# WWW2Exec - atexit(), Armazenamento TLS & Outros Ponteiros Emaranhados

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## **\_\_atexit Estruturas**

> [!CAUTION]
> Hoje em dia é muito **estranho explorar isso!**

**`atexit()`** é uma função à qual **outras funções são passadas como parâmetros.** Essas **funções** serão **executadas** ao executar um **`exit()`** ou o **retorno** do **main**.\
Se você puder **modificar** o **endereço** de qualquer uma dessas **funções** para apontar para um shellcode, por exemplo, você **ganhará controle** do **processo**, mas isso é atualmente mais complicado.\
Atualmente, os **endereços das funções** a serem executadas estão **ocultos** atrás de várias estruturas e, finalmente, o endereço para o qual aponta não é o endereço das funções, mas está **criptografado com XOR** e deslocamentos com uma **chave aleatória**. Portanto, atualmente, esse vetor de ataque **não é muito útil, pelo menos em x86** e **x64_86**.\
A **função de criptografia** é **`PTR_MANGLE`**. **Outras arquiteturas** como m68k, mips32, mips64, aarch64, arm, hppa... **não implementam a função de criptografia** porque ela **retorna o mesmo** que recebeu como entrada. Portanto, essas arquiteturas seriam atacáveis por esse vetor.

Você pode encontrar uma explicação detalhada sobre como isso funciona em [https://m101.github.io/binholic/2017/05/20/notes-on-abusing-exit-handlers.html](https://m101.github.io/binholic/2017/05/20/notes-on-abusing-exit-handlers.html)

## link_map

Como explicado [**neste post**](https://github.com/nobodyisnobody/docs/blob/main/code.execution.on.last.libc/README.md#2---targetting-ldso-link_map-structure), se o programa sair usando `return` ou `exit()`, ele executará `__run_exit_handlers()` que chamará os destrutores registrados.

> [!CAUTION]
> Se o programa sair pela função **`_exit()`**, ele chamará a **`exit` syscall** e os manipuladores de saída não serão executados. Portanto, para confirmar que `__run_exit_handlers()` é executado, você pode definir um ponto de interrupção nele.

O código importante é ([source](https://elixir.bootlin.com/glibc/glibc-2.32/source/elf/dl-fini.c#L131)):
```c
ElfW(Dyn) *fini_array = map->l_info[DT_FINI_ARRAY];
if (fini_array != NULL)
{
ElfW(Addr) *array = (ElfW(Addr) *) (map->l_addr + fini_array->d_un.d_ptr);
size_t sz = (map->l_info[DT_FINI_ARRAYSZ]->d_un.d_val / sizeof (ElfW(Addr)));

while (sz-- > 0)
((fini_t) array[sz]) ();
}
[...]




// This is the d_un structure
ptype l->l_info[DT_FINI_ARRAY]->d_un
type = union {
Elf64_Xword d_val;	// address of function that will be called, we put our onegadget here
Elf64_Addr d_ptr;	// offset from l->l_addr of our structure
}
```
Note como `map -> l_addr + fini_array -> d_un.d_ptr` é usado para **calcular** a posição do **array de funções a serem chamadas**.

Existem **algumas opções**:

- Sobrescrever o valor de `map->l_addr` para fazê-lo apontar para um **falso `fini_array`** com instruções para executar código arbitrário.
- Sobrescrever as entradas `l_info[DT_FINI_ARRAY]` e `l_info[DT_FINI_ARRAYSZ]` (que são mais ou menos consecutivas na memória), para fazê-las **apontar para uma estrutura `Elf64_Dyn` forjada** que fará novamente **`array` apontar para uma zona de memória** controlada pelo atacante.
- [**Este writeup**](https://github.com/nobodyisnobody/write-ups/tree/main/DanteCTF.2023/pwn/Sentence.To.Hell) sobrescreve `l_info[DT_FINI_ARRAY]` com o endereço de uma memória controlada em `.bss` contendo um falso `fini_array`. Este array falso contém **primeiro um** [**one gadget**](../rop-return-oriented-programing/ret2lib/one-gadget.md) **endereço** que será executado e então a **diferença** entre o endereço deste **array falso** e o **valor de `map->l_addr`** para que `*array` aponte para o array falso.
- De acordo com o post principal desta técnica e [**este writeup**](https://activities.tjhsst.edu/csc/writeups/angstromctf-2021-wallstreet), ld.so deixa um ponteiro na pilha que aponta para o `link_map` binário em ld.so. Com uma escrita arbitrária, é possível sobrescrevê-lo e fazê-lo apontar para um falso `fini_array` controlado pelo atacante com o endereço de um [**one gadget**](../rop-return-oriented-programing/ret2lib/one-gadget.md), por exemplo.

