4.12 利用 __stack_chk_fail
回顾 canary
在章节 4.4 中我们已经知道了有一种叫做 canary 的漏洞缓解机制，用来判断是否发生了栈溢出。
这一节我们来看一下，在开启了 canary 的程序上，怎样利用 __stack_chk_fail 泄漏信息。
一个例子：
#include <stdio.h>
void main(int argc, char **argv) {
printf("argv[0]: %s\n", argv[0]);
char buf[10];
scanf("%s", buf);
// argv[0] = "Hello World!";
}
我们先注释掉最后一行：
$ gcc chk_fail.c
$ python -c 'print "A"*50' | ./a.out
argv[0]: ./a.out
*** stack smashing detected ***: ./a.out terminated
Aborted (core dumped)
可以看到默认情况下 argv[0] 是指向程序路径及名称的指针，然后错误信息中打印出了这个字符串。
然后解掉注释再来看一看：
$ python -c 'print "A"*50' | ./a.out
argv[0]: ./a.out
*** stack smashing detected ***: Hello World! terminated
Aborted (core dumped)
由于程序中我们修改 argv[0]，此时错误信息就打印出了 Hello World!。是不是很神奇。
main 函数的反汇编结果如下：
gef➤ disassemble main
Dump of assembler code for function main:
0x00000000004005f6 <+0>: push rbp
0x00000000004005f7 <+1>: mov rbp,rsp
=> 0x00000000004005fa <+4>: sub rsp,0x30
0x00000000004005fe <+8>: mov DWORD PTR [rbp-0x24],edi
0x0000000000400601 <+11>: mov QWORD PTR [rbp-0x30],rsi
0x0000000000400605 <+15>: mov rax,QWORD PTR fs:0x28
0x000000000040060e <+24>: mov QWORD PTR [rbp-0x8],rax
0x0000000000400612 <+28>: xor eax,eax
0x0000000000400614 <+30>: mov rax,QWORD PTR [rbp-0x30]
0x0000000000400618 <+34>: mov rax,QWORD PTR [rax]
0x000000000040061b <+37>: mov rsi,rax
0x000000000040061e <+40>: mov edi,0x4006f4
0x0000000000400623 <+45>: mov eax,0x0
0x0000000000400628 <+50>: call 0x4004c0 <printf@plt>
0x000000000040062d <+55>: lea rax,[rbp-0x20]
0x0000000000400631 <+59>: mov rsi,rax
0x0000000000400634 <+62>: mov edi,0x400701
0x0000000000400639 <+67>: mov eax,0x0
0x000000000040063e <+72>: call 0x4004e0 <__isoc99_scanf@plt>
0x0000000000400643 <+77>: mov rax,QWORD PTR [rbp-0x30]
0x0000000000400647 <+81>: mov QWORD PTR [rax],0x400704
0x000000000040064e <+88>: nop
0x000000000040064f <+89>: mov rax,QWORD PTR [rbp-0x8]
0x0000000000400653 <+93>: xor rax,QWORD PTR fs:0x28 # 检查 canary 是否相同
0x000000000040065c <+102>: je 0x400663 <main+109> # 相同
0x000000000040065e <+104>: call 0x4004b0 <__stack_chk_fail@plt> # 不相同
0x0000000000400663 <+109>: leave
0x0000000000400664 <+110>: ret
End of assembler dump.
所以当 canary 检查失败的时候，即产生栈溢出，覆盖掉了原来的 canary 的时候，函数不能正常返回，而是执行 __stack_chk_fail() 函数，打印出 argv[0] 指向的字符串。
libc 2.23
Ubuntu 16.04 使用的是 libc-2.23，其 __stack_chk_fail() 函数如下：
// debug/stack_chk_fail.c
extern char **__libc_argv attribute_hidden;
void
__attribute__ ((noreturn))
__stack_chk_fail (void)
{
__fortify_fail ("stack smashing detected");
}
调用函数 __fortify_fail()：
// debug/fortify_fail.c
extern char **__libc_argv attribute_hidden;
void
__attribute__ ((noreturn)) internal_function
__fortify_fail (const char *msg)
{
/* The loop is added only to keep gcc happy. */
while (1)
__libc_message (2, "*** %s ***: %s terminated\n",
msg, __libc_argv[0] ?: "<unknown>");
}
libc_hidden_def (__fortify_fail)
__fortify_fail() 调用函数 __libc_message() 打印出错误信息和 argv[0]。
还有一个错误信息输出到哪儿的问题，再看一下 __libc_message()：
// sysdeps/posix/libc_fatal.c
/* Abort with an error message. */
void
__libc_message (int do_abort, const char *fmt, ...)
{
va_list ap;
int fd = -1;
va_start (ap, fmt);
#ifdef FATAL_PREPARE
FATAL_PREPARE;
#endif
/* Open a descriptor for /dev/tty unless the user explicitly
requests errors on standard error. */
const char *on_2 = __libc_secure_getenv ("LIBC_FATAL_STDERR_");
if (on_2 == NULL || *on_2 == '\0')
fd = open_not_cancel_2 (_PATH_TTY, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
if (fd == -1)
fd = STDERR_FILENO;
环境变量 LIBC_FATAL_STDERR_ 通过函数 __libc_secure_getenv 来读取，如果该变量没有被设置或者为空，即 \0 或 NULL，错误信息 stderr 会被重定向到 _PATH_TTY，该值通常是 /dev/tty，因此会直接在当前终端打印出来，而不是传到 stderr。
CTF 实例
CTF 中就有这样一种题目，需要我们把 argv[0] 覆盖为 flag 的地址，并利用 __stack_chk_fail() 把flag 给打印出来。
实例可以查看章节 6.1.13 和 6.1.14。
libc 2.25
最后我们来看一下 libc-2.25 里的 __stack_chk_fail：
extern char **__libc_argv attribute_hidden;
void
__attribute__ ((noreturn))
__stack_chk_fail (void)
{
__fortify_fail_abort (false, "stack smashing detected");
}
strong_alias (__stack_chk_fail, __stack_chk_fail_local)
它使用了新函数 __fortify_fail_abort()，这个函数是在 BZ #12189 这次提交中新增的：
extern char **__libc_argv attribute_hidden;
void
__attribute__ ((noreturn))
__fortify_fail_abort (_Bool need_backtrace, const char *msg)
{
/* The loop is added only to keep gcc happy. Don't pass down
__libc_argv[0] if we aren't doing backtrace since __libc_argv[0]
may point to the corrupted stack. */
while (1)
__libc_message (need_backtrace ? (do_abort | do_backtrace) : do_abort,
"*** %s ***: %s terminated\n",
msg,
(need_backtrace && __libc_argv[0] != NULL
? __libc_argv[0] : "<unknown>"));
}
void
__attribute__ ((noreturn))
__fortify_fail (const char *msg)
{
__fortify_fail_abort (true, msg);
}
libc_hidden_def (__fortify_fail)
libc_hidden_def (__fortify_fail_abort)
函数 __fortify_fail_abort() 在第一个参数为 false 时不再进行栈回溯，直接以打印出字符串 <unknown> 结束，也就没有办法输出 argv[0] 了。
就像下面这样：
$ python -c 'print("A"*50)' | ./a.out
argv[0]: ./a.out
*** stack smashing detected ***: <unknown> terminated
Aborted (core dumped)