栈溢出(stack overflow)是最常见的二进制漏洞,在介绍栈溢出之前,我们首先需要了解函数调用栈。
函数调用栈是一块连续的用来保存函数运行状态的内存区域,调用函数(caller)和被调用函数(callee)根据调用关系堆叠起来。栈在内存区域中从高地址向低地址生长。 每个函数在栈上都有自己的栈帧,用来存放局部变量、函数参数等信息。当caller调用callee时,callee对应的栈帧就会被开辟,当调用结束返回caller时,callee对应的栈帧就会被销毁。
下图展示了栈帧的结构。在32位程序中,寄存器ebp指向栈帧的底部,用来存储当前栈帧的基址,在函数运行过程中不变,可以用来索引函数参数和局部变量的位置。寄存器esp指向栈帧的顶部,当栈生长时,esp的值减少(向低地址生长)。寄存器eip用于存储下一条指令的地址。在64位程序中,三个寄存器分别为rbp、rsp和rip。
当函数调用发生时,首先需要保存caller的状态,以便函数调用结束后进行恢复,然后创建callee的状态。具体来说:
如果是32位程序,将传给callee的参数按照逆序依次压入caller的栈帧中;如果是64位程序,前6个参数分别通过rdi、rsi、rdx、rcx、r8、r9进行传递,剩余参数从后向前压栈。如果callee不需要参数,则这一步骤省略。
对于64位程序,如果只有2个参数:
mov rsi, arg2
mov rdi, arg1
对于64位程序,如果有8个参数:
push arg8
push arg7
mov r9, arg6
mov r8, arg5
mov rcx, arg4
mov rdx, arg3
mov rsi, arg2
mov rdi, arg1
将caller调用callee后的下一条指令的地址压入栈中,作为callee的返回地址,这样,当函数返回后可以正常执行接下来的指令。
将当前ebp寄存器的值压入栈中,这是caller栈帧的基址,将ebp更新为当前的esp。
将callee的局部变量压入栈中。
函数调用结束后,就是上面过程的逆过程,callee栈帧中数据会出栈,恢复到caller栈帧状态。
上面的第1步由caller完成,第2步在caller执行call指令时完成,第3、4步由callee完成。
下面看一个具体的例子,callerStack.c代码如下:
// callerStack.c
// C语言函数调用栈
# include
int func(int arg1, int arg2, int arg3, int arg4, int arg5, int arg6, int arg7, int arg8)
{
int loc1 = arg1 + 1;
int loc2 = arg8 + 8;
return loc1 + loc2;
}
int main(void)
{
int ret = func(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8);
return 0;
}
用命令gcc -m32 callerStack.c -o callerStack32
生成32位程序,用gdb反汇编,得到的结果如下:
(这里额外说一下,如果是在64位机器上执行上述命令可能会报错: fatal error: bits/libc-header-start.h: No such file or directory #include
,需要安装multilib库:sudo apt install gcc-multilib
)
0x565561dd endbr32
0x565561e1 push ebp ; 将ebp入栈,保存caller的基址,esp -= 4
0x565561e2 mov ebp, esp ; 将ebp更新为当前的esp
0x565561e4 sub esp, 0x10 ; esp -= 0x10
0x565561e7 call __x86.get_pc_thunk.ax <__x86.get_pc_thunk.ax> ; 没看懂
0x565561ec add eax, 0x2df0 ; 没看懂
0x565561f1 push 8 ; 参数入栈,esp -= 4
0x565561f3 push 7
0x565561f5 push 6
0x565561f7 push 5
0x565561f9 push 4
0x565561fb push 3
0x565561fd push 2
0x565561ff push 1
0x56556201 call func ; 调用func,返回地址入栈
0x56556206 add esp, 0x20 ; 恢复栈顶
0x56556209 mov dword ptr [ebp - 4], eax ; eax存放func的返回值
0x5655620c mov eax, 0
0x56556211 leave
0x56556212 ret
0x565561ad endbr32
0x565561b1 push ebp ; 将ebp入栈,保存caller的基址,esp -= 4
0x565561b2 mov ebp, esp ; ebp更新为当前的esp
0x565561b4 sub esp, 0x10 ; esp -= 0x10
0x565561b7 call __x86.get_pc_thunk.ax <__x86.get_pc_thunk.ax> ; 没看懂
0x565561bc add eax, 0x2e20 ; 没看懂
0x565561c1 mov eax, dword ptr [ebp + 8] ; 取出arg1(值为1),放入eax中
0x565561c4 add eax, 1 ; arg1 + 1
0x565561c7 mov dword ptr [ebp - 8], eax ; 计算结果(局部变量loc1)放入栈中
0x565561ca mov eax, dword ptr [ebp + 0x24] ; 取出arg8(值为8),放入eax中
0x565561cd add eax, 8 ; arg8 + 8
0x565561d0 mov dword ptr [ebp - 4], eax ; 计算结果(局部变量loc8)放入栈中
0x565561d3 mov edx, dword ptr [ebp - 8]
0x565561d6 mov eax, dword ptr [ebp - 4]
0x565561d9 add eax, edx ; eax = eax (loc8) + edx (loc1),函数返回值存放在eax中
0x565561db leave ; mov esp, ebp pop ebp
0x565561dc ret ; pop eip
以上就是C语言函数的调用过程以及栈的情况,但是我还有几点疑问大家可以记录一下:
为什么在函数刚开始的地方sub esp, 0x10
,从后面的代码来看,开辟的空间用于存放局部变量,那为什么不是在局部变量定义的时候将局部变量的值入栈,再移动esp呢?而是一次性先esp -= 0x10
,这样不会带来空间的浪费吗?
call __x86.get_pc_thunk.ax
是什么意思?
add eax, 0x2e20
有什么作用?