Exploit Writing Technique #1: Constructor, What's that?
Exploit Writing Technique #2: Basics of Shared Library
정대근 보안기술팀장 (A.K.A 1ndr4)
indra@a3security.com
보통 개발자들이 프로그램을 만들때 유지보수의 편의성이나 다양한 이유들을 근거로 모듈화 작업을 합니다. 소스코드 트리 구조부터 비슷한 작업을 하는 코드들을 파일 단위로 모듈화 하기도 하고 배포를 위한 응용프로그램도 사실 모듈화를 한 결과물입니다. Windows OS를 쓰고 계신 분이라면, 프로그램 폴더 안에 실행파일인 *.exe 파일외에 *.dll 파일과 같은 다른 확장자의 파일을 보실 수 있을겁니다. *.dll 파일들은 Dynamic-link library라고 하여 내부에 구현된 함수들을 응용프로그램에서 필요 시 동적으로 불러 실행하도록 되어 있는데요. 이러한 동적 링크 라이브러리는 다른 플랫폼 환경에서도 볼 수 있습니다. 개념은 같지만 일컫는 용어가 다를뿐이지요.
이 글에서는 Linux 상에서 동작하는 동적 링크 라이브러리에 대해 설명 드려볼까 합니다.
우선 Linux에서는 동적 링크 라이브러리 개념을 가진 파일을 Shared Objects 혹은 Shared Libraries(공유 라이브러리)라는 명칭으로 부르고 있습니다.
우선 다음의 예제 소스코드를 참조하시면 좋을 것 같습니다.
/*
* libso_exam.so.c
*
* Coded by TeamCR@K
*
* http://teamcrak.tistory.com
*
* - A example c code for shared library
*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int teamcrak(const char *msg)
{
fprintf(stdout, "%s", msg);
return 0;
}
보통 프로그램 실행 시 기준이 되는 main() 함수는 존재하지 않고 teamcrak() 이라는 함수만을 정의했는데, 해당 함수는 인자로 받은 데이터를 fprintf()로 출력하는 함수입니다. 위 소스코드 파일은 컴파일 과정을 거쳐 공유 라이브러리의 역할을 할 것입니다.
* 공유 라이브러리 컴파일 명령행
$ gcc \
-Wall \ # 모든 경고 출력 옵션
-shared \ # 공유 라이브러리로 컴파일 하겠다는 옵션
-Wl,-soname,libso_exam.so \ # 링크 옵션으로 soname(Shared Object NAME)을 지정하는 옵션
-o libso_exam.so \ # output 옵션. 컴파일 결과 파일: libso_exam.so
libso_exam.so.c # 컴파일 할 소스코드
다음 예제 소스코드는 공유 라이브러리에 존재하는 함수를 실행할 내용의 소스코드입니다.
/*
* so_loader.c
*
* Coded by TeamCR@K
*
* http://teamcrak.tistory.com
*
* - A example c code for shared library loader
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
teamcrak("Call by shared library\n");
return 0;
}
위 so_loader.c 소스코드에는 teamcrak()이라는 함수의 정의나 구현부분이 존재하지 않지만, 컴파일 및 링크시에 사용되는 옵션으로 teamcrak() 함수가 정의된 라이브러리를 참조하여 실행 할 수 있습니다.
* 공유 라이브러리를 참조하는 코드 컴파일 명령행
$ gcc \
-Wall \ # 모든 경고 출력 옵션
-o so_loader \ # output 옵션. 컴파일 결과 파일: so_loader
so_loader.c \ # 컴파일 할 소스코드
-L. \ # 라이브러리 링크 경로 지정 옵션. 라이브러리 경로: . (현재 디렉터리)
-lso_exam # 링크 할 라이브러리 지정 옵션. 라이브러리 이름: libso_exam.so
gcc의 -l 옵션을 사용하여 특정 라이브러리를 링크하도록 지정할 때 파일 이름에 존재하는 lib(접두사)와 .so(접미사)는 제외해야 합니다.
아래는 예제코드들을 실제 컴파일 과정을 거쳐 실행 해 본 화면입니다.
[그림 1] LD_LIBRARY_PATH 환경변수로 라이브러리 경로 지정 후 정상 실행 확인
컴파일 과정에서 teamcrak() 함수의 원형이 so_loader.c 파일에 정의되지 않아 warning이 발생된 것 빼고는 큰 장애없이 컴파일이 완료되었습니다. 그러나 실행 시 에러가 발생했네요. 해당 에러는 공유 라이브러리의 경로를 지정해 주지 않아 발생한 에러였습니다. 라이브러리 관련 환경변수인 LD_LIBRARY_PATH에 . (현재 디렉터리)를 명시한 이후에 정상 실행이 된 것을 확인 할 수 있습니다.
