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Stack Overflow

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O que é um Stack Overflow

Um stack overflow é uma vulnerabilidade que ocorre quando um programa escreve mais dados na pilha do que foi alocado para armazená-los. Esses dados em excesso irão sobrescrever o espaço de memória adjacente, levando à corrupção de dados válidos, interrupção do fluxo de controle e potencialmente à execução de código malicioso. Esse problema geralmente surge devido ao uso de funções inseguras que não realizam verificação de limites na entrada.

O principal problema dessa sobrescrita é que o ponteiro de instrução salvo (EIP/RIP) e o ponteiro de base salvo (EBP/RBP) para retornar à função anterior estão armazenados na pilha. Portanto, um atacante poderá sobrescrever esses valores e controlar o fluxo de execução do programa.

A vulnerabilidade geralmente surge porque uma função copia dentro da pilha mais bytes do que a quantidade alocada para ela, podendo assim sobrescrever outras partes da pilha.
Algumas funções comuns vulneráveis a isso são: strcpy, strcat, sprintf, gets... Além disso, funções como fgets ou read, que aceitam um argumento de comprimento, podem ser usadas de maneira vulnerável se o comprimento especificado for maior do que o alocado.

Por exemplo, as seguintes funções poderiam ser vulneráveis:

void vulnerable() {
char buffer[128];
printf("Enter some text: ");
gets(buffer); // This is where the vulnerability lies
printf("You entered: %s\n", buffer);
}

Encontrando Stack Overflows

A maneira mais comum de encontrar stack overflows é fornecer uma entrada muito grande de As (por exemplo, python3 -c 'print("A"*1000)') e esperar um Segmentation Fault indicando que o endereço 0x41414141 foi tentado acessar.

Além disso, uma vez que você encontrou que há uma vulnerabilidade de Stack Overflow, você precisará encontrar o offset até que seja possível sobrescrever o endereço de retorno, para isso geralmente é usada uma sequência de De Bruijn. Que para um alfabeto dado de tamanho k e subsequências de comprimento n é uma sequência cíclica na qual cada possível subsequência de comprimento n aparece exatamente uma vez como uma subsequência contígua.

Dessa forma, em vez de precisar descobrir manualmente qual offset é necessário para controlar o EIP, é possível usar como preenchimento uma dessas sequências e, em seguida, encontrar o offset dos bytes que acabaram sobrescrevendo-o.

É possível usar pwntools para isso:

from pwn import *

# Generate a De Bruijn sequence of length 1000 with an alphabet size of 256 (byte values)
pattern = cyclic(1000)

# This is an example value that you'd have found in the EIP/IP register upon crash
eip_value = p32(0x6161616c)
offset = cyclic_find(eip_value)  # Finds the offset of the sequence in the De Bruijn pattern
print(f"The offset is: {offset}")

ou GEF:

#Patterns
pattern create 200 #Generate length 200 pattern
pattern search "avaaawaa" #Search for the offset of that substring
pattern search $rsp #Search the offset given the content of $rsp

Explorando Estouro de Pilha

Durante um estouro (supondo que o tamanho do estouro seja grande o suficiente), você poderá sobrescrever valores de variáveis locais dentro da pilha até alcançar o EBP/RBP e EIP/RIP salvos (ou até mais).
A maneira mais comum de abusar desse tipo de vulnerabilidade é modificando o endereço de retorno para que, quando a função terminar, o fluxo de controle seja redirecionado para onde o usuário especificou neste ponteiro.

No entanto, em outros cenários, talvez apenas sobrescrever alguns valores de variáveis na pilha possa ser suficiente para a exploração (como em desafios CTF fáceis).

Ret2win

Neste tipo de desafios CTF, há uma função dentro do binário que nunca é chamada e que você precisa chamar para vencer. Para esses desafios, você só precisa encontrar o offset para sobrescrever o endereço de retorno e encontrar o endereço da função a ser chamada (geralmente ASLR estaria desativado) para que, quando a função vulnerável retornar, a função oculta seja chamada:

{% content-ref url="ret2win.md" %} ret2win.md {% endcontent-ref %}

Shellcode na Pilha

Neste cenário, o atacante poderia colocar um shellcode na pilha e abusar do EIP/RIP controlado para pular para o shellcode e executar código arbitrário:

{% content-ref url="stack-shellcode.md" %} stack-shellcode.md {% endcontent-ref %}

ROP

Esta técnica é a estrutura fundamental para contornar a principal proteção da técnica anterior: Pilha não executável (NX). E permite realizar várias outras técnicas (ret2lib, ret2syscall...) que acabarão executando comandos arbitrários ao abusar de instruções existentes no binário:

{% content-ref url="rop-return-oriented-programing.md" %} rop-return-oriented-programing.md {% endcontent-ref %}

Tipos de proteções

Existem várias proteções tentando prevenir a exploração de vulnerabilidades, confira-as em:

{% content-ref url="../common-binary-protections-and-bypasses/" %} common-binary-protections-and-bypasses {% endcontent-ref %}

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