Linux下的栈溢出案例分析-GDB调试操练

标签：gdb   调试   栈溢出   汇编   

摘要：
 本文主要演示linux平台下的栈溢出，首先根据理论对示例代码进行溢出攻击；结果是溢出攻击成立，但是与设想的有差别；然后采用GDB调试工具对发生的意外，进行深入的分析。

测试的平台：
1.  ubuntu 9;   gcc 4.4.1;   Gdb 7.0-ubuntu
2.  ubuntu系统安装在virtual box 3.2.8虚拟机上；

示例代码如下：

#include<string.h>
void overflow(char* arg)
{
	char buf[12];
	strcpy(buf, arg);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	if(argc > 1)
		overflow(argv[1]);
	return 0;
}

如果按照一般的方式编译：
gcc –o stackoverflow stackoverflow.c
linux系统能够探测到程序中的stack  overflow，从而终止程序，如下图所示：

那有没有办法让系统不探测到stack overflow，此处可以在编译时，禁用堆栈保护，具体命令如下：
gcc –fno-stack-protector –o stackoverflow stackoverflow.c
然后采用gdb调试stackoverflow，

这里的输出跟设想的存在很大的差别，因为设想中的函数栈如下：

前面的12个字节填充buf，然后接下来的4个字节填充ebp，最后的4个字节填充RET地址，那么照理说，这里的eip应该是0x65656565，那为什么此处是0x61616161，刚好是aaaa的值呢？

根据单步调试的结果，发现eip变为0x61616161是在main函数退出后达到的，按照设想应该是在overflow退出时，eip变为0x65656565。

为什么overflow退出后还能回到main函数？可能的原因：输入的字符串没有覆盖掉ret地址，但是字符串却意外地将main的返回地址给覆盖掉了？

但就算是覆盖，为什么覆盖的值没有采用e的值，而是采用的a的值？要知道a是在字符串的起始处？这点的确让人奇怪。

1. 我们还是采用一步步调试的方式来观察问题所在，先看下gcc编译后的反汇编代码：
使用到的命令:
set disassembly-flavor intel  //将汇编设定为intel风格；
disassemble main  //反汇编main函数；

Main函数：

1. push ebp
2. mvo ebp, esp
3. and esp, 0xfffffff0
4. sub esp, 0x10
5. cmp DWORD PTR [ebp+0x8], 0x1
6. jle  0x804841d <main+31>
7. mov eax, DWORD PTR [ebp+0xc]
8. add eax, 0x4
9. mov eax, DWORD PTR [eax]
10. mov DWORD PTR [esp], eax
11. call 0x80483e4 <overflow>
12. mov eax, 0x0
13. leave
14. ret

然后再来看下，overflow的反汇编代码，命令：disassemble overflow
Overflow函数：

1. push ebp
2. mov ebp, esp
3. sub esp, 0x28
4. mov  eax, DWORD PTR[ebp+0x8]
5. mov  DWORD PTR[esp+0x4], eax
6. lea  eax, [ebp-0x14]
7. mov  DWORD  PTR [esp], eax
8. call  0x804831c <strcpy@plt>
9. leave
10. ret

我们单步调试上述的指令，关注其中esp值的变化。总图如下，后面是对其中每一步的分析：

在完成main.1后，命令p $esp后，esp的值变为：Esp = 0xbffff438
Main.3后，esp的值变为0xbffff430，估计是用于对齐；
Main.4后，esp的值为0xbffff420；
Main.7-10，这里主要将argv[]的arg[1]字符串的首地址取出来，并且将其放置在esp中，此时esp的值为0xbffff420；

执行overflow.1后，esp的值变为：0xbffff41c，其中存放着main的下一条语句的地址，
通过命令：x $esp可以看到overflow返回的地址：
0xbffff41c   0x0804841d
Overflow.1执行后，esp的值变为0xbffff418，用于存放ebp的值；
Overflow.3执行后，esp的值变为0xbffff3f0，
Overflow.5-7执行后，将字符串的地址放置在3f0+0x4地址处，然后再将临时字符串也即buf的首地址[ebp-0x14]放置在3f0地址处(当前的esp指向处)；

执行完overflow.8后，我们查看buf起始处后，发现的确完成了内容的赋值，命令如下：
X 地址；

执行完leave指令后，发现esp的值变为：0xbffff41c，刚好指向的返回main的地址；然后再执行ret指令后，发现esp变为0xbffff420；然后，程序跳回到main函数；