프로그램 실행 시 이러한 공유라이브러리의 의존성을 확인할 수 있도록 ldd라는 명령어를 활용할 수 있습니다.
[그림 2] ldd 명령어로 대상 프로그램의 의존성이 존재하는 라이브러리 확인
기본적으로 공유라이브러리는 위와 같이 특정 경로에 위치되도록 하여 실행 프로그램에서 해당 라이브러리의 기능을 사용할 수 있도록 되어 있습니다. 그러나 컴파일, 링크 시에 공유라이브러리를 참조하도록 하는 방법 외에 다른 방법은 없을까요? 코드 레벨에서 이와 같은 과정에 관여 할 수는 없을까요? 이를 위해 우리는 DL 라이브러리를 사용할 수 있습니다. 다음 소스코드는 DL 라이브러리에서 제공하는 dlopen()과 dlsym(), dlclose()를 통해 외부 라이브러리에 존재하는 함수를 참조하여 실행할 수 있도록 구현된 소스코드입니다.
/*
* so_loader_by_dlopen.c
*
* Coded by TeamCR@K
*
* http://teamcrak.tistory.com
*
* - A example c code for dlopen()
*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <dlfcn.h>
int main(int argc, char **argv)
{
int ret;
void *dl = NULL;
// XXX: Function prototype of teamcrak() in a shared object
int (*func)(const char *msg) = NULL;
if(argc != 4) {
fprintf(stdout, "Usage: %s <SO-PATH> <FUNCTION-NAME> <MESSAGE>\n", argv[0]);
return 0;
}
// XXX: Load a library
if((dl = dlopen(argv[1], RTLD_LAZY)) == NULL) {
fprintf(stderr,
"[%s] Can not load library: %s\n", __FILE__, argv[1]);
goto failed;
}
// XXX: Map the function by loaded library
if((func = (int (*)(const char *))dlsym(dl, argv[2])) == NULL) {
fprintf(stderr,
"[%s] No such %s() function from the library.\n",
__FILE__, argv[2]);
goto failed;
}
// XXX: Function-call using function pointer
ret = func(argv[3]);
failed:
if(dl != NULL)
dlclose(dl); // XXX: Resource free
return 0;
}
위 소스코드는 먼저 특정 라이브러리에서 참조하고자 하는 함수의 원형을 정의하는데 이를 함수포인터 형태로 정의하도록 합니다. 그 후 특정 경로에 있는 공유 라이브러리를 open(dlopen)하고 라이브러리 안에 정의된 함수를 찾아 맵핑(dlsym)합니다. 함수 맵핑 후 반환받은 주소는 해당 함수가 존재하는 주소이므로 함수포인터 형태로 이를 실행 할 수 있습니다. 위 소스코드를 컴파일 하고 실행해보았습니다.
[그림 3] dlopen과 dlsym으로 특정 공유라이브러리에 구현된 함수 실행
컴파일 시 dlopen()을 사용할 수 있도록 DL 라이브러리를 참조하도록 하고, 프로그램 실행 시 라이브러리 경로와 라이브러리에 구현된 함수 이름, 함수 실행 시 전달할 인자 정보를 포함하도록 했습니다.
프로그램은 정상적으로 실행되었고, ldd로 컴파일 된 파일을 분석 한 결과 DL 라이브러리가 기본 참조되도록 만들어져 있는 것을 알 수 있습니다.
dlopen()이나 dlsym()과 같은 함수 사용법은 Windows OS의 API를 다뤄보셨던분들에게 LoadLibrary() 나 GetProcAddress() API의 인터페이스와 비슷하여 친숙함을 느끼실 수도 있을 것 같습니다. 실제 Windows OS에서도 특정 DLL파일을 열고 내부에 구현되어 있는 API를 실행 할 때에 위와 같은 인터페이스의 API를 사용합니다. 플랫폼 자체가 다르기에 내부 구현 자체는 다르게 되어 있을지라도 인터페이스가 비슷하다는 것을 비교해 볼 수 있도록 아래의 소스코드를 참조 하실 수 있습니다.