Seguindo o código anterior, você pode encontrar outra seção interessante com o código:
```c
/* Next try the old-style destructor.  */
ElfW(Dyn) *fini = map->l_info[DT_FINI];
if (fini != NULL)
DL_CALL_DT_FINI (map, ((void *) map->l_addr + fini->d_un.d_ptr));
}
```
Neste caso, seria possível sobrescrever o valor de `map->l_info[DT_FINI]` apontando para uma estrutura `ElfW(Dyn)` forjada. Encontre [**mais informações aqui**](https://github.com/nobodyisnobody/docs/blob/main/code.execution.on.last.libc/README.md#2---targetting-ldso-link_map-structure).

## Sobrescrita de dtor_list de TLS-Storage em **`__run_exit_handlers`**

Como [**explicado aqui**](https://github.com/nobodyisnobody/docs/blob/main/code.execution.on.last.libc/README.md#5---code-execution-via-tls-storage-dtor_list-overwrite), se um programa sair via `return` ou `exit()`, ele executará **`__run_exit_handlers()`**, que chamará qualquer função de destrutor registrada.

Código de `_run_exit_handlers()`:
```c
/* Call all functions registered with `atexit' and `on_exit',
in the reverse of the order in which they were registered
perform stdio cleanup, and terminate program execution with STATUS.  */
void
attribute_hidden
__run_exit_handlers (int status, struct exit_function_list **listp,
bool run_list_atexit, bool run_dtors)
{
/* First, call the TLS destructors.  */
#ifndef SHARED
if (&__call_tls_dtors != NULL)
#endif
if (run_dtors)
__call_tls_dtors ();
```
Código de **`__call_tls_dtors()`**:
```c
typedef void (*dtor_func) (void *);
struct dtor_list //struct added
{
dtor_func func;
void *obj;
struct link_map *map;
struct dtor_list *next;
};

[...]
/* Call the destructors.  This is called either when a thread returns from the
initial function or when the process exits via the exit function.  */
void
__call_tls_dtors (void)
{
while (tls_dtor_list)		// parse the dtor_list chained structures
{
struct dtor_list *cur = tls_dtor_list;		// cur point to tls-storage dtor_list
dtor_func func = cur->func;
PTR_DEMANGLE (func);						// demangle the function ptr

tls_dtor_list = tls_dtor_list->next;		// next dtor_list structure
func (cur->obj);
[...]
}
}
```
Para cada função registrada em **`tls_dtor_list`**, ele irá desmanglar o ponteiro de **`cur->func`** e chamá-lo com o argumento **`cur->obj`**.

Usando a função **`tls`** deste [**fork do GEF**](https://github.com/bata24/gef), é possível ver que na verdade o **`dtor_list`** está muito **perto** do **stack canary** e do **PTR_MANGLE cookie**. Assim, com um overflow nele, seria possível **sobrescrever** o **cookie** e o **stack canary**.\
Sobrescrevendo o PTR_MANGLE cookie, seria possível **burlar a função `PTR_DEMANLE`** configurando-o para 0x00, o que significa que o **`xor`** usado para obter o endereço real é apenas o endereço configurado. Então, ao escrever no **`dtor_list`**, é possível **encadear várias funções** com o **endereço** da função e seu **argumento**.

