Android 渗透测试学习手册(八)ARM 利用

Aditya Gupta 2017-03-03 22:39:35

本文来源:看雪学院  编译作者:飞龙使者   出自:Learning Pentesting for Android Devices  网络攻防小组Kong.整理发布

在本章中,我们将了解 ARM 处理器的基础知识,和 ARM 世界中存在的不同类型的漏洞。 我们甚至会继续利用这些漏洞,以便对整个场景有个清晰地了解。 此外,我们将研究不同的 Android root 攻击和它们在漏洞利用中的基本漏洞。 考虑到目前大多数 Android 智能手机都使用基于 ARM 的处理器,对于渗透测试人员来说,了解 ARM 及其附带的安全风险至关重要。

8.1 ARM 架 构 导 论

ARM 是基于精简指令集(RISC)的架构,这意味着其指令比基于复杂指令集(CISC)的机器少得多。 ARM 处理器几乎遍布我们周围的所有设备,如智能手机,电视,电子书阅读器和更多的嵌入式设备。

ARM 总共有 16 个可见的通用寄存器,为 R0-R15。 在这 16 个中,有 5 个用于特殊目的。 以下是这五个寄存器及其名称:

R11: 帧指针 (FP)

R12: 过程内寄存器 (IP)

R13: 栈指针 (SP)

R14: 链接寄存器 (LR)

R15: 程序计数器 (PC)

下面的图展示了 ARM 架构:

在五个里面,我们会特别专注于这三个,它们是:

堆栈指针(SP):这是保存指向堆栈顶部的指针的寄存器

链接寄存器(LR):当程序进入子过程时存储返回地址

程序计数器(PC):存储要执行的下一条指令

注意

这里要注意的一点是,PC 将总是指向要执行的指令,而不是简单地指向下一条指令。 这是由于被称为流水线的概念,指令按照以下顺序操作:提取,解码和执行。 为了控制程序流,我们需要控制 PC 或 LR 中的值(后者最终引导我们控制 PC)。

执 行 模 式

ARM 有两种不同的执行模式:

ARM 模式:在 ARM 模式下,所有指令的大小为 32 位

Thumb 模式:在 Thumb 模式下,指令大部分为 16 位

执行模式由 CPSR 寄存器中的状态决定。 还存在第三模式,即 Thumb-2 模式,它仅仅是 ARM 模式和 Thumb 模式的混合。 我们在本章不会深入了解 ARM 和 Thumb 模式之间的区别,因为它超出了本书的范围。

8.2 建 立 环 境

在开始利用 ARM 平台的漏洞之前,建议你建立环境。 即使 Android SDK 中的模拟器可以通过模拟 ARM 平台来运行,大多数智能手机也是基于 ARM 的,我们将通过配置 QEMU(它是一个开源硬件虚拟机和模拟器)开始 ARM 漏洞利用。

为了在 Android 模拟器/设备上执行以下所有步骤,我们需要下载 Android NDK 并使用 Android NDK 中提供的工具为 Android 平台编译我们的二进制文件。 但是,如果你使用 Mac 环境,安装 QEMU 相对容易,可以通过键入 brew install qemu 来完成。 现在让我们在 Ubuntu 系统上配置 QEMU。 遵循以下步骤:

第一步是通过安装依赖来下载并安装 QEMU,如图所示:

<p style="line-height: 1.75em; margin-top: 25px; margin-bottom: 25px;"><code class="hljs avrasm has-numbering"><span style="font-size: 12px;">sudo apt-get build-dep qemu
wget http://wiki.qemu-project.org/download/qemu-<br>1.7.0.tar.bz2</span></code></p>

接下来,我们只需要配置 QEMU,指定目标为 ARM,最后充分利用它。 因此,我们将简单地解压缩归档文件,访问该目录并执行以下命令:

<p style="line-height: 1.75em; margin-top: 25px; margin-bottom: 25px;"><code class="hljs lasso has-numbering"><span style="font-size: 12px;">./configure --target-list=arm-softmmu<br>make && make install</span></code></p>

一旦 QEMU 成功安装,我们可以下载 ARM 平台的 Debian 镜像来进行利用练习。 所需下载列表位于 http://people.debian.org/~aurel32/qemu/armel/。

