz而言的。通用fuzz虽然在简单文件格式的fuzz下做到了快，狠，准的优点。但是对于复杂文件格式就无能为力了。因为复杂文件格式中有大量的结构校验。对于这种校验，通用fuzz生成的样本大部分是无效的。因此这里引用了智能fuzz。智能fuzz是对文件的结构进行分析，编写出表述文件结构的代码。然后fuzzer工具根据该代码的约束生成畸形样本，接下来就和通用fuzz相同了：执行畸形样本，监控异常。
智能fuzz的优点：执行效率高，效果好。可以挖掘其他方法挖掘不到的软件漏洞。
智能fuzz缺点：需要深入研究相应的文件格式，并写出相应的文件格式脚本。该过程需要的时间较长。
智能fuzz的步骤：
1.研究要挖掘程序处理的相应文件格式，包括该格式的各种数据结构，约束规则等信息。
2.根据fuzzer规定的代码规则，编写相应规则的代码，来解析当前文件格式的结构。
3.用fuzzer工具通过我们写的代码，生成大量的畸形样本。
4.让fuzzer 执行并监控被挖掘程序处理畸形样本的运行情况，检测程序是否发生异常，如果异常保留异常样本和相关信息。
5.用OLLYDBG WINDBG IDA等工具深入分析崩溃信息，查看是否是漏洞同时确定危害级别。
EASYFUZZER 智能FUZZ模块介绍：
下面举一个智能的例子，用来进行软件的漏洞挖掘。首先说一下的代码规则。在easyfuzzer 1.5版本，最多支持条代码，每条代码的长度最多为字节。每一条代码必须用“;”结尾，参数之间用“,”分割。到1.5为止，easyfuzzer共支持4种指令。
第一种：_num,参数1,参数2,参数3,参数4;如：_num,100,1,0,32;_num有四个参数：
参数一：是数值， 支持10进制类型（如 100,1234567），也支持16进制类型（如100H，deaddeadh），16进制字母大小写都可以，后面需要加h来和10进制数据加以区分。
参数二：是数据是否可以变异，0为可以变异，1为不可以变异。变异是指以后生成的不同的样本中该数值都会进行变化。如果该数值设置成1（可以变异），那么对于参数一无论设置成什么值，也都没有什么区别了（参数一不进行解析了）
参数三：大小尾。 0表示小尾（小尾表示低位数据存储在低字节地址空间上），1表示大尾（大尾表示低位数据存储在高字节地址空间上）。比如12345678H 如果是大尾，在内存中是12345678,如果是小尾，在内存中是78563412,
参数四：数值的大小，目前支持8位，16位，32位3种类型。 也就是1字节，2字节，4字节。8位 如AAH。16位 如AABBH。32位 如AABBCCDDH。
以下表示都是正确的
第二种：_str,参数1,参数2,参数3 ,参数4, 参数5 ,参数6;如:_str,helloworld,1,0,0,32,1;该函数有六个参数
参数一：字符串值。直接填写字符串即可如 helloworld。
参数二：该数值是否变化。0表示变化，1表示不变化。
参数三：字符串的长度，单位为字节。
参数四：字符串类型，0表示STR类型，1表示HEX类型。如123456，如果是0，输出后内存中的数据是313233343536，如果是1，输出后内存的数据是123456.
