高级ROP之SROP

signal机制

signal 机制是类 unix 系统中进程之间相互传递信息的一种方法。一般，我们也称其为软中断信号，或者软中断。比如说，进程之间可以通过系统调用 kill 来发送软中断信号。一般来说，信号机制常见的步骤如下图所示：

Process of Signal Handlering

  1. 内核向某个进程发送 signal 机制，该进程会被暂时挂起，进入内核态。

  2. 进入内核前为了恢复进程需要保存上下文，主要是把所有寄存器压入栈中，以及压入signal信息，以及指向sigreturn的系统调用地址。此时栈的结构如下图所示，我们称 ucontext 以及 siginfo 这一段为 Signal Frame。需要注意的是，这一部分是在用户进程的地址空间的。之后会跳转到注册过的 signal handler 中处理相应的 signal。因此，当 signal handler 执行完之后，就会执行 sigreturn 代码。

    sdf

  3. signal handler 返回后，内核为执行 sigreturn 系统调用，为该进程恢复之前保存的上下文，其中包括将所有压入的寄存器，重新 pop 回对应的寄存器，最后恢复进程的执行。其中，32 位的 sigreturn 的调用号为 119(0x77)，64 位的系统调用号为 15(0xf)。

攻击原理

仔细回顾一下内核在 signal 信号处理的过程中的工作，我们可以发现，内核主要做的工作就是为进程保存上下文，并且恢复上下文。这个主要的变动都在 Signal Frame 中。但是需要注意的是：

  • Signal Frame 被保存在用户的地址空间中，所以用户是可以读写的。
  • 由于内核与信号处理程序无关 (kernel agnostic about signal handlers)，它并不会去记录这个 signal 对应的 Signal Frame，所以当执行 sigreturn 系统调用时，此时的 Signal Frame 并不一定是之前内核为用户进程保存的 Signal Frame。

说到这里，其实，SROP 的基本利用原理也就出现了。

攻击手法

获得shell

我们需要在Signal Frame中控制寄存器信息，当系统执行完 sigreturn 系统调用之后，会执行一系列的 pop 指令以便于恢复相应寄存器的值，当执行到 rip 时，就会将程序执行流指向 syscall 地址，根据相应寄存器的值，此时，便会得到一个 shell。

1
2
3
4
5
rax 59
rdi = '/bin/sh\x00'
rsi = 0
rdx = 0
rip = syscall

system call chains

需要指出的是，上面的例子中，我们只是单独的获得一个 shell。有时候，我们可能会希望执行一系列的函数。我们只需要做两处修改即可

  • 控制栈指针。
  • 把原来 rip 指向的syscall gadget 换成syscall; ret gadget。

如下图所示 ，这样当每次 syscall 返回的时候，栈指针都会指向下一个 Signal Frame。因此就可以执行一系列的 sigreturn 函数调用。

signal2-stack