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基于函数调用栈的 rootkit

 3 years ago
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基于函数调用栈的 rootkit

Wed, Aug 12, 2009 • Computer System

这篇题目为Return-Oriented Rootkits: Bypassing Kernel Code Integrity Protection Mechanisms的论文发在了今年的Usenix Security上，现在在Usenix网站上还不能下到这篇paper的pdf，可以去作者的主页上下。

现在有不少用来防止栈溢出攻击的技术，比如操作系统保证任何一个页不能同时为可写且可读（WinXP SP2、Win 2003、Exec Shield for Linux等都采用了这个策略），这个方法实现起来比较简单，但只能防范部分形式的攻击，如果攻击者事先准备一张含有恶意代码的用户态的只读页，然后跳转到这个页，就能绕开这种保护措施了；另外也有人提出在操作系统的下面再加一层虚拟层，让它来保证上层系统没有因为各种buffer overflow而执行恶意代码（NICKLE）。

而这里提到的return-oriented的攻击方法不同于传统的攻击机制，它所采用的攻击代码都是内核自身的代码，因此能绕过前面提到的各种保护手段。

所谓return-oriented programming，简单的说就是把原来已经存在的代码块拼接起来，拼接的方式是通过一个预先准备好的特殊的返回栈，里面包含了各条指令结束后下一条指令的地址。

例如现在函数A里面有这么一段指令 instruction A ret

函数B里面有另外一段： instruction B ret

它们在正常的运行情况下没有任何关系，但是我发现如果把A和B拼起来就能达到我想要的结果，于是我构造了一个包含有A和B的地址的栈，先通过ret指令返回到instruction A处，之后再执行ret指令时，由于栈是精心构造的，因此接下来会执行到instruction B，这样就得到我想要的结果了。只要这个ret前的指令库足够大，就能实现几乎所有的程序。

这种攻击方式并非这篇paper的首创，最早是由Shacham提出的（http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.140.9210，http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.78.7135）

这篇paper的一大贡献在于实现了一个自动从libc和驱动、内核等代码中找到可用的指令，并拼接成所需程序的系统，这里面包括一个扫描可利用代码、并把它们结合起来的Constructor，一套专用的语言，以及把这套语言编译成对应代码片段之和的编译器，最后还有一个计算实际代码地址的Loader。

这套攻击机制在WinXP SP2/Sp3, Vista SP1等系统上都获得了成功，尽管查找代码并生成这个过程的overhead很大，但对于一次成功的rootkit攻击来说影响并不大。


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