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O que é um Estouro de Pilha

Um estouro de pilha é uma vulnerabilidade que ocorre quando um programa escreve mais dados na pilha do que é alocado para armazenar. Esses dados em excesso irão sobrescrever o espaço de memória adjacente, levando à corrupção de dados válidos, interrupção do fluxo de controle e potencialmente à execução de código malicioso. Esse problema frequentemente surge devido ao uso de funções inseguras que não realizam verificação de limites na entrada.

O principal problema dessa sobrescrita é que o ponteiro de instrução salvo (EIP/RIP) e o ponteiro de base salvo (EBP/RBP) para retornar à função anterior são armazenados na pilha. Portanto, um atacante poderá sobrescrevê-los e controlar o fluxo de execução do programa.

A vulnerabilidade geralmente surge porque uma função copia mais bytes para dentro da pilha do que a quantidade alocada para ela, podendo assim sobrescrever outras partes da pilha.

Algumas funções comuns vulneráveis a isso são: strcpy, strcat, sprintf, gets... Além disso, funções como fgets, read & memcpy que recebem um argumento de comprimento, podem ser usadas de forma vulnerável se o comprimento especificado for maior do que o alocado.

Por exemplo, as seguintes funções poderiam ser vulneráveis:

void vulnerable() {
char buffer[128];
printf("Enter some text: ");
gets(buffer); // This is where the vulnerability lies
printf("You entered: %s\n", buffer);
}

Encontrando os deslocamentos de Estouro de Pilha

A maneira mais comum de encontrar estouros de pilha é fornecer uma entrada muito grande de As (por exemplo, python3 -c 'print("A"*1000)') e esperar um Segmentation Fault indicando que o endereço 0x41414141 foi tentado ser acessado.

Além disso, uma vez que você descobrir que há uma vulnerabilidade de Estouro de Pilha, será necessário encontrar o deslocamento até ser possível sobrescrever o endereço de retorno, para isso geralmente é usado uma sequência de De Bruijn. Que para um dado alfabeto de tamanho k e subsequências de comprimento n é uma sequência cíclica na qual cada subsequência possível de comprimento n aparece exatamente uma vez como uma subsequência contígua.

Dessa forma, em vez de precisar descobrir manualmente qual deslocamento é necessário para controlar o EIP, é possível usar uma dessas sequências como preenchimento e depois encontrar o deslocamento dos bytes que acabaram sobrescrevendo-o.

É possível usar o pwntools para isso:

from pwn import *

# Generate a De Bruijn sequence of length 1000 with an alphabet size of 256 (byte values)
pattern = cyclic(1000)

# This is an example value that you'd have found in the EIP/IP register upon crash
eip_value = p32(0x6161616c)
offset = cyclic_find(eip_value)  # Finds the offset of the sequence in the De Bruijn pattern
print(f"The offset is: {offset}")

ou GEF:

#Patterns
pattern create 200 #Generate length 200 pattern
pattern search "avaaawaa" #Search for the offset of that substring
pattern search $rsp #Search the offset given the content of $rsp

Explorando Estouros de Pilha

Durante um estouro (supondo que o tamanho do estouro seja grande o suficiente), você será capaz de sobrescrever valores de variáveis locais dentro da pilha até atingir o EBP/RBP e EIP/RIP salvos (ou até mais). A maneira mais comum de abusar desse tipo de vulnerabilidade é modificando o endereço de retorno para que, quando a função terminar, o fluxo de controle seja redirecionado para onde o usuário especificou nesse ponteiro.

No entanto, em outros cenários, talvez apenas sobrescrever alguns valores de variáveis na pilha seja suficiente para a exploração (como em desafios CTF fáceis).

Ret2win

Nesse tipo de desafios CTF, há uma função dentro do binário que nunca é chamada e que você precisa chamar para vencer. Para esses desafios, você só precisa encontrar o deslocamento para sobrescrever o endereço de retorno e encontrar o endereço da função a ser chamada (geralmente ASLR estaria desativado) para que, quando a função vulnerável retornar, a função oculta será chamada:

pageRet2win

Shellcode na Pilha

Nesse cenário, o atacante poderia colocar um shellcode na pilha e abusar do EIP/RIP controlado para pular para o shellcode e executar código arbitrário:

pageStack Shellcode

Técnicas ROP & Ret2...

Essa técnica é o framework fundamental para contornar a principal proteção da técnica anterior: Pilha não executável (NX). E permite realizar várias outras técnicas (ret2lib, ret2syscall...) que acabarão executando comandos arbitrários abusando de instruções existentes no binário:

pageROP - Return Oriented Programing

Estouros de Heap

Um estouro nem sempre ocorrerá na pilha, também pode ocorrer no heap, por exemplo:

pageHeap Overflow

Tipos de proteções

Existem várias proteções que tentam evitar a exploração de vulnerabilidades, verifique-as em:

pageCommon Binary Exploitation Protections & Bypasses