这里我们将下载格式为 qcow2 的磁盘映像,它是基于 QEMU 的操作系统映像格式,也就是我们的操作系统为 debian_squeeze_armel_standard.qcow2。 内核文件应该是 vmlinuz-2.6.32-5-versatile,RAM 磁盘文件应该是 initrd.img-2.6.32-versatile。 一旦我们下载了所有必要的文件,我们可以通过执行以下命令来启动 QEMU 实例:

qemu-system-arm -M versatilepb -kernel vmlinuz-2.6.32-5-
versatile -initrd initrd.img-2.6.32-5-versatile -hda 
debian_squeeze_armel_standard.qcow2 -append 
"root=/dev/sda1" --redir tcp:2222::22

redir 命令只是在登录远程系统时使用端口 2222 启用 ssh。 
一旦配置完成,我们可以使用以下命令登录到 Debian 的 QEMU 实例:

ssh root@[ip address of Qemu] -p 2222

登录时会要求输入用户名和密码,默认凭据是 root:root。一旦我们成功登录,我们将看到类似如下所示的屏幕截图:

8.3 基 于 栈 的 简 单 缓 冲 区 溢 出

简单来说,缓冲区是存储任何类型的数据的地方。 当缓冲区中的数据超过缓冲区本身的大小时,会发生溢出。 然后攻击者可以执行溢出攻击,来获得对程序的控制和执行恶意载荷。

让我们使用一个简单程序的例子,看看我们如何利用它。 在下面的截图中,我们有一个简单的程序,有三个函数:weak,ShouldNotBeCalled 和 main。 以下是我们试图利用的程序:

在整个程序运行期间,从不调用 ShouldNotBeCalled 函数。

漏洞函数简单地将参数复制到名为 buff 的缓冲区,大小为 10 字节。

一旦我们完成程序编写,我们可以使用 gcc 编译它,如下一个命令所示。 此外,我们将在这里禁用地址空间布局随机化(ASLR),只是为了使场景稍微简单一些。 ASLR 是由 OS 实现的安全技术,来防止攻击者有效地确定载荷的地址并执行恶意指令。 在 Android 中,ASLR 的实现始于 4.0。 你可以访问http://www.duosecurity.com/blog/exploit-mitigations-in-android-jelly-bean-4-1 了解所有 Android 安全实施。

echo 0 > /proc/sys/kernel/randomize_va_space
gcc -g buffer_overflow.c -o buffer_overflow

接下来,我们可以简单将二进制文件加载到 GNU 调试器,简称 GDB,然后开始调试它,如下面的命令所示:

gdb -q buffer_overflow

现在我们可以使用 disass 命令来反汇编特定的函数,这里是 ShouldNotBeCalled,如下面的截图所示:

正如我们在上面的截图中可以看到的,ShouldNotBeCalled 函数从内存地址0x00008408 开始。 如果我们查看 main 函数的反汇编,我们看到漏洞函数在0x000084a4 被调用并在 0x000084a8 返回。 因此,由于程序进入漏洞函数并使用易受攻击的 strcpy,函数不检查要复制的字符串的大小,并且如果我们能够在程序进入漏洞函数时控制子过程的 LR ,我们就能够控制整个程序流程。

这里的目标是估计何时 LR 被覆盖,然后放入 ShouldNotBeCalled 的地址,以便调用 ShouldNotBeCalled 函数。 让我们开始使用一个长参数运行程序,如下面的命令所示,看看会发生什么。 在此之前,我们还需要在漏洞函数和 strcpy 调用的地址设置断点。

b vulnerable 
b *

一旦我们设置了断点,我们可以使用参数 AAAABBBBCCCC 来运行我们的程序,看看它是如何被覆盖的。 我们注意到它在漏洞函数的调用处命中了第一个断点,之后在 strcpy 调用处命中了下一个断点。 一旦它到达断点,我们可以使用 x 命令分析堆栈,并指定来自 SP 的地址,如下面的截图所示:

我们可以看到,堆栈已经被我们输入的缓冲区覆盖(ASCII:41 代表 A,42 代表 B,等等)。 从上面的截图中,我们看到,我们仍然需要四个更多的字节来覆盖返回地址,在这种情况下是 0x000084a8。

