JIT Spraying / Return-Oriented Programming (ROP) 对 V8 引擎的攻击原理。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

好的，各位观众，欢迎来到今天的V8引擎安全讲座！今天我们要聊点刺激的：JIT Spraying和Return-Oriented Programming (ROP) 如何联手攻击V8引擎。准备好了吗？让我们开始吧！

开场白：V8引擎的爱与恨

V8，Chrome和Node.js的核心，是JavaScript引擎界的明星。它速度快，功能强，但同时也吸引了安全研究人员和黑客的目光。为什么？因为性能优化往往意味着安全风险。 JIT (Just-In-Time) 编译就是其中一个例子。

第一部分：JIT编译：速度与激情

JIT编译，简单来说，就是把JavaScript代码“翻译”成机器码，让它直接在CPU上跑，而不是通过解释器一行行执行。这大大提高了速度，但同时也引入了新的攻击面。

解释器 vs. JIT编译器

特性	解释器	JIT编译器
执行方式	逐行解释执行	编译成机器码直接执行
性能	慢	快
内存占用	低	高
安全性	相对安全 (但仍有漏洞)	风险较高 (编译后的代码更容易被利用)

JIT编译的流程
1. JavaScript代码提交给V8引擎。
2. V8引擎的Parser将代码解析成抽象语法树 (AST)。
3. Interpreter解释执行AST，并收集性能信息。
4. 如果某段代码（比如一个函数）执行次数足够多，V8会认为它是“热点代码”。
5. 编译器（TurboFan）将热点代码编译成优化后的机器码。
6. 执行优化后的机器码。

第二部分：JIT Spraying：打造你的“内存游乐场”

JIT Spraying是一种内存填充技术。攻击者在内存中“喷洒”大量的恶意代码，希望目标程序能“落入”这些代码中并执行。在V8引擎中，JIT Spraying通常与JIT编译机制结合使用。

原理
1. 攻击者构造恶意的JavaScript代码，这段代码最终会被JIT编译器编译成机器码。
2. 攻击者通过大量的JavaScript代码，迫使V8引擎分配大量的内存，并在这些内存中存储编译后的恶意机器码。
3. 攻击者试图控制程序的执行流程，使其跳转到这些恶意代码的地址。
示例代码 (JavaScript)

// 喷洒的Shellcode
var shellcode = new Uint8Array([
    0x48, 0x31, 0xC0,       // xor rax, rax
    0x50,                   // push rax
    0x48, 0xBB, 0x2F, 0x62, 0x69, 0x6E, 0x2F, 0x73, 0x68, 0x00, // mov rbx, "/bin/sh"
    0x53,                   // push rbx
    0x48, 0x89, 0xE7,       // mov rdi, rsp
    0x48, 0x31, 0xD2,       // xor rdx, rdx
    0x48, 0x31, 0xF6,       // xor rsi, rsi
    0x48, 0x83, 0xC0, 0x3B, // add rax, 59
    0x0F, 0x05                // syscall
]);

// 创建一个巨大的数组，填充Shellcode
var spraySize = 0x10000; // 喷洒的大小
var spray = [];

for (var i = 0; i < spraySize; i++) {
    var buffer = new ArrayBuffer(0x1000); // 每个buffer的大小
    var view = new Uint8Array(buffer);
    for (var j = 0; j < view.length; j++) {
        view[j] = shellcode[j % shellcode.length]; // 循环填充shellcode
    }
    spray.push(buffer);
}

// 触发JIT编译 (可选，但通常需要)
function triggerJIT() {
    for (var i = 0; i < 10000; i++) {
        // 一些简单的计算，让JIT编译器认为这段代码是热点代码
        var a = i * 2 + 1;
    }
}

triggerJIT();

// 寻找合适的地址跳转 (ROP链的一部分，稍后解释)
// ...

代码解释
- shellcode：这是一段简单的Shellcode，用于执行/bin/sh。
- spraySize：控制喷洒的大小，即分配多少内存。
- spray：一个数组，用于存储分配的内存块。
- triggerJIT：一个函数，用于触发JIT编译，确保恶意代码被编译成机器码。
注意事项
- Shellcode需要根据目标架构进行调整。
- spraySize和buffer的大小需要根据目标环境进行调整，以最大化喷洒的成功率。
- 喷洒的地址通常是不可预测的，因此需要结合ROP技术来控制程序的执行流程。

第三部分：Return-Oriented Programming (ROP)：化腐朽为神奇

ROP是一种高级的攻击技术，它允许攻击者在没有可执行代码的情况下，通过利用程序中已有的代码片段 (gadgets) 来执行任意操作。

原理
1. 攻击者在程序中寻找一些短小的代码片段 (gadgets)，这些代码片段以ret指令结尾。
2. 攻击者将这些gadgets的地址按照一定的顺序排列，构造一个ROP链。
3. 攻击者覆盖程序的返回地址，使其指向ROP链的起始地址。
4. 当程序执行ret指令时，它会跳转到ROP链中的下一个gadget，从而执行攻击者预先设定的操作。
ROP链的构造
- 寻找gadgets：可以使用工具 (如ROPgadget) 在程序中寻找gadgets。
- 分析gadgets：理解每个gadget的功能，并选择合适的gadgets来完成攻击目标。
- 构造ROP链：将gadgets的地址按照一定的顺序排列，并准备好gadgets需要的参数。
示例：绕过DEP (Data Execution Prevention)