/*
* loader.c
*
* Coded by TeamCR@K
*
* http://teamcrak.tistory.com
*
* - Compile & Execute
* <+> Linux : gcc -Wall -o loader loader.c -ldl && LD_LIBRARY_PATH=. ./loader
* <+> Windows: cl loader.c /D"WIN32" && loader.exe
*/
#include <stdio.h>
#ifdef WIN32
# include <windows.h>
# define EXT "dll"
# else
# define EXT "so"
# include <unistd.h>
# include <dlfcn.h>
# define LoadLibrary(soname) dlopen(soname, RTLD_LAZY)
# define GetProcAddress dlsym
# define FreeLibrary dlclose
#endif
#define SONAME "teamcrak." EXT
#define FUNCNAME "library_call"
int main(void)
{
int ret;
void *dl = NULL;
int (*func)(void) = NULL;
if((dl = LoadLibrary(SONAME)) == NULL) {
fprintf(stderr,
"[%s] Can not load library: %s\n", __FILE__, SONAME);
goto failed;
}
fprintf(stdout, "[%s] Loaded a library successfully: %s\n",
__FILE__, SONAME);
if((func = (int (*)(void))GetProcAddress(dl, FUNCNAME)) == NULL) {
fprintf(stderr,
"[%s] Not found %s() function from the library.\n",
__FILE__, FUNCNAME);
goto failed;
}
fprintf(stdout,
"[%s] Loaded %s() function from '%s'\n"
"[%s] %s() address: %p\n" ,
__FILE__, FUNCNAME, SONAME, __FILE__, FUNCNAME, func);
fprintf(stdout, "[%s] - FUNCTION CALL START\n", __FILE__);
ret = func();
fprintf(stdout, "[%s] - FUNCTION CALL END\n", __FILE__);
fprintf(stdout, "[%s] Return value: %d\n", __FILE__, ret);
failed:
if(dl != NULL)
FreeLibrary(dl);
return 0;
}
/*
* teamcrak.so.c
*
* Coded by TeamCR@K
*
* http://teamcrak.tistory.com
*
* - Compile
* <+> Linux : gcc -Wall -shared -Wl,-soname,teamcrak.so -fPIC -o teamcrak.so teamcrak.so.c
* <+> Windows: cl teamcrak.so.c /D"WIN32" /TC /link /dll /out:teamcrak.dll
*/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#ifdef WIN32
# include <io.h>
# define write _write
# define TeamCRAK __declspec(dllexport)
# define COMMENT "Dynamic Link Library"
# else
# include <unistd.h>
# define TeamCRAK
# define COMMENT "Shared Object"
#endif
TeamCRAK int library_call(void)
{
char *msg = "[*] Welcome to " COMMENT "'s world!\n";
write(1, msg, strlen(msg));
return 1337;
}
위 소스코드는 같은 인터페이스를 가진 DL 라이브러리의 함수들과 Windows API를 전처리하여 Windows/Linux 양쪽 플랫폼에서 컴파일과 실행을 할 수 있도록 구현된 소스코드입니다. loader.c는 teamcrak.so / teamcrak.dll 파일을 로드하고 해당 라이브러리에 존재하는 library_call이라는 함수를 실행하도록 합니다. teamcrak.so.c는 컴파일 되어 *.so 형태나 *.dll 파일로 만들어지고 내부에 구현되어 있는 library_call() 함수를 실행하면 플랫폼 환경에 맞도록 특정 문자열을 출력하도록 되어 있습니다.
아래는 위 소스코드를 각각 Linux와 Windows 플랫폼에서 컴파일 하고 실행해 본 화면입니다.
[그림 4] Linux 플랫폼에서 실행한 Shared Library 로더
[그림 5] Windows 플랫폼에서 실행한 DLL 로더
위 테스트 화면을 보면 Linux 플랫폼에서는 "Shared Object"로, Windows 플랫폼에서는 "Dynamic Link Library"로 인식되어 문자열이 출력됩니다. 실제 라이브러리 내부에 구현되어 있는 library_call() 함수에서 반환하는 고정적인 "1337" 정수 값도 온전히 양쪽 플랫폼에서 반환 값으로 인식되는 것을 볼 수 있습니다.
사실 위와 같은 라이브러리의 실행 형태는 악성코드 분석을 포함해 컴파일 된 응용프로그램의 분석 시 매우 유용하게 사용됩니다. 특정 라이브러리 파일에 데이터 인코딩이나 디코딩 로직이 존재할 때 해당 로직만 따로 떼어서 테스트 해 볼 수도 있고 더 많은 분석 과정에서 사용되기도 합니다. 물론 함수 원형에 대한 정보가 정확하지 않아 여러 애로사항이 있는 분석 기법이지만 TeamCR@K에서 수행한 모의해킹 프로젝트 중 이러한 분석 과정을 통한 여러 실 예가 있고, 추후 해당 내용에 대해 정리하여 새 글로 공유하는 기회를 갖도록 하겠습니다.
