プロセッサエミュレータQEMUを用いた組込み機器へのROP攻撃のデモンストレーション / CSS2022

CSS2022デモンストレーションセッションの発表資料 https://dl.yumulab.org/papers/28

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1. プロセッサエミュレータQEMUを用いた組込み機器への ROP攻撃のデモンストレーション 多⽊ 優⾺1, 福光 正幸2, 湯村 翼1 1)北海道情報⼤学 2)⻑崎県⽴⼤学 Computer Security Symposium 2022 デモンストレーション 本稿では、i686で動作するCentOS6と、ARM Cortex-A53で稼働するRaspberryPi OSでのROP検証を⾏った。 今後は、ARM Cortex-M0で動作するRIOT OSで脆弱なテストプログラムを動作させ、そこへROP攻撃を試す。 さらに、ROP攻撃対策を考案し、必要であればセキュリティ機構の実装も⾏う。 Arm Cortex-A53・RaspberryPi OS OSのバージョン確認コマンド“lsb_release -a”を ホスト環境から実⾏し、攻撃の成功を確認した。 i686・CentOS6 OSのバージョン確認コマンド“cat /etc/redhat-release”を ホスト環境から実⾏し、攻撃の成功を確認した。 ・エクスプロイトコードを組込み機器を模した環境に送信し、ROP攻撃検証を⾏った。 ・組込み環境はQEMUを⽤いて構築した。 ・組み込み環境はQEMUの設定により、ホスト以外との通信を遮断している。 〇⽬的: OSとプロセッサの組み合わせによるROP攻撃の可能性を 調査するため、様々な組込み機器に対してROP攻撃検証を⾏う。 最終的にはデモ環境へROP対策を施す 〇背景: IoT機器の普及によって組込み機器の需要が増加している。 ⼀⽅で、ROP攻撃の研究が進んでいる。 このROP攻撃は組込み機器に対しても有効なため、 ROP対策が施されていない可能性のある、 低スペックな組込み機器の調査を⾏う。 研究概要 ・プログラムの命令⽚(アセンブリコード)を繋ぎ合わせて 任意の処理を⾏わせる攻撃。 ・様々なアーキテクチャに応⽤することも可能。 ROP攻撃とは？ ROP攻撃検証 両環境のセキュリティ機構実装状況: NX bit 有効 / SSP 無効 / ASLR 無効 / CFI 無効 おわりに レジスタ 0x400100: pop rdi 0x400102: ret : アセンブリコード buf (0x10) rsp saved rbp リターンアドレス スタック領域 ・ ・ ・ rbp system(/bin/sh)を実⾏して制御を奪う例 レジスタ rdi: 第1引数を格納 rip: 次に実行する命令の アドレスを格納 rbp: スタックベースの アドレスを格納 rsp: スタックトップの アドレスを格納 0x400100: pop rdi 0x400102: ret : アセンブリコード スタック領域 ROPチェーン送信後 レジスタ rdi: /bin/shのアドレス rip: 0x400102 rbp: 0x41414141… rsp: スタックトップの アドレスを格納 0x400100: pop rdi 0x400102: ret : アセンブリコード スタック領域 leave命令(関数終了処理)後、0x400100に遷移してpop rdiを⾏う レジスタ rdi: /bin/shのアドレス rip: systemのアドレス rbp: 0x41414141… rsp: スタックトップの アドレスを格納 0x400100: pop rdi 0x400102: ret : アセンブリコード スタック領域 0x40102に遷移してret命令を⾏う rdi: 第1引数を格納 rip: 次に実行する命令の アドレスを格納 rbp: スタックベースの アドレスを格納 rsp: スタックトップの アドレスを格納 AAAAAAAA… rsp AAAAAAAA 0x400100 rbp /bin/shのアドレス systemのアドレス AAAAAAAA… rsp AAAAAAAA 0x400100 /bin/shのアドレス systemのアドレス AAAAAAAA… rsp AAAAAAAA 0x400100 /bin/shのアドレス systemのアドレス ※pop rdi: rspが指す値をrdiに格納する。 ※ret: rspが指す値をripに格納する。 ROP攻撃例(x86_64環境の場合)