[Reference] : 위 글은 다음 내용을 제가 공부한 후, 인용∙참고∙정리하여 만들어진 게시글입니다.
- 서론
- PIC와 PIE
- PIE 우회
- Q&A
- 마치며
1. 서론
ASLR이 적용되면 바이너리가 실행될 때마다 스택, 힙, 공유 라이브러리 등이 무작위 주소에 매핑되므로, 공격자가 이 영역들을 공격에 활용하기 어려워집니다.
하지만 지난 실습의 main 함수의 주소는 매번 같았습니다.
이런 특징을 이용하여 공격자는 고정된 주소의 코드 가젯을 활용한 ROP를 수행할 수 있었습니다.
이번에 배울 'PIE(Postion-Independent Executable)'은 ASLR이 코드 영역에서도 적용되게 해주는 기술입니다.
이 기술은 보안성 향상을 위해 도입된 것이 아니라,
엄밀하게는 보호 기법은 아닙니다.
하지만 ASLR과 맞물려서 공격을 더욱 어렵게 만들기 때문에,
여러 자료들에서 보호 기법으로 소개되기도 합니다.
2. PIC와 PIE
1) PIC(Position-Independent Code)
리눅스에서 ELF는 '실행 파일(Executable)'과 '공유 오브젝트(Shared Object, SO)'로 두 가지가 존재합니다.
실행 파일은 addr, prelo와 같은 일반적인 실행 파일이 해당되고,
공유 오브젝트는 libc.so와 같은 라이브러리 파일이 행당됩니다.
공유 오브젝트는 기본적으로 재배치(Relocation)가 가능하도록 설계되어 있습니다.
재배치가 가능하다는 것은 메모리의 어느 주소에 적재되어도 코드의 의미가 훼손되지 않음을 의미합니다.
컴퓨터 과학에서는 이런 성질을 만족하는 코드를 'PIC(Position-Independent Code)'라고 합니다.
gcc는 PIC 컴파일을 지원합니다.
PIC가 적용된 바이너리와, 그렇지 않은 바이너리를 비교해보겠습니다.
// Name: pic.c
// Compile: gcc -o pic pic.c
// : gcc -o no_pic pic.c -fno-pic -no-pie
#include <stdio.h>
char *data = "Hello World!";
int main() {
printf("%s", data);
return 0;
}(1) PIC 코드 분석
no_pic와 pic의 main함수를 비교해보면,
main+14에서 "%p" 문자열을 printf에 전달하는 방식이 조금 다릅니다.
no_pic에서는 0x4005a1이라는 절대 주소로 문자열을 참조하고 있습니다.
$ gdb ./no_pic
pwndbg> x/s 0x4005a1
0x4005a1: "%p"반면, pic에서는 rip+0xa2로 참조하고 있습니다.
$ gdb ./pic
pwndbg> x/s 0x711
0x711: "%p"바이너리가 매핑되는 주소가 바뀌면,
0x4005a1에 있던 데이터도 함께 이동하므로,
no_pic의 코드는 제대로 실행되지 못합니다.
그러나 pic의 코도는 rip를 기준으로 데이터를 '상대 참조(Relative Addressing)'하기 때문에,
바이너리가 무작위 주소에 매핑되도 제대로 실행될 수 있습니다.
2) PIE(Position-Independent Executable)
'PIE(Position-Independent Executalbe)'은 무작위 주소에 매팽되도 실행 가능한 실행 파일을 뜻합니다.
ASLR이 도입되기 전에는 실행 파일을 무작위 주소에 매핑할 필요가 없었습니다.
그래서 리눅스의 실행 파일은 재배치를 고려하지 않고 설계되었습니다.
이후에 ASLR이 도입되었을 때는 실행 파일도 무작위 주소에 매핑되게끔 하고자 했으나,
이미 널리 사용되는 실행 파일의 형식을 변경하면,
호환성 문제가 발생할 것이 분명했습니다.
그래서 개발자들은 원래 재배치가 가능한 공유 오브젝트를 실행 파일로 사용하기로 했습니다.
실제로 리눅스의 기본 실행 파일 중 하나인 /bin/ls는 공유 오브젝트 형식을 띄고 있습니다.
$ file /bin/ls
/bin/ls: ELF 64-bit LSB shared object ...PIE는 재배치가 가능하므로, ASLR이 적용된 시스템에서는 실행 파일도 무작위 주소에 적재됩니다.
3. PIE 우회
1) 코드 베이스 구하기
ASLR환경에서 PIE가 적용된 바이너리는 실행될 때마다 다른 주소에 적재됩니다.
그래서 코드 영역의 가젯을 활용하거나, 데이터 영역에 접근하려면 바이너리가 적재된 주소를 알아야 합니다.
이 주소를 PIE 베이스, 또는 코드 베이스라고 부릅니다.
코드 베이스를 구하려면,
라이브러리의 베이스 주소를 구할 때처럼 코드 영역의 임의주소를 읽고, 그 주소에서 오프셋을 빼야합니다.
이 과정은 ROP(Return Oriented Programming)에서 라이브러리의 베이스 주소를 구하는 과정과 크게 다르지 않습니다.
2) Partial Overwrite
코드 베이스를 구하기 어렵다면,
반환 주소의 일부 바이트만 덮는 공격을 고려할 수도 있습니다.
이러한 공격 기법을 'Partial Overwrite'라고 부릅니다.
일반적으로 함수의 반환 주소는 호출 함수(Caller)의 내부를 가리킵니다.
특정 함수의 호출 관계는 정적 분석 또는 동적 분석으로 쉽게 확인할 수 있으므로, 공격자는 반환 주소를 예측할 수 있습니다.
ASLR의 특성 상, 코드 영역의 주소도 하위 12비트 값은 항상 같습니다.
따라서 사용하려는 코드 가젯의 주소가 반환 주소와 하위 한 바이트(8비트)만 다르다면,
이 값만 덮어서 원하는 코드를 실행시킬 수 있습니다.
그러나 만약 두 바이트 이상이 다른 주소로 실행 흐름을 옮기고자 한다면,
ASLR이 뒤섞이는 주소를 맞춰야 하므로 브루트 포싱이 필요하며,
공격이 확률에 따라 성공하게 됩니다.
4. Q&A
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5. 마치며
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