调试过程参考链接https://ray-cp.github.io/archivers/qemu-pwn-Blizzard-CTF-2017-Strng-writeup
感谢raycp大神

题目源码的链接为Blizzard CTF 2017，是qemu逃逸题，flag文件在宿主机中的路径为/root/flag。
题目的下载路径为https://github.com/rcvalle/blizzardctf2017/releases，启动的命令如下，可以把它保存到launsh.sh中，用sudo ./launsh.sh启动。

命令参数说明

该虚拟机是一个Ubuntu Server 14.04 LTS，用户名是ubuntu，密码是passw0rd。因为它把22端口重定向到了宿主机的5555端口，所以可以使用ssh ubuntu@127.0.0.1 -p 5555登进去。

sudo ./launsh.sh启动虚拟机，使用用户名是ubuntu，密码是passw0rd进去虚拟机。

通过启动命令中的-device strng，我们在IDA中搜索strng相关函数，可以看到相应的函数。

首先是设备的结构体STRNGState 的定义：
在local_type窗口找到了

可以看到它里面存在一个regs数组，大小为256（64*4），后面跟三个函数指针。

pci_strng_register_types会注册由用户提供的TypeInfo，查看该函数并找到了它的TypeInfo，跟进去看到了strng_class_init以及strng_instance_init函数。

然后先看strng_class_init函数，代码如下（将变量k的类型设置为PCIDeviceClass*）：

可以看到class_init中设置其device_id为0x11e9，vendor_id为0x1234。对应到上面lspci得到的信息，可以知道设备为00:03.0，查看其详细信息：

可以看到有MMIO地址为0xfebf1000，大小为256；PMIO地址为0xc050，总共有8个端口。

然后查看resource文件：

resource0对应的是MMIO，而resource1对应的是PMIO。resource中数据格式是start-address end-address flags。

也可以查看/proc/ioports来查看各个设备对应的I/O端口，/proc/iomem查看其对应的I/O memory地址（需要用root帐号查看，否则看不到端口或地址）：

/sys/devices其对应的设备下也有相应的信息，如deviceid和vendorid等：

然后去看pci_strng_realize，该函数注册了MMIO和PMIO空间，包括mmio的操作结构strng_mmio_ops及其大小256；pmio的操作结构体strng_pmio_ops及其大小8。注意将第一个参数类型改为STRNGState *。

strng_mmio_ops中有访问mmio对应的strng_mmio_read以及strng_mmio_write；strng_pmio_ops中有访问pmio对应的strng_pmio_read以及strng_pmio_write，下面将详细分析这两部分，一般来说，设备的问题也容易出现在这两个部分。

注意第一个参数类型改为STRNGState *，读入addr将其右移两位，作为regs的索引返回该寄存器的值。

注意第一个参数类型改为STRNGState *。

当size等于4时，将addr右移两位得到寄存器的索引i，并提供4个功能：
当i为0时，调用srand函数但并不给赋值给内存。
当i为1时，调用rand得到随机数并赋值给regs[1]。
当i为3时，调用rand_r函数，并使用regs[2]的地址作为参数，并最后将返回值赋值给regs[3]。
其余则直接将传入的val值赋值给regs[i]。
看起来似乎是addr可以由我们控制，可以使用addr来越界读写regs数组。即如果传入的addr大于regs的边界，那么我们就可以写到后面的函数指针了。但是事实上是不可以的，前面已经知道了mmio空间大小为256，我们传入的addr是不能大于mmio的大小；因为pci设备内部会进行检查，而刚好regs的大小为256，所以我们无法通过mmio进行越界写。

实现对MMIO空间的访问，比较便捷的方式就是使用mmap函数将设备的resource0文件映射到内存中，再进行相应的读写即可实现MMIO的读写，典型代码如下：

通过前面的分析我们知道strng有八个端口，端口起始地址为0xc050，相应的通过strng_pmio_read和strng_pmio_write去读写。

当端口地址为0时直接返回opaque->addr，否则将opaque->addr右移两位作为索引i，返回regs[i]的值，比较关注的是这个opaque->addr在哪里赋值，它在下面的strng_pmio_write中被赋值。

