Dance In Heap（二）：一些堆利用的方法（上）

0×00 前面的话

在前面的文章里我们稍微有点啰嗦的讲解了堆中的一些细节，包括malloc、free的详细过程，以及一些检查保护机制，那在这篇文章里，我们就开始结合这些机制，以64位为例来看一看如何对堆进行攻击。本篇文章稍微讲解了一下UAF漏洞，然后根据源码分析了一下哪些地方使用了 unlink 宏，将unlink漏洞与其他的 chunk 释放操作做了一下区分并分析了unlink漏洞，最后讲解了另外一种利用 chunk 从 bin 中释放但不同于unlink的漏洞 unsortedbin attack。

本篇文章目录

0x01 Use After Free
0x02 Unlink
0x03 unsortedbin attack
0x04 小结

0×01 Use After Free

要学习堆中的漏洞，最基础不过的就是这个 UAF 了，UAF 漏洞原理很简单，就是在 free 掉 chunk 后，指向该 chunk 的指针还能正常使用

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
struct shell {
    void (*getshell)();
};
struct data {
    int data;
};
void test_getshell(){
    printf("I get the shell\n");
}
int main () {
struct shell *p;
p = (struct shell*)malloc(sizeof(struct shell));
p->getshell = test_getshell;
free(p);
struct data *q;
q = (struct data*)malloc(sizeof(struct data));
q->data = 1234;
p->getshell();
return 0;
}

编译运行一下

Legend: code, data, rodata, value
Stopped reason: SIGSEGV
0x00000000000004d2 in ?? ()

我们可以看到 p 指向的函数地址被我们用1234给替换掉了，这就意味着我们能够利用这样一个漏洞控制 rip 寄存器，执行指令。

0×02 unlink

unlink漏洞想必大家都不陌生，在前面我们提到过，系统通过 unlink 宏将 free chunk 从链表中取出，但是我在这里强调一下，并非所有从链表中取出 chunk 的操作都利用到了 unlink 宏，要知道，我们在 malloc 时，也多次将 chunk 从 bin 中取出，我想结合部分源码（只截取了取出部分的代码）来强调一下 unlink 的使用状况。

在 malloc 操作中，我们多次进行了 bin 之间的转移，具体如下

1. 从 fastbin 中取出 chunk

   mfastbinptr* fb = &fastbin (av, idx);
   victim = *fb;
   *fb = victim->fd;
   

2. 从 unsortedbin 中取出 chunk

   victim = unsorted_chunks(av)->bk
   bck = victim->bk;
   unsorted_chunks(av)->bk = bck;
   bck->fd = unsorted_chunks(av);
   

3. 从 unsortedbin 向 smallbin 转移 chunk

   if (in_smallbin_range(size)) {
   victim_index = smallbin_index(size);
   bck = bin_at(av, victim_index);
   fwd = bck->fd;
   

4. 从 unsortedbin 向 largebin 转移 chunk

   mark_bin(av, victim_index);
   victim->bk = bck;
   victim->fd = fwd;
   fwd->bk = victim;
   bck->fd = victim;
   

5. 从 smallbin 中取出 chunk

   idx = smallbin_index(nb);
   bin = bin_at(av,idx);
   victim = last(bin);
   bck = victim->bk;
   bin->bk = bck;
   bck->fd = bin;
   

6. 从 largebin 中取出 chunk

   unlink(victim, bck, fwd);
   

7. 合并 fastbin 中 chunk 并加入到 unsortedbin 中(单向链表，bk指针需要获取)

   prevsize = p->prev_size;
   size += prevsize;
   p = chunk_at_offset(p, -((long) prevsize));115
   unlink(p, bck, fwd);
   ......
   size += nextsize;
   unlink(nextchunk, bck, fwd);
   

   我们发现不仅仅在 free 时进行向前向后合并时使用 unlink 宏，在 malloc 时也会有零星的 unlink 使用，而且一定要注意，上面的除了6、7外，在进行取出 chunk 操作时，并没有进行 unlink，所以在对这一部分进行漏洞利用时，不需要考虑 unlink 的检查。

现在言归正传，来看看 unlink 漏洞。

#define unlink(P, BK, FD) {
FD = P->fd;
BK = P->bk;
if (__builtin_expect (FD->bk != P || BK->fd != P, 0))
malloc_printerr (check_action, "corrupted double-linked list", P);
else {
FD->bk = BK;
BK->fd = FD;

上面所示是 unlink 宏的主要实现，我们现在设想申请两个chunk，并利用第一个chunk溢出到第二个chunk的size位，将第一个chunk的 inuse 位改写为 free状态，这时候我们再free第二个chunk，此时系统通过第二个chunk的size检查第一个chunk，发现他是free状态，那么这时候就会使用unlink将第一块chunk从bin中释放出来并与第二块合并

a = malloc(0x20)
b = malloc(0x20) // b.size = 0x20 + chunk_header | inuse(0x01) == 0x31
a[0x20+4] = 0x30 // 覆盖 inuse 位
free(b) // 检查inuse位，发现 a 为 free，执行 unlink，合并两个 chunk

这时候其实a并没有在 bin 中，但是如果我们对 a 的前两个元素（即”fd”、”bk”）进行构造，那么就可以造成任意地址写入。

首先我们需要绕过检查,我们进行一个小小的计算

    P->bk->fd == P // [P+0x18]+0x10 == P [P+0x18] == P-0x10
    P->fd->bk == P // [P+0x10]+0x18 == P [P+0x10] == P-0x18

发现我们只需要在 b 的”fd”指针处放入 b-0×18,在”bk”指针处放入 b-0×10,即可绕过检查

执行完 unlink宏后，我们的b变成了这样

    FD->bk = BK   *P = P - 0x10(0x8)
    BK->fd = FD   *P = P - 0x18(0xc) // 这一步覆盖上一步

也就是说 现在 b 处存放着 b-0×18 的地址，这时候我们再向 b 写入数据也就是向 b-0×18 处写入数据了

--------|-------|
    b   |       |----
--------|-------|    |
  ····· |       |    |
--------|-------|    |
 b-0x18 |       |<---
--------|-------|

这时候我们通过两次写入来造成任意地址写入，第一次写入0×18个字节，最后几位放入要写入的地址

--------|-------|      |-------|
    b   |address|----> |  写入 |
--------|-------|      |-------|
  ····· |       |
--------|-------|
 b-0x18 | AAAA  |
--------|-------|

我们再次写入时，就是修改该地址处的数据了，比如修改got表什么的

0×03 unsortedbin attack

对 unsortedbin 的攻击主要利用从 unsortedbin 中取出 chunