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符号执行:利用Angr进行简单CTF逆向分析

来源:FreeBuf 发布日期:2017-10-23

Angr是一个利用python开发的二进制程序分析框架,我们可以利用这个工具尝试对一些CTF题目进行符号执行来找到正确的解答,即flag

一、符号执行概括
简单的来说,符号执行就是在运行程序时,用符号来替代真实值。符号执行相较于真实值执行的优点在于,当使用真实值执行程序时,我们能够遍历的程序路径只有一条,而使用符号进行执行时,由于符号是可变的,我们就可以利用这一特性,尽可能的将程序的每一条路径遍历,这样的话,必定存在至少一条能够输出正确结果的分支,每一条分支的结果都可以表示为一个离散关系式,使用约束求解引擎即可分析出正确结果,这就是符号执行的简单阐述。
Angr是一个利用python开发的二进制程序分析框架,我们可以利用这个工具尝试对一些CTF题目进行符号执行来找到正确的解答,即flag。当然,要注意的是符号执行的路径选择问题到现在依旧是一个很大的问题,换句话说也就是当我们的程序存在循环时,因为符号执行会尽量遍历所有的路径,所以每次循环之后会形成至少两个分支,当循环的次数足够多时,就会造成路径爆炸,整个机器的内存会被耗尽。
二、Angr使用
个人感觉Angr在求解REVERSE题目时很有用,但在处理PWN题目时,多用在一些辅助的位置,比如寻找 strcmp 等敏感的函数等,这次我们简单的讲解一下如何使用Angr进行REVERSE题目的分析求解。我首先讲解一下Angr在实践中的几步关键操作,之后会使用一个简单的CTF题目进行实践。推荐大家使用ipython进行简单的实践,ipythontab补全可以让你看到Angr中很多奇妙的函数。
1. 运行程序
我们在得到一个程序时,首先需要对此程序创建一个Angr工程。
1.     p = angr.Project(‘program’) 
 

我们可以通过这个工程得到程序的一些信息,比如程序名p.filename等等。

 
然后需要将这个程序运行起来,并且处理程序的一些输入,前面已经说过,在符号执行时,我们使用的并不是真实值,而是一个个符号,可以简单的理解为变量,所以我们需要构造一个Angr中的符号来当做程序的输入。
(1) 命令行参数
当程序要求命令行参数时,我们首先需要使用claripy这个模块来定义抽象的数据。
1.     import claripy 
 

claripyBVS函数可以创建一个指定长度的抽象数据,BVS函数要求两个参数,第一个参数为变量名,第二个参数为变量长度。

 
1.     argv = [p.filename,]  
 
2.     arg = claripy.BVS(‘arg1′, 8)argv.append(arg1) 

这样,我们就创建好了一个命令行参数,我们现在可以将程序运行到程序入口处,并获得当前的一个状态。

 
1.     state = p.factory.entry_state(args=argv
 

P.factory是工厂函数的一个集合,在这里面可以调用各种各样的函数来进行符号执行,其中entry_state()函数接收一个list作为程序的命令行参数并且返回程序入口的状态(这个状态将在2.2节讲解)

 
(2) 标准输入
当程序需要从标准输入处读取数据时,需要使用read_from()函数,要注意,这个函数位于状态中,并且我们可以对输入进行一些约束以减少符号执行遍历的路径。
1.     for _ in xrange(5):   
 
2.         k = state.posix.files[0].read_from(1) 
3.         state.se.add(k!=10) 

这表示我们从标准输入读入了5个字节,并且每个字节都不为换行符。

 
2. Angr中程序的几种状态
我们在之前提到了获取程序入口点的状态,状态在Angr中表示着程序符号执行后的几种结果,在Angr中,当获取到程序入口点的状态后,我们需要使用AngrSimgr模拟器来进行符号执行
1.     sm = p.factory.simgr(state) 
 

表示从入口点出创建一个模拟器来进行符号执行。

 
Angr 寻找路径时,程序的当前状态有多种表示。
·         step()表示向下执行一个block(42bytes)step()函数产生active状态,表示该分支在执行中;
·         run()表示运行到结束,run()函数产生deadended状态,表示分支结束;
·         explore()可以对地址进行限制以减少符号执行遍历的路径。例如
·         sm.explore(find=0x400676,avoid=[0x40073d])
·         explore()产生found状态,表示探索的结果等等
3. 获取输出
当符号执行遍历玩路径后,会产生大量的状态,我们则需要从这些状态中找出我们所需要的一条路径。
我们可以获取当前状态程序的输出
1.     print sm.found.posix.dumps(1) 
 

命令行参数

 
1.     print sm.found.solver.eval(arg1,cast_to = str
 

标准输入

 
1.     inp = sm.found.posix.files[0].all_bytes()   
 
2.     print sm.found.solver.eval(inp,cast_to = str)z 

在求解命令行参数和标准输入的值时,我们使用了约束求解引擎来进行求解

 
3. Angr实践
bin(re50)下载:
http://oj.xctf.org.cn/web/practice/defensetrain/465f6bb8f4ad4d65a70cce2bd69dfacf/
脚本编写
1.     import angr 
 
2.     import sys 
3.     print "[*]start------------------------------------" 
4.     p = angr.Project(sys.argv[1])  # 建立工程初始化二进制文件 
5.     state = p.factory.entry_state() # 获取入口点处状态 
6.       
7.     ''' 
8.     state.posix.files[0].read_from(1)表示从标准输入读取一个字节 
9.     ''' 
10.     
11.   for _ in xrange(int(sys.argv[2])):  # 对输入进行简单约束(不为回车) 
12.       k = state.posix.files[0].read_from(1) 
13.       state.se.add(k!=10) 
14.     
15.   k = state.posix.files[0].read_from(1) 
16.   state.se.add(k==10)  # 回车为结束符 
17.     
18.   state.posix.files[0].seek(0) 
19.   state.posix.files[0].length = int(sys.argv[2])+1 # 约束输入长度(大于实际长度也可) 
20.     
21.   print "[*]simgr start-------------------------------" 
22.     
23.   sm = p.factory.simgr(state)   # 初始化进程模拟器 
24.   sm.explore(find=lambda s:"correct!" in s.posix.dumps(1)) # 寻找运行过程中存在 “correct的路径,并丢弃其他路径 
25.   print "[*]program excuted---------------------------" 
26.     
27.   for pp in sm.found: 
28.       out = pp.posix.dumps(1)   # 表示程序的输出 
29.       print out 
30.       inp = pp.posix.files[0].all_bytes()  # 取输入的变量 
31.       print pp.solver.eval(inp,cast_to = str)  # 利用约束求解引擎求解输入 

运行

 
1.     root@kali:~# python re50.py ppp 4 
 
2.     [*]start------------------------------------ 
3.     /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/cle/loader.py:729: UnicodeWarning: Unicode equal comparison failed to convert both arguments to Unicode - interpreting them as being unequal 
4.       if ilibname.strip('.0123456789') == spec.strip('.0123456789'): 
5.     [*]simgr start------------------------------- 
6.     [*]program excuted--------------------------- 
7.     please input the key:correct! 
8.       
9.     9563 
10.     
11.   root@kali:~# 

我们就得到了正确的key 9563

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