然后再执行main函数中的leave指令，按照设想中leave指令执行后，esp的值应该变为43c，指向main的返回地址；但是实际我们执行后，esp的值变为0xbffff404，其中的内容刚好是0x61616161，也就是aaaa的值；这里我们测试时使用的参数的头四个字符刚好是aaaa；

到这里为止，就明白整个问题的症结：
 Main函数中调用leave指令时，esp的值并没有调整到位。本来应该指向43c(前面的地址忽略)的，此处却指向的404？
 那么为什么会产生这样的状况？照理说这是编译器该干的事，为什么此处编译器没有尽责呢？

奇怪的是：
 不发生栈溢出时，也即我们输入的字符串长度不超过12时，main中的leave指令执行后，程序可以正常的返回到43c的位置，顺利退出；
 那这里的问题就很奇怪了：栈溢出是发生在overflow中，程序可以从overflow中顺利返回到main中，然后main的leave指令就不正常了；如果overflow中没有栈溢出，程序也顺利返回到main函数，然后main的leave指令可以正常工作。

上述的问题的症结在于搞清楚leave指令本身；猜想其可能会依赖某些寄存器，或者依赖特定的存储单元来达到恢复目的。

首先看看能不能stepi进入leave；答案是leave是单条指令，不是一个处理函数；
所以我们试试能不能从寄存器上发现点什么，发现其实对照vistual studio中的操作，
Leave指令应该等效为：
 Mov  esp, ebp
 Pop  ebp

之前关注的都是esp，那按照上面的等效的话，接下来应该关注ebp寄存器的变化。所以，接下来要做的1. 首先验证上述的的等效成立，2. 要盯着ebp在执行过程中的变化。

对于问题1的验证，我们偷个懒，直接baidu之，发现的确符合我们的猜想，leave指令主要就是恢复esp和ebp之前的存储值。（后面顺带地测试了下，的确也主要做了对应的操作。）

如此我们就回到问题2，主要查看进入overflow和退出overflow时，以及进入main和退出main时，寄存器ebp值的变化。

会溢出的版本下，我们查看call strcpy前和后的ebp的值，如下图所示，我们发现调用strcpy函数的前与后过程中，ebp的值都是418（省略前面的），也就是说，调用strcpy函数过程前后ebp的值是正常的。

那么后续的执行leave指令，按照正常的版本（经过正常版本的验证），那么esp = 418，然后再经过pop ebp后，esp的值变为41c；而ebp的值应该恢复为438；

实际的执行后，esp如预期的发生变化，但是其中ebp的值却没有按照预想中的变化；那么问题只可能出在pop ebp这个语句，也只有一个原因：就是ebp存储的栈中的地址的内容被修改了，也就意味着418地址处的值在函数调用过程中被修改为400，原来应该是438。

那可能出现这种情况的也只有在overflow函数调用中，可能发生这样的情况。根据上述的分析，那我们在栈溢出版本中，在strcpy调用前后查看418处的值，即可证明这点。果然下面的图示正好说明该问题：

执行完strcpy函数后，看倒数最后一行，0xbffff418处的内容被修改为0xbffff400；作为对比，我们来看看非溢出版本的情况：

可以发现最后一行的ebp值没有被修改，因此，不会发生错误。

现在可以确定：ebp的值在溢出的strcpy调用中被修改了，从而导致主函数退出时的问题。那下面的问题是：strcpy是怎么样修改ebp值的？这个问题的解答要深入到strcpy的汇编代码里面，才能得到答案，本文不作探讨，有兴趣的可以再深入研究。

结论与启发：
1. 虽然函数是否可以顺利返回取决于栈上的返回地址，但是此例也让我们看到通过间接地修改ebp的值，也可以达到控制返回地址的目的；只不过这里的修改ebp值不会影响到当前函数的返回，但会影响上一级函数的返回；

2. 虽然对linux下的汇编不熟，但是借鉴visual studio下的代码的熟悉，还是容易读通linux下的汇编的；由此，可以体会的借鉴的价值，而借鉴的前提在于对某些技术的深入；

3. 找问题过程中，采用了对比的手法，比如对比BSD下的上述代码版本，可以按照设想的执行；让我确认上述代码的确存在问题；由此，可以体会对比的价值；

Linux下的栈溢出案例分析-GDB调试操练

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原文地址：http://blog.csdn.net/bigbug_zju/article/details/39892129