ROP - Return Oriented Programing
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Programação Orientada a Retorno (ROP) é uma técnica avançada de exploração usada para contornar medidas de segurança como No-Execute (NX) ou Data Execution Prevention (DEP). Em vez de injetar e executar shellcode, um atacante aproveita pedaços de código já presentes no binário ou em bibliotecas carregadas, conhecidos como "gadgets". Cada gadget normalmente termina com uma instrução ret e realiza uma pequena operação, como mover dados entre registradores ou realizar operações aritméticas. Ao encadear esses gadgets, um atacante pode construir um payload para realizar operações arbitrárias, contornando efetivamente as proteções NX/DEP.
Sequestro de Fluxo de Controle: Primeiro, um atacante precisa sequestrar o fluxo de controle de um programa, tipicamente explorando um buffer overflow para sobrescrever um endereço de retorno salvo na pilha.
Encadeamento de Gadgets: O atacante então seleciona e encadeia cuidadosamente gadgets para realizar as ações desejadas. Isso pode envolver configurar argumentos para uma chamada de função, chamar a função (por exemplo, system("/bin/sh")), e lidar com qualquer limpeza ou operações adicionais necessárias.
Execução do Payload: Quando a função vulnerável retorna, em vez de retornar a um local legítimo, ela começa a executar a cadeia de gadgets.
Normalmente, gadgets podem ser encontrados usando ROPgadget, ropper ou diretamente do pwntools (ROP).
cdecl: O chamador limpa a pilha. Os argumentos da função são empilhados na pilha em ordem reversa (da direita para a esquerda). Os argumentos são empilhados da direita para a esquerda.
stdcall: Semelhante ao cdecl, mas o chamado é responsável por limpar a pilha.
Primeiro, vamos supor que identificamos os gadgets necessários dentro do binário ou suas bibliotecas carregadas. Os gadgets que nos interessam são:
pop eax; ret: Este gadget retira o valor do topo da pilha para o registrador EAX e então retorna, permitindo-nos controlar EAX.
pop ebx; ret: Semelhante ao acima, mas para o registrador EBX, permitindo controle sobre EBX.
mov [ebx], eax; ret: Move o valor em EAX para o local de memória apontado por EBX e então retorna. Isso é frequentemente chamado de gadget write-what-where.
Além disso, temos o endereço da função system() disponível.
Usando pwntools, preparamos a pilha para a execução da cadeia ROP da seguinte forma, visando executar system('/bin/sh'), note como a cadeia começa com:
Uma instrução ret para fins de alinhamento (opcional)
Endereço da função system (supondo ASLR desativado e libc conhecido, mais informações em Ret2lib)
Placeholder para o endereço de retorno da system()
Endereço da string "/bin/sh" (parâmetro para a função system)
Usa a convenção de chamada System V AMD64 ABI em sistemas Unix-like, onde os seis primeiros argumentos inteiros ou ponteiros são passados nos registradores RDI, RSI, RDX, RCX, R8 e R9. Argumentos adicionais são passados na pilha. O valor de retorno é colocado em RAX.
A convenção de chamada Windows x64 usa RCX, RDX, R8 e R9 para os quatro primeiros argumentos inteiros ou ponteiros, com argumentos adicionais passados na pilha. O valor de retorno é colocado em RAX.
Registradores: registradores de 64 bits incluem RAX, RBX, RCX, RDX, RSI, RDI, RBP, RSP e R8 a R15.
Para nosso propósito, vamos nos concentrar em gadgets que nos permitirão definir o registrador RDI (para passar a string "/bin/sh" como um argumento para system()) e então chamar a função system(). Vamos assumir que identificamos os seguintes gadgets:
pop rdi; ret: Retira o valor do topo da pilha para RDI e então retorna. Essencial para definir nosso argumento para system().
ret: Um retorno simples, útil para alinhamento da pilha em alguns cenários.
E sabemos o endereço da função system().
Abaixo está um exemplo usando pwntools para configurar e executar uma cadeia ROP visando executar system('/bin/sh') em x64:
Neste exemplo:
Utilizamos o gadget pop rdi; ret para definir RDI como o endereço de "/bin/sh".
Pulamos diretamente para system() após definir RDI, com o endereço de system() na cadeia.
ret_gadget é usado para alinhamento se o ambiente alvo exigir, o que é mais comum em x64 para garantir o alinhamento adequado da pilha antes de chamar funções.
O ABI x86-64 garante que a pilha esteja alinhada em 16 bytes quando uma instrução de chamada é executada. LIBC, para otimizar o desempenho, usa instruções SSE (como movaps) que requerem esse alinhamento. Se a pilha não estiver alinhada corretamente (significando que RSP não é um múltiplo de 16), chamadas para funções como system falharão em uma cadeia ROP. Para corrigir isso, basta adicionar um ret gadget antes de chamar system em sua cadeia ROP.
Como x64 usa registradores para os primeiros argumentos, geralmente requer menos gadgets do que x86 para chamadas de função simples, mas encontrar e encadear os gadgets certos pode ser mais complexo devido ao aumento do número de registradores e ao maior espaço de endereçamento. O aumento do número de registradores e o maior espaço de endereçamento na arquitetura x64 oferecem tanto oportunidades quanto desafios para o desenvolvimento de exploits, especialmente no contexto da Programação Orientada a Retorno (ROP).
Verifique a página a seguir para essas informações:
Stack Canaries: Em caso de um BOF, é necessário contornar os canários da pilha para sobrescrever ponteiros de retorno e abusar de uma cadeia ROP.
Falta de Gadgets: Se não houver gadgets suficientes, não será possível gerar uma cadeia ROP.
Observe que ROP é apenas uma técnica para executar código arbitrário. Com base em ROP, muitas técnicas Ret2XXX foram desenvolvidas:
Ret2lib: Usa ROP para chamar funções arbitrárias de uma biblioteca carregada com parâmetros arbitrários (geralmente algo como system('/bin/sh').
Ret2Syscall: Usa ROP para preparar uma chamada a uma syscall, por exemplo, execve, e fazer com que execute comandos arbitrários.
EBP2Ret & EBP Chaining: O primeiro abusará do EBP em vez do EIP para controlar o fluxo e o segundo é semelhante ao Ret2lib, mas neste caso o fluxo é controlado principalmente com endereços EBP (embora também seja necessário controlar o EIP).
64 bits, Pie e nx habilitados, sem canário, sobrescrever RIP com um endereço vsyscall com o único propósito de retornar ao próximo endereço na pilha, que será uma sobrescrição parcial do endereço para obter a parte da função que vaza a flag.
arm64, sem ASLR, gadget ROP para tornar a pilha executável e pular para o shellcode na pilha.
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