AIS3 CRAX lab

CRAX 是 SQLab 所發展的 Automatic Exploit Generator (AEG)，利用 symbolic execution 為基礎，對受測程式進行動態分析。

原理

在 symbolic execution 執行中 判斷 eip 是否可由 input 控制，當偵測到 eip 可控( eip tainted )，則將目前收集到的 path constraint(路徑限制式) 加上 shellcode constraint 以 SMT solver 嘗試去解可能的 input。

由於 symbolic execution 會探索程式執行的所有可能路徑，時間複雜度成指數成長，當受測程式規模大時會使執行效率較差。

CRAX 採用的 symbolic execution engine 是基於 KLEE 更改來的 S2E。

S2E 是 select symbolic execution 的縮寫，只對特定的程式區間做 symbolic execution，即 concolic execution，以一組隨機的輸入作為初始值開始執行。

CRAX 架構

Host OS(S2E) 執行 symbolic execution，使用 QEMU 建置 Guest OS 以測試位於各種不同環境上的程式。 S2E 以 API 或允許使用者自訂的 op code(由 S2E 基於它自己的 QEMU 所定義的 machine code) 在 Host OS 和 Guest OS 之間溝通。

CRAX lab 介紹

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Host OS 與 Guest OS 的帳密皆為 ais3 / crax

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Host OS (Ubuntu 12.04 64-bit)

ais3@ubuntu:

~/crax/build CRAX 的環境建置

~/crax/s2e 由 CRAX 中下載的 source code，詳細編譯方式參考：https://s2e.epfl.ch/

~/crax/img

1. crax.raw：Guest OS image，已放置受測程式。

2. crax.s2e：S2E 需以 .s2e 為副檔名的 image 做 symbolic execution，其與 crax.raw 內容相同。

3. crax.s2e.demo：crax.s2e 的 snapshot(snapshot 取名為 demo 即會產生以 .demo 結尾的檔案)。S2E QEMU 開啟此 snapshot 並開始執行 symbolic execution。
   (參考：The S2E VM Image Format)

4. crax.qcow2：用來將 Host OS symbolic execution 後產生的 exploit 檔案傳入 Guest OS 進行 exploit 的 image。(由於 crax.raw 更動過後 crax.s2e 會毀壞，因此不能將 exploit 傳入 crax.raw)

~/crax/script

1. start.sh：以 S2E mode 的 QEMU 開啟 Guest OS。

2. exploit.sh：symbolic execution 結束後將 exploit 檔案傳入 Guest OS。以 non-S2E mode 的 QEMU 開啟 Guest OS，並將 Host OS ssh 的 22 port 導至 Guest OS 的 2222 port。

~/crax/result：存放 symbolic execution 結束後的過程紀錄與結果。每結束一次 symbolic execution 就會將最新的紀錄都存放於 s2e-last 中。

Guest OS (Debian 32-bit)

ais@debian:

~/sample：lab1、2 受測程式與執行的 script。

~/easy_pwn：lab3 受測程式與執行的 script。

~/wrapper：在無法取得原始碼的情況下，以 wrapper 控制 input 為 symbolic variable。

CRAX lab 實作

請開 AIS3_CRAX 資料夾先用 VMware 裝好 vm (只能用 VMware 開唷~)

lab 1

lab 1 將介紹利用 S2E 提供的 API 對程式 make symbolic 的流程
sample.c 是一個很簡單的 buffer overflow 的小程式
其中第 12 行 s2e_make_concolic 將對某一段 buffer make symbolic
當 Guest OS 執行到第 12 行就會開始進行 symbolic execution，直到程式結束
本實驗將展示透過 CRAX 自動生成 exploit

1. 開啟 Host 後， 在 ais@ubuntu:~/crax/result 底下啟動 Guest

   • (Host) start.sh crax.s2e -- 以 S2E mode 的 QEMU 開啟 crax.s2e 的 demo snapshot。

2. 開啟 Guest 後，在 ais3@debian:~/sample 底下執行 run.sh

   • (Guest) ./run.sh -- 編譯受測程式，輸入 0x1000 個 a 作為 concrete input 執行程式。

3. Host 上的 CRAX 會開始進行 symbolic execution 嘗試解出 exploit，exploit 會在 ~/crax/result/s2e-last 底下

   • exploit 可能會不只一個，width 較長的 exploit 比較容易成功。
   • (Host) cd s2e-last && ls exploit*
   • exploit-bfffe818.bin & exploit-bffff819.bin

4. 啟動 Guest，並將 exploit 傳進 Guest

   • (Host) exploit.sh crax.qcow2
   • (Host 用另一個 terminal)
     • ~/crax/result/s2e-last$ scp -P2222 exploit-xxxxxxxx localhost:~/sample.exp

5. 測試 payload 是不是能成功拿到 shell

   • (Guest) sample/sample $(cat sample.exp)

lab 2

lab 2 將介紹在沒辦法取得原始碼的情況下進行 symbolic execition
sample2.c 與 sample.c 基本上一模一樣，除了少 s2e_make_concolic 那一行
本實驗將透過 symbolic wrapper 對受測程式做 symbolic

1. 開啟 Host 後， 在 ais@ubuntu:~/crax/result 底下啟動 Guest

   • (Host) start.sh crax.s2e -- 以 S2E mode 的 QEMU 開啟 crax.s2e 的 demo snapshot。

2. 開啟 Guest 後，在 ais3@debian:~/sample 底下執行 run2.sh

   • (Guest) ./run2.sh -- 以 wrapper 執行程式。

3. Host 上的 CRAX 會開始進行 symbolic execution 嘗試解出 exploit，exploit 會在 ~/crax/result/s2e-last 底下

   • (Host) cd s2e-last && ls exploit*
   • exploit-bfffe818.bin & exploit-bffff819.bin

4. 啟動 Guest，並將 exploit 傳進 Guest

   • (Host) exploit.sh crax.qcow2
   • (Host 用另一個 terminal)
     • ~/crax/result/s2e-last$ scp -P2222 exploit-xxxxxxxx localhost:~/sample2.exp

5. 測試 payload 是不是能成功拿到 shell

   • (Guest) sample/sample2 $(cat sample2.exp)

lab 3

stage2 是 Defcon quals circa 2004 的題目
本實驗將使用 CRAX 自動生成 stage2 的 payload

1. 開啟 Host 後， 在 ais@ubuntu:~/crax/result 底下啟動 Guest

   • (Host) start.sh crax.s2e -- 以 S2E mode 的 QEMU 開啟 crax.s2e 的 demo snapshot。

2. 開啟 Guest 後，在 ais3@debian:~/easy_pwn 底下執行 run.sh

   • (Guest) ./run.sh -- 以 wrapper 執行程式。

3. Host 上的 CRAX 會開始進行 symbolic execution 嘗試解出 exploit，exploit 會在 ~/crax/result/s2e-last 底下

   • exploit 可能會不只一個，address 較低的 exploit 比較容易成功。
   • (Host) cd s2e-last && ls exploit*
   • exploit-bfffede4.bin & exploit-bffffde5.bin

4. 啟動 Guest，並將 exploit 傳進 Guest

   • (Host) exploit.sh crax.qcow2
   • (Host 用另一個 terminal)
     • ~/crax/result/s2e-last$ scp -P2222 exploit-xxxxxxxx localhost:~/stage2.exp

5. 測試 payload 是不是能成功拿到 shell

   • (Guest) easy_pwn/stage2 $(cat stage2.exp)