当size等于4时，以传入的端口地址为判断提供4个功能：
当端口地址为0时，直接将传入的val赋值给opaque->addr。
当端口地址不为0时，将opaque->addr右移两位得到索引i，分为三个功能：
i为0时，执行srand，返回值不存储。
i为1时，执行rand并将返回结果存储到regs[1]中。
i为3时，调用rand_r并将regs[2]作为第一个参数，返回值存储到regs[3]中。
否则直接将val存储到regs[idx]中。
可以看到PMIO与MMIO的区别在于索引regs数组时，PMIO并不是由直接传入的端口地址addr去索引的；而是由opaque->addr去索引，而opaque->addr的赋值是我们可控的（端口地址为0时，直接将传入的val赋值给opaque->addr）。因此regs数组的索引可以为任意值，即可以越界读写。
越界读则是首先通过strng_pmio_write去设置opaque->addr，然后再调用pmio_read去越界读。
越界写则是首先通过strng_pmio_write去设置opaque->addr，然后仍然通过pmio_write去越界写。

UAFIO描述说有三种方式访问PMIO，这里仍给出一个比较便捷的方法去访问，即通过IN以及 OUT指令去访问。可以使用IN和OUT去读写相应字节的1、2、4字节数据（outb/inb, outw/inw, outl/inl），函数的头文件为<sys/io.h>，函数的具体用法可以使用man手册查看。
还需要注意的是要访问相应的端口需要一定的权限，程序应使用root权限运行。对于0x000-0x3ff之间的端口，使用ioperm(from, num, turn_on)即可；对于0x3ff以上的端口，则该调用执行iopl(3)函数去允许访问所有的端口（可使用man ioperm 和man iopl去查看函数）。
典型代码如下：

首先使用strng_pmio_write设置opaque->addr，即当addr为0时，传入的val会直接赋值给opaque->addr；然后再调用strng_pmio_read，就会去读regs[val>>2]的值，实现越界读，代码如下：

仍然是首先使用strng_pmio_write设置opaque->addr，即当addr为0时，传入的val会直接赋值给opaque->addr；然后调用strng_pmio_write，并设置addr为4，即会去将此次传入的val写入到regs[val>>2]中，实现越界写，代码如下：

使用strng_mmio_write将cat /root/flag写入到regs[2]开始的内存处，用于后续作为参数。
使用越界读漏洞，读取regs数组后面的srand地址，根据偏移计算出system地址。
使用越界写漏洞，覆盖regs数组后面的rand_r地址，将其覆盖为system地址。
最后使用strng_mmio_write触发执行opaque->rand_r(&opaque->regs[2])函数，从而实现system("cat /root/flag")的调用，拿到flag。

将完整流程描述了一遍以后，再说下怎么调试。
sudo ./launsh.sh将虚拟机跑起来以后，在本地将exp用命令make编译通过，makefile内容比较简单：

原来的exp存在以下问题，经过改造成功执行。

第二种exp

然后host使用命令
scp -P5555 exp ubuntu@127.0.0.1:/home/ubuntu
将exp拷贝到虚拟机中。
若要调试qemu以查看相应的流程，host机器可以使用
ps -ax|grep qemu
找到相应的进程；再
sudo gdb ./qemu-system-x86_64 -p pidof qemu-system-x86_64
上去，然后在里面下断点查看想观察的数据，示例如下：
发现经常会因为stop signal断下，所以加上
handle SIGSTOP nostop

断点如下：
b strng_pmio_write
b strng_pmio_read
b strng_mmio_write
b strng_pmio_read
然后在虚拟机中执行sudo ./exp执行exp，就可以愉快的调试了。

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