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格式化字符串攻击原理及示例.RP
格式化字符串攻击原理及示例
一、类printf函数簇实现原理
类printf函数的最大的特点就是，在函数定义的时候无法知道函数实参的数目和类型。
对于这种情况，可以使用省略号指定参数表。
带有省略号的函数定义中，参数表分为两部分，前半部分是确定个数、确定类型的参数，第二部分就是省略号，代表数目和类型都不确定的参数表，省略号参数表中参数的个数和参数的类型是事先的约定计算出来的，每个实参的地址（指针）是根据确定参数表中最后一个实参的地址算出来的。
这里涉及到函数调用时的栈操作。函数栈的栈底是高地址，栈顶是底地址。在函数调用
时函数实参是从最后一个参数（最右边的参数）到第一个参数（最左边的参数）依次被压入栈顶方向。也就是说函数调用时，函数实参的地址是相连的，并且从左到右地址是依次增加的。如：
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 4 void fun(int a, ...) 5 { 6 int i; 7 int *temp = &a; 8 temp++; 9 for (i = 0; i < a; ++i) 10 { 11 printf("%d ",*temp); 12 temp++; 13 } 14 printf("/n"); 15 } 16 17 int main() 18 { 19 int a = 1; 20 int b = 2; 21 int c = 3; 22 int d = 4; 23 fun(4, a, b, c, d); 24 return 0; 25 }
在上面的例子中，void fun(int a, ...)函数约定第一个确定参数表示省略号参数表中参数的个数，省略号参数表中的参数全都是int 类型的，这样fun函数就可以正常工作了。
类printf函数簇的工作原理和fun函数是一样的，只不过更为复杂和精巧。
如printf的函数形式为 int printf（const char *fmt, …）。
由于printf函数实现的功能比较复杂，我们来看一个我们自己实现的myprintf函数，改函数不涉及低层系统io操作。
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 4 void myprintf(char* fmt, ...) //一个简单的类似于printf的实现，//参数必须都是int 类型 5 { 6 char* pArg=NULL; //等价于printf原始实现的va_list 7 char c; 8 pArg = (char*) &fmt; //注意不要写成p = fmt !!因为这里要对//参数取址，而不是取值 9 pArg += sizeof(fmt); //等价于原来的va_start 10 11 do 12 { 13 c =*fmt; 14 if (c != ‘%‘) 15 { 16 putchar(c); //照原样输出字符 17 } 18 else 19 { 20 //按格式字符输出数据 21 switch(*++fmt) 22 { 23 case ‘d‘: 24 printf("%d",*((int*)pArg)); 25 break; 26 case ‘x‘: 27 printf("%#x",*((int*)pArg)); 28 break; 29 default: 30 break; 31 } 32 pArg += sizeof(int); //等价于原来的va_arg 33 } 34 ++fmt; 35 }while (*fmt != ‘/0‘); 36 pArg = NULL; //等价于va_end 37 return; 38 } 39 40 int main(int argc, char* argv[]) 41 { 42 int i = 1; 43 int j = 2; 44 myprintf("the first test:i=%d/n",i,j); 45 myprintf("the secend test:i=%d; %x;j=%d;/n",i,0xabcd,j); 46 return 0; 47 }
myprintf函数中也有类似的约定，确定参数表中最后一个参数是一个const char* 类型的字符串，在这个字符串中出现“%d”和“%x”次数的和就是省略号参数表中参数的个数，省略号参数表中的参数类型也都是int类型。
同样的，实际的printf函数也有这样的约定：确定参数表中最后一个参数是一个const char* 类型的字符串，省略号参数表中参数个数就是这个字符串中出现的“%d”，“%x”，“%s”…次数的和，省略号参数表中参数的类型也是由“%d”,“%x”，“%s”……等格式化字符来指示的。
因此，类printf函数中省略号参数表中参数的个数和类型都是由类printf函数中的那个格式化字符串来决定的。
二、格式化字符串攻击原理
因为类printf函数中省略号参数表中参数的个数和类型都是由类printf函数中的那个格式化字符串来决定的，所以攻击者可以利用编程者的疏忽或漏洞，巧妙构造格式化字符串，达到攻击目的。
如果一个程序员的任务是：打印输出一个字符串或者把这个串拷贝到某缓冲区内。他可以写出如下的代码：printf("%s", str);但是为了节约时间和提高效率，并在源码中少输入6个字节，他会这样写：printf(str);
为什么程序员写的是错误的呢？他传入了一个他想要逐字打印的字符串。实际上该字符串被printf函数解释为一个格式化字符（formatstring），printf就会根据该字符串来决定printf函数中省略号参数表中参数的格式和类型，如果这个程序员想要打印的字符串中刚好有“%d”,“%x”之类的格式化字符，那么一个变量的参数值就从堆栈中取出。
比如：
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 4 int main(int argc, char* argv[]) 5 { 6 if(argc != 2) 7 return 0; 8 printf(argv[1]); 9 return 0; 10 }
当./a.out “hello world”时一切正常，但是当./a.out “%x”时，就会有莫名其妙的数字被打印出来了。
很明显，攻击者至少可以通过打印出堆栈中的这些值来偷看程序的内存。但是有些事情就不那么明显了，这个简单的错误允许向运行中程序的内存里写入任意值。
printf有一个比较另类的用法：%n，当在格式化字符串中碰到"%n"的时候，在%n域之前输出的字符个数会保存到下一个参数里。例如，为了获取在两个格式化的数字之间空间的偏量：
1 int main(int argc, char* argv[]) 2 { 3 int pos, x = 235, y = 93; 4 printf("%d %n%d/n", x, &pos, y); 5 printf("The offset was %d/n", pos); 6 return 0; 7 }
输出4(“235 ”的长度)
%n格式返回应该被输出的字符数目，而不是实际输出的字符数目。当把一个字符串格式化输出到一个定长缓冲区内时，输出字符串可能被截短。不考虑截短的影响，%n格式表示如果不被截短的偏量值（输出字符数目）。为了说明这一点，下面的代码会输出100而不是20：
1 int main() 2 { 3 char buf[20]; 4 int pos, x = 0; 5 snprintf(buf, sizeof(buf), "%.100d%n", x, &pos); 6 printf("position: %d/n", pos); 7 return 0; 8 }
而%n和%d，%x，%s的显著的不同就是%n是会改变变量的值的，这也就是格式化字符串攻击的爆破点。
三、一个实际的例子
下面这个例子至少可以X86的Redhat和arch Linux下面进行演示。
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <string.h> 4 5 char daddr[16]; 6 7 int main(int argc, char **argv) 8 { 9 char buf[100]; 10 int x; 11 x = 1; 12 memset(daddr,‘/0‘,16); 13 printf("before format string x is %d/%#x (@ %p)/n", x, x, &x); 14 strncpy(daddr,"PPPPPPP%n",9); 15 snprintf(buf,sizeof(buf),daddr); //实施格式化字符串攻击 16 17 buf[sizeof（buf） - 1] = 0; 18 printf("after format string x is %d/%#x (@ %p)/n", x, x, &x); 19 return 0; 20 }
运行的结果是：x被成功的改成了7。
上面的例子利用了linux函数调用时的内存残像，来实现格式化字符串攻击的。（参考的经典文章是用猜地址的方法来实现的，猜的一头雾水）
这里我们来分析一下main函数中的堆栈变化情况：
如上图所示，在调用snprintf函数之前，首先调用了printf函数，printf的函数第四个参数是&x，这样在main函数的堆栈内存中留下了&x的内存残像。当调用snprintf时，系统本来只给snprintf准备了3个参数，但是由于格式化字符串攻击，使得snprinf认为应该有四个参数传给它，这样snprintf就私自把&x的内存残像作为第4个参数读走了，而snprintf所谓的第4个参数对应的“%n”，于是snprintf就成功的修改了变量x的值。
而在实际网络环境中可利用的格式化字符串攻击也是很多的。下图就是一个实际网络攻击的截图。
文.RP.URL：http://blog.csdn.net/immcss/article/details/6267849
格式化字符串攻击原理及示例.RP