参数五：前缀的大小。单位是字节数。有效值为0,8,16,32。前缀用来表示该字符串的长度。如果您不需要该数值，设置成0就可以。
参数六：前缀的格式， 大尾或者小尾。 0表示小尾，1表示大尾。
第三种：_cal,addr,参数1，参数2，参数3; 如： _cal,addr,32,0,3;该函数共有三个参数：
参数一:表示计算结果的位数。 可选值为 8,16,32 分别表示8位，16位，32位。（即1字节 2字节 4字节）
参数二：结果的大小尾， 0表示小尾，1表示大尾。
参数三：计算目标（函数序列号） 上面例子是3，就是计算第三个函数的偏移地址。
第四种：_cal,size,参数1，参数2，参数3，参数4; 如：_cal,size,32,0,4,6;该函数共有4个参数：
参数一:表示计算结果的位数。 可选值为 8,16,32 分别表示8位，16位，32位。（即1字节 2字节 4字节）
参数二：结果的大小尾， 0表示小尾，1表示大尾。
参数三：开始函数（函数序列号）
参数四：结束函数（函数序列号）。上例中，开始是4，结束是6，就是计算4-6 共3个函数的大小。注意：开始函数值不应该大于结束函数值
-
漏洞挖掘举例：挖掘WINXP SP3系统播放器的内存破坏漏洞
我们的目标是windows xpsp3的媒体播放器我们这里选择一款简单的文件格式：Mid文件格式。下面是mid文件格式简介。
1.mid文件格式简介：一个MIDI文件基本上由两个部分组成，头块和轨道块。 具体信息请去互联网自行搜索。
2.头块：头块出现在文件的开头，头块看起来一直是这样的：4D5468640000 0006 ffff nnnn dddd。4D5468640000表示头块的标示值；ffff是文件的格式；nnnn 是MIDI文件中的轨道数；dddd 是每个4分音符节奏数。
3.轨道块：4D54726B xxxxxxxx aaaaaaaaaaaaaaaa。4D54726B 表示轨道块的表示值；aaaaaaaa表示轨道块；xxxxxxxx表示轨道块的大小。除了头块和轨道块的标示值以外，所有的结构都应该作为fuzz的结构，就是说内容可以变异。下面是我根据我对mid文件结构的了解，编写的一段代码：
代码的含义：
第一行代码：头信息为MThd，长度为6的字符串类型；
第二行代码：第一行代码解析字符串的长度，要求大尾形式。并且大小是16位；
第三行代码：一个16位的数据，数据需要变异；该数值为变异数值，所以第一个参数（FFFFH）是不解析的，写什么都一样；
第四行和第五行类似于第三行；
第六行类似与第一行；
第七行：取第八行代码生成数据的大小；
第八行：字符串类型，需要变异。表示轨道块。
代码写完毕后，我们点击确定来生成代码。很快代码就生成完毕了，如图（23）图（24），一共生成了11137个畸形样本。
（图23）
（图24）
下一步我们就可以开始fuzz了。如果你从来没有运行过系统播放器，请先运行配置一下，否则无法成功fuzz。另外，WinXP系统播放器是不支持多线程的，因此我们需要让开启速率的时间大于运行时间。这里我们把开启速率设置成2200毫秒，运行时间设置成2000毫秒。设置完毕后点击确定。如图（25）
（图25）
由于我们是靠代码生成的样本，因此就不需要模板文件了，如下图。然后点击FUZZING按钮。如图（26）
（图26）
为了观察方便，您可以把总在最前面按钮选上。下面就是fuzz过程了，这个过程时间较长。按照我的选项，完全测试完毕需要6个小时，为缩短时间你可以多开几个虚拟机选用分布式挖掘。在一个i7 pc级cpu中，完全可以开6个虚拟机（需要较大的内存）这样一个小时就足够了。由于时间原因，我这里提前结束了fuzz。好消息是，我已经找到畸形样本了。如图（27）：
（图27）
这时候我们去看看日志。如图（28）。
（图28）
日志显示，因为除以0导致了崩溃。 我们下面手动测试下。找到00000000.mid 和00000043.mid样本。我们od来验证下，是不是因为除以0导致的崩溃。如图（29）图（30）。
（图29）
（图30）
正如日志信息所说，因为除以0导致崩溃。有关该漏洞的详细信息，您可以访问：http://www.wooyun.org/bugs/wooyun-2010-060863。
0X05 总结：
关于二进制漏洞挖掘，本文只讲述了最主流的三种漏洞挖掘方法。漏洞挖掘的方法有很多，没有哪种方法是可以否认的。只要能挖掘出漏洞的方法就为好方法。正因为如此，与其说漏洞挖掘是一门技术，不如说他是一门艺术。更多的漏洞挖掘方法，有待大家去探索与发现。
最后说一下对于新手的一些建议：懂开发，这样便于我们从程序员的思维上去理解程序，知彼知己方能百战不殆。懂逆向，善于调试程序，了解代码最底层的运行机制。多分析漏洞，举一反三，触发灵感。多尝试挖掘漏洞，而不是纸上谈兵，经验最重要。