DEP是一种安全机制，用于防止程序在数据区域执行代码。 ROP可以用来绕过DEP，方法是调用VirtualProtect函数，将包含Shellcode的内存区域设置为可执行。
- ROP链 (伪代码)
```
rop_chain = [
    address_of_pop_rdi,  // pop rdi; ret
    address_of_shellcode, // rdi = shellcode的地址
    address_of_pop_rsi,  // pop rsi; ret
    0x1000,              // rsi = size (shellcode的大小)
    address_of_pop_rdx,  // pop rdx; ret
    0x40,                // rdx = PAGE_EXECUTE_READWRITE
    address_of_VirtualProtect, // VirtualProtect的地址
    address_of_ret       // ret
    address_of_shellcode  // shellcode的地址
];
```
- 代码解释
  - pop_rdi; ret：将栈顶的值弹出到RDI寄存器中，然后执行ret指令。
  - pop_rsi; ret：将栈顶的值弹出到RSI寄存器中，然后执行ret指令。
  - pop_rdx; ret：将栈顶的值弹出到RDX寄存器中，然后执行ret指令。
  - VirtualProtect：Windows API函数，用于修改内存区域的保护属性。
  通过构造这个ROP链，我们可以将包含Shellcode的内存区域设置为可执行，然后跳转到Shellcode的地址执行。

第四部分：JIT Spraying + ROP：完美结合

JIT Spraying和ROP可以结合使用，形成强大的攻击手段。

攻击流程
1. JIT Spraying：使用JIT Spraying技术，在内存中“喷洒”大量的Shellcode。
2. 信息泄露 (可选)：如果需要，可以使用信息泄露技术获取一些关键地址 (如libc的基址，或者V8引擎的内部地址)。
3. ROP链构造：构造ROP链，用于绕过安全机制 (如DEP，ASLR)。
4. 控制执行流程：覆盖程序的返回地址，使其指向ROP链的起始地址。
5. 执行Shellcode：ROP链的最终目的是跳转到Shellcode的地址执行。
V8引擎的挑战
- V8引擎的地址空间布局是动态的，这使得ROP链的构造更加困难。
- V8引擎使用了多种安全机制，如Code Pointer Integrity (CPI)，用于防止代码指针被篡改。

第五部分：V8引擎的安全防御

V8引擎一直在努力提高自身的安全性，防止JIT Spraying和ROP攻击。

Code Pointer Integrity (CPI)

CPI是一种安全机制，用于防止代码指针被篡改。 CPI通过对代码指针进行加密，确保只有V8引擎才能修改代码指针的值。
Address Space Layout Randomization (ASLR)

ASLR是一种内存保护技术，用于随机化程序的地址空间布局。这使得攻击者难以预测关键代码和数据的地址，从而增加了攻击的难度。
Sandboxing

V8引擎运行在一个沙箱环境中，限制了其对系统资源的访问。这可以防止攻击者通过V8引擎执行恶意操作。
定期更新

V8引擎会定期发布安全更新，修复已知的漏洞。保持V8引擎的更新是防御JIT Spraying和ROP攻击的重要手段。

第六部分：案例分析

CVE-2020-6418：V8引擎中的类型混淆漏洞

这是一个真实的案例，展示了JIT Spraying和ROP如何被用于攻击V8引擎。该漏洞允许攻击者通过构造恶意的JavaScript代码，触发类型混淆漏洞，然后利用JIT Spraying和ROP来执行任意代码。
- 漏洞描述：V8引擎在处理某些类型的对象时，没有正确地进行类型检查，导致类型混淆。
- 攻击过程：
  1. 攻击者构造恶意的JavaScript代码，触发类型混淆漏洞。
  2. 攻击者使用JIT Spraying技术，在内存中“喷洒”大量的Shellcode。
  3. 攻击者使用ROP链绕过DEP和ASLR。
  4. 攻击者跳转到Shellcode的地址执行，从而获得系统的控制权。

总结：攻防永无止境

JIT Spraying和ROP是强大的攻击技术，可以被用于攻击V8引擎。然而，V8引擎也在不断地提高自身的安全性，防御这些攻击。攻防双方的博弈永无止境。作为安全研究人员，我们需要不断学习新的攻击技术，并研究新的防御方法，以确保Web安全。

最后，一点幽默

希望今天的讲座没有让你感到头晕脑胀。记住，安全不是一蹴而就的，而是一个持续不断的过程。就像JavaScript一样，总有一些意想不到的坑等着我们去填。保持好奇心，不断学习，才能在这个充满挑战的世界里生存下去！

感谢大家的观看！我们下次再见！

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