所以,最后的字符串是 16 字节的垃圾,然后是 ShouldNotBeCalled 的地址,如下面的命令所示:

r `printf "AAAABBBBCCCCDDDD\x38\x84"`

我们可以在下面的截图中看到,我们已经将 IShouldNeverBeCalled 的起始地址添加到了参数中:

请注意,由于这里是小端结构,字节以相反的顺序写入。 一旦我们运行它,我们可以看到程序 ShouldNotBeCalled 函数被调用,如下面的截图所示:

8.4 返 回 导 向 编 程

在大多数情况下,我们不需要调用程序本身中存在的另一个函数。 相反,我们需要在我们的攻击向量中放置 shellcode,这将执行我们在 shellcode 中指定的任何恶意操作。 但是,在大多数基于 ARM 平台的设备中,内存中的区域是不可执行的,这会阻止我们放置并执行 shellcode。

因此,攻击者必须依赖于所谓的返回导向编程(ROP),它是来自内存不同部分的指令片段的简单链接,最终它会执行我们的 shellcode。 这些片段也称为 ROP gadget。 为了链接 ROP gadget,我们需要找到存在跳转指令的 gadget,这将允许我们跳到另一个位置。

例如,如果我们在执行程序时反汇编 seed48(),我们将注意到以下输出:

]

如果我们查看反汇编,我们将注意到它包含一个 ADD 指令,后面跟着一个 POP 和 BX 指令,这是一个完美的 ROP gadget。 这里,攻击者可能会想到,为了将其用作 ROP gadget,首先跳到控制 r4 的 POP 指令,然后将比 /bin/sh的地址小 6 的值放入 r4 中,将 ADD 指令的值放入 LR 中。 因此,当我们跳回到 ADD 也就是 R0 = R4 + 6 时,我们就拥有了 /bin/sh 的地址,然后我们可以为 R4 指定任何垃圾地址并且为 LR 指定 system() 的地址。

这意味着我们将最终跳转到使用参数 /bin/sh 的 system(),这将执行 shell。 以同样的方式,我们可以创建任何 ROP gadget,并使其执行我们所需要的任何东西。 由于 ROP 是开发中最复杂的主题之一,因此强烈建议你自己尝试,分析反汇编代码并构建漏洞。

8.5 Android root 利 用

从早期版本的 Android 开始,Android root 漏洞开始出现于每个后续版本和不同的 Android 设备制造商的版本中。 Android root 简单来说是获得对设备的访问特权,默认情况下设备制造商不会将其授予用户。 这些 root 攻击利用了 Android 系统中存在的各种漏洞。 以下是其中一些的列表,带有漏洞利用所基于的思想:

Exploid:基于 udev 中的 CVE-2009-1185 漏洞,它是 Android 负责 USB 连接的组件,它验证 Netlink 消息(一种负责将 Linux 内核与用户连接的消息)是否源自原始来源或是由攻击者伪造。因此,攻击者可以简单地从用户空间本身发送 udev 消息并提升权限。

Gingerbreak:这是另一个漏洞,基于 vold 中存在的漏洞,类似于 Exploid 中的漏洞。

RageAgainstTheCage:此漏洞利用基于 RLIMIT_NPROC,它指定在调用 setuid 函数时可为用户创建的进程的最大数目。 adb 守护程序以 root 身份启动;然后它使用 setuid() 调用来解除特权。但是,如果根据 RLIMIT_NPROC 达到了最大进程数,程序将无法调用 setuid() 来解除特权,adb 将继续以 root 身份运行。

Zimperlich:使用与 RageAgainstTheCage 的相同概念,但它依赖于 zygote 进程解除 root 权限。

KillingInTheNameOf:利用了一个称为 ashmem(共享内存管理器)接口的漏洞,该漏洞用于更改 ro.secure 的值,该值确定设备的 root 状态。

这些是一些最知名的 Android 漏洞利用,用于 root Android 设备。

总 结

在本章中,我们了解了 Android 利用和 ARM 利用的不同方式。 希望本章对于任何想要更深入地利用 ARM 的人来说,都是一个好的开始。

在下一章中,我们将了解如何编写 Android 渗透测试报告。