实验目的
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加深对IA-32函数调用规则和栈帧结构的理解
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了解关于内存溢出攻击的原理，并通过 5 个 level 关卡的实验对堆栈有进一步理解
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通过模拟缓冲区溢出攻击，了解如何去进行栈保护
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了解程序的运行时操作以及了解这种形式的安全性弱点的性质，以便编写系统代码时可以避免这种情况
实验内容
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对目标程序实施缓冲区溢出攻击（buffer overflow attacks）
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通过造成缓冲区溢出来破坏目标程序的栈帧结构
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继而执行一些原来程序中没有的行为
实验环境
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32 位 Linux 操作系统
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下载 buflab-handout 文件夹，并放入虚拟机
实践技能
Linux基本命令、IA32 汇编程序、gdb调试、objdump反汇编、gcc等。
实验要求
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Level 0 test 运行完后，不直接返回退出，而是跳到smoke函数处，继续运行，当 smoke 运行完毕后退出
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Level 1 在 Level 0 的基础上，使 getbuf 函数的返回指向 fizz 函数，同时将 fizz 函数的参数置为 userid 对应的 cookie 值
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Level 2 使 getbuf 调用后不执行 test 函数，而是执行 bang 函数，但是同时要修改global_value 的值为 cookie 值
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Level 3 使 getbuf 调用后，返回到 test 当中，但是不能破坏为 test 函数维护的堆栈状态，同时要让 test 函数调用 getbuf 后的返回值为自己的 cookie
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Level 4 要求和 Level 3 一致，但需要加上 –n 参数运行 bufbomb，此时会进入 testn 和 getbufn 函数而不是 test 和 getbuf 函数
实验过程
首先进入解压后的文件夹，在命令行输入“bufbomb -u <学号>”，其中“-u <学号>”是需要你提供的命令行参数，目标程序通过getcookie函数将学号转换成一个cookie（和使用makecookie完全一样的cookie），cookie将作为你程序的唯一标识，使你运行程序的栈帧地址与其他同学不一样。以下是我的userid和cookie：
由于汇编代码比较多，使用objdump -d命令将其反汇编到bufbomb.asm文件中查看。
Level 0
任务是让目标程序调用smoke函数。test函数调用了getbuf函数，getbuf函数的功能是从标准输入（stdin）读入一个字符串。以下是getbuf函数的汇编代码：
792行ebp-0x28的地址为Gets函数的参数，Gets函数将以该地址为起点向地址增大的方向保存字符，共0x28（40）个字节，即buf缓冲区为0x28（40）个字节，因此需要将 getbuf 函数的返回地址覆盖为smoke函数第一条语句的地址。以下为smoke函数的汇编代码：
361行为smoke函数的首地址0x08048bd2。
攻击字符串用来覆盖数组buf，进而溢出并覆盖ebp和ebp上面的返回地址，构造的攻击字符串的大小应为40+4+4=48个字节。攻击字符串的最后4字节应为smoke函数的首地址0x8048bd2，d2 8b 04 08（小端方式）。
为了方便可以把构造的字符串放在一个文本文件中，然后使用hex2raw工具将自己编写的攻击代码转化为字符串格式，最后执行bombbuf攻击目标程序。成功！
Level 1
任务是让目标程序使用特定参数调用fizz函数，以下为fizz函数汇编代码：
375行ebp+0x8传入函数的一个参数，376行将这个参数与0x804d140这个内存地址中的值比较，这个内存地址中保存着cookie的值，如果这两个值相等则成功。和第0关类似，首先用fizz函数的首地址覆盖getbuf的返回地址，使目标程序执行fizz函数，然后将fizz函数的返回地址覆盖掉，再用cookie覆盖返回地址上方的参数。这样就可以先跳转到fizz函数，然后在跳转后自己取到cookie作为参数。fizz函数的返回地址可以用任意4个字节的数覆盖，例如可以用00 00 00 00覆盖掉，其作用只是用来占位。
构造攻击字符串为：40（覆盖掉 buf）+4(覆盖掉 ebp 旧值）+4（用 fizz 函数地址0x8048bfa替换，冲掉返回地址）+4（占位置）+4（ebp+8位置为函数第一个参数，把 cookie 值按小端方式放到这里）。