Finalmente, note que o ponteiro armazenado não será apenas xored com o cookie, mas também rotacionado 17 bits:
```armasm
0x00007fc390444dd4 <+36>:	mov    rax,QWORD PTR [rbx]      --> mangled ptr
0x00007fc390444dd7 <+39>:	ror    rax,0x11		        --> rotate of 17 bits
0x00007fc390444ddb <+43>:	xor    rax,QWORD PTR fs:0x30	--> xor with PTR_MANGLE
```
Então você precisa levar isso em consideração antes de adicionar um novo endereço.

Encontre um exemplo na [**postagem original**](https://github.com/nobodyisnobody/docs/blob/main/code.execution.on.last.libc/README.md#5---code-execution-via-tls-storage-dtor_list-overwrite).

## Outros ponteiros corrompidos em **`__run_exit_handlers`**

Esta técnica é [**explicada aqui**](https://github.com/nobodyisnobody/docs/blob/main/code.execution.on.last.libc/README.md#5---code-execution-via-tls-storage-dtor_list-overwrite) e depende novamente do programa **sair chamando `return` ou `exit()`** para que **`__run_exit_handlers()`** seja chamado.

Vamos verificar mais código desta função:
```c
while (true)
{
struct exit_function_list *cur;

restart:
cur = *listp;

if (cur == NULL)
{
/* Exit processing complete.  We will not allow any more
atexit/on_exit registrations.  */
__exit_funcs_done = true;
break;
}

while (cur->idx > 0)
{
struct exit_function *const f = &cur->fns[--cur->idx];
const uint64_t new_exitfn_called = __new_exitfn_called;

switch (f->flavor)
{
void (*atfct) (void);
void (*onfct) (int status, void *arg);
void (*cxafct) (void *arg, int status);
void *arg;

case ef_free:
case ef_us:
break;
case ef_on:
onfct = f->func.on.fn;
arg = f->func.on.arg;
PTR_DEMANGLE (onfct);

/* Unlock the list while we call a foreign function.  */
__libc_lock_unlock (__exit_funcs_lock);
onfct (status, arg);
__libc_lock_lock (__exit_funcs_lock);
break;
case ef_at:
atfct = f->func.at;
PTR_DEMANGLE (atfct);

/* Unlock the list while we call a foreign function.  */
__libc_lock_unlock (__exit_funcs_lock);
atfct ();
__libc_lock_lock (__exit_funcs_lock);
break;
case ef_cxa:
/* To avoid dlclose/exit race calling cxafct twice (BZ 22180),
we must mark this function as ef_free.  */
f->flavor = ef_free;
cxafct = f->func.cxa.fn;
arg = f->func.cxa.arg;
PTR_DEMANGLE (cxafct);

/* Unlock the list while we call a foreign function.  */
__libc_lock_unlock (__exit_funcs_lock);
cxafct (arg, status);
__libc_lock_lock (__exit_funcs_lock);
break;
}

if (__glibc_unlikely (new_exitfn_called != __new_exitfn_called))
/* The last exit function, or another thread, has registered
more exit functions.  Start the loop over.  */
goto restart;
}

*listp = cur->next;
if (*listp != NULL)
/* Don't free the last element in the chain, this is the statically
allocate element.  */
free (cur);
}

__libc_lock_unlock (__exit_funcs_lock);
```
A variável `f` aponta para a estrutura **`initial`** e, dependendo do valor de `f->flavor`, diferentes funções serão chamadas.\
Dependendo do valor, o endereço da função a ser chamada estará em um lugar diferente, mas sempre estará **demangled**.

Além disso, nas opções **`ef_on`** e **`ef_cxa`**, também é possível controlar um **argumento**.

É possível verificar a **estrutura `initial`** em uma sessão de depuração com o GEF executando **`gef> p initial`**.

Para abusar disso, você precisa **vazar ou apagar o `PTR_MANGLE`cookie** e então sobrescrever uma entrada `cxa` em initial com `system('/bin/sh')`.\
Você pode encontrar um exemplo disso no [**post original do blog sobre a técnica**](https://github.com/nobodyisnobody/docs/blob/main/code.execution.on.last.libc/README.md#6---code-execution-via-other-mangled-pointers-in-initial-structure).

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