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[原创]CSAW'18 CTF (reverse)- kvm
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发表于: 2023-5-14 17:04
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一道关于kvm（kernel-based virtual machine）逆向的ctf题目
在介绍题目前，先给出一些关于kvm的前置知识：
1.KVM全称是kernel-based virtual machine（基于内核的虚拟机）。它包含一个为处理器提供底层虚拟化，可加载的核心模块kvm.ko，CPU 状态存储在 KVM 虚拟机的 VCPU 中，内存状态存储在虚拟机的 RAM 中，设备状态存储在虚拟机的 I/O 端口中。。
2.QEMU： KVM 虚机使用的 QEMU 代码，运行在用户空间，提供硬件 I/O 虚拟化，通过 IOCTL /dev/kvm 设备和 KVM 交互
分析二进制文件逻辑
第一步 我们看到ida里有一个main函数，先查看内容
发现分别调用了sub_AA0 sub_CAE sub_12BD
sub_AA0
打开设备“/dev/kvm”，获取kvm句柄
传递文件描述符作为 ioctl 系统调用的参数，获取虚拟机版本号
ioctl(kvm_state->fd, KVM_GET_API_VERSION, 0)
创建虚拟机
其中fd是与在 vm_init 中创建的虚拟机关联的文件描述符
sub_CAE
创建vcpu，，为vCPU分配内存空间，并将内存空间映射到用户态 （vcpu结构是一个虚拟cpu，成员kvm_run是用于在内核和用户空间之间传递CPU 信息的结构）
1 2 | cpu->kvm_run = mmap(NULL, mmap_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, cpu->kvm_fd, 0); |
sub_12BD
易看出此处为来获取虚拟 CPU 的所有寄存器值
1 | ioctl(cpu->kvm_fd, KVM_SET_SREGS, &sregs) |
我们去逆向失败的地方看一下
发现程序以0x4090AE82 作为请求调用ioctl来为虚拟 CPU 设置新的寄存器值
查看sub_202174函数
关键点：比较用户输入
反汇编为地址2174处的函数调用
进行I/O，端口为0xE9直接向主机控制台发送文本。
线程进入循环，并捕获虚拟机退出原因，做相应的处理。虚拟机遇到IO操作，访问硬件设备，会退出执行，并将CPU执行上下文返回到QEMU。
下面给出kvm_run结构介绍
1 2 3 4 5 6 7 | struct kvm_run { __u8 request_interrupt_window; //向VCPU注入一个中断，让VCPU做好相关准备工作 … __u8 ready_for_interrupt_injection; //响应request_interrupt_window的中断请求，当设置时，说明VCPU可以接收中断。 __u8 if_flag; //中断使能标识，如果使用了APIC，则无效 struct { __u64 hardware_exit_reason; //当发生VM-Exit时，该字段保存了由于硬件原因导致VM-Exit的相关信息。 |
转到下一个函数
这个函数判断上一个函数返回的值，为0，返回wrong退出
去地址1300h查看，发现是一个二叉树
返回查看sub_202354
结合前面对cpu的寄存器的操作，我们转到地址为0x3493310D 
反汇编这段代码：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | def decode(c, root):if root.value == 0xFF:ret = decode(c, root.left)if ret == 1:write_bit(0)return 1else:ret = decode(c, root.right)if ret == 1:write_bit(1)return 1else:return 0else:if c == root.value:return 1else:return 0 |
我们发现这段代码为霍夫曼编码（霍夫曼编码使用变长编码表对源符号进行编码，编码表通过评估来源符号出现机率的方法得到的，出现机率高的字母用较短的编码，出现机率低的则用较长的编码，使编码之后的字符串的平均长度、期望值降低）
wirte_bit（用户输入的值）从地址0x1300开始写入，并用 memcmp函数进行比较，此处就是解题的关键点。
解题代码
用霍夫曼解码算法来解压缩密码，下面的类表示一个节点，它有两个子节点（左、右）和一个值。成员 id 是负载文件中节点结构的地址。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 | import structclass HuffmanNode: def __init__(self, value=None): self.value = value self.left = None self.right = Nonedef read_qword(file, addr): file.seek(addr) dword = struct.unpack("<Q", file.read(8))[0] return dworddef build_huffman_tree(file): root_addr = 0x1300 root_value = read_qword(file, root_addr) root = HuffmanNode(root_value) def build_tree(node): if node.value == 0xFF: left_addr = read_qword(file, node.id + 8) right_addr = read_qword(file, node.id + 16) if left_addr != 0 and left_addr < 0x1310: left_node = HuffmanNode() node.left = left_node left_node.id = left_addr left_value = read_qword(file, left_addr) left_node.value = left_value build_tree(left_node) if right_addr != 0 and right_addr < 0x1310: right_node = HuffmanNode() node.right = right_node right_node.id = right_addr right_value = read_qword(file, right_addr) right_node.value = right_value build_tree(right_node) build_tree(root) return rootdef read_compressed_data(file): file.seek(0x580) data = file.read(0x54A) binarystring = "" for c in data: binarystring += format(ord(c), "08b") return binarystringdef decode_huffman_data(binarystring, root): current_node = root decoded_data = "" for bit in binarystring: if bit == "0": current_node = current_node.left elif bit == "1": current_node = current_node.right if current_node.value is not None: decoded_data += chr(current_node.value) current_node = root return decoded_datadef main(): with open("payload.bin", "rb") as f: huffman_tree = build_huffman_tree(f) binarystring = read_compressed_data(f) decoded_data = decode_huffman_data(binarystring, huffman_tree) print(decoded_data)if __name__ == "__main__": main() |
得到的：flag{who would win? 100 ctf teams or 1 obfuscat3d boi?}
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