我的cookie值为0x5216b8f0，按照上述步骤执行，成功！
Level 2
任务是让目标程序调用bang函数，并篡改全局变量。以下为bang函数的汇编代码：
因为全局变量存放的位置为.bss节或.data节，并不是存放在栈中的，前面的方法只能修改栈中的内容，无法修改全局变量的内容。所以我们需要换一种思路，先编写一段恶意代码，用其修改全局变量的值。
397行bang函数首地址为0x8048c49。401行将0x804d138内存地址中的内容移动到eax寄存器中，402行将0x804d140内存地址中的内容和eax寄存器中的内容进行比较。使用gdb调试，查看这两个内存地址中的内容：
0x804d138内存地址中的内容为全局变量，0x804d140内存地址中的内容为cookie值。
编写恶意代码，mov指令将cookie值赋给全局变量，push指令将bang函数的首地址压栈。
将恶意代码保存为.s汇编代码文件，然后用gcc –m32 –c生成.o可重定位目标文件，然后用objdump –d反汇编得到机器码。
在getbuf函数中，开辟的占空间为0x34（52）字节，而ebp-0x28只用了0x28（40）字节，因为buf 数组会被加载进入缓冲区，eax寄存器中放的就是buf数组首地址。
使用gdb调试，使用b命令在调用Gets函数处设置端点，查看eax寄存器中的内容，得到buf的首地址为0x55683228。
构造攻击字符串进行攻击，成功！
Level 3
任务是无感攻击，并传递有效返回值。前面的攻击都是使目标程序跳转到特定函数，进而利用exit函数结束目标程序运行，在这个过程中我们都把原来的恢复现场需要用的返回地址和原test的ebp给破坏了。boom这一关中，我们将修复这些被我们破坏的栈状态信息，让最后还是回到test中，让被攻击者不容易发现我们动了手脚，另外，构造攻击字符串，使得getbuf都能将正确的cookie值返回给test函数，而不是返回值1。设置返回值也就是更改eax（eax中保存的就是函数的返回值）的值，可以用mov指令设置eax存的为cookie值，更改完要进入test函数继续执行。以下为test函数的汇编代码：
需要将call getbuf函数的下一条指令的地址即492行的0x8048d64压入返回地址。编写恶意代码，先将返回值修改为cookie值，然后将call getbuf函数的下一条指令的地址压入返回地址，最后返回。
和第2关类似，将这些指令反汇编得到机器码。
恶意代码准备好以后，需要将返回地址更改为指向这个代码的位置，把恶意代码放到buf数组缓冲区内，返回地址和第2关一样。接下来要恢复ebp的值，需要得到ebp旧值。使用gdb调试，在getbuf函数第一行push ebp 的地址处设置断点。
然后使用x/p命令查看ebp的值，由图可知ebp的值为0x55683270，用原来的值覆盖被修改后的值，即无感攻击。
综上，构造攻击字符串进行攻击，成功！
Level 4
任务是栈帧地址变化时的有效攻击。这一关难度比前面都大，但也是承接上一关的，构造攻击字符串使getbufn函数，返回cookie值至testn函数，而不是返回值1，需要将cookie值设为函数返回值，复原被破坏的栈帧结构，并正确地返回到testn函数。但这一关与之前最大的不同在于地址空间随机化，每次攻击，被攻击函数的栈帧内存地址都不同，也就是函数的栈帧位置每次运行时都不一样，不能准确地跳转到栈空间的某个特定地址。因此，要想办法保证每次都能够正确复原原栈帧被破坏的状态，使程序每次都能够正确返回。
进入这一关需要加入-n选项，调用的函数是testn和getbufn，而不是前面的test和getbuf。这道题有5个test case，需要全部通过才算成功。
以下为testn的汇编代码：
虽然ebp是随机的，但是ebp和esp的相对位置是绝对的，根据527行可知ebp = esp + 0x14 + 4 = esp + 0x18。530行调用getbufn函数，返回后要从0x8048dd9这个地址开始执行，需要将这个地址压栈，并设置cookie给eax。
编写恶意代码：
将这些指令反汇编成机器码：
以下为getbufn函数汇编代码：
根据803行可知一共要填入0x208+4+4=0x210（528）字节。因为是随机跳转，所以把恶意代码放在最后，并把前面的全部空间都填上nop（0x90），使用nop进行滑行。nop不会执行任何操作，只有PC加一，机器码为0x90。不管程序跳转到哪个nop，最后都会执行到自己编写的恶意代码处。接下来需要寻找要跳转的地址，因为是随机化，所以buf首地址不确定。
使用用gdb调试，使用b命令在0x8049165地址处设置断点，查看eax的值。每执行一次，都要用c命令继续，然后执行下一次。重复五次，需要注意的是，需要在用r命令时使用-nu加uid。
根据调试的结果得到5个buf的起始地址：0x55683048、 0x55682ff8、0x55682fe8、0x55682fe8、0x55683038。取最大的地址0x0x55683048作为返回地址，这样就能滑行到恶意代码处，然后执行恶意代码。
综上编写恶意代码：
保存这段代码到.txt文件中，然后执行./hex2raw，注意需要添加-n选项，成功！
五个关卡的完整截图如下：
完结撒花~~~
实验总结
通过这次实验，学习到了缓冲区溢出的原理和机制，加深了对函数调用规则的理解，也加深了对栈帧结构的理解。课本上大致描述了栈保护机制，通过模拟缓冲区溢出攻击，了解了栈保护机制，也加深了对课本理论知识的理解。把理论付诸实践，提高了自己的动手能力。通过对这些原理的学习，也提醒我以后在自己编写代码的过程中，要避免写出类似的危险代码，避免不必要的损失。同时，我还学习到了程序运行时操作，了解了这种形式的安全性弱点的性质，以后编写代码时也要多加小心。这次实验比上次实验要偏应用一些，第四关很难，所以做了很长时间，但是也学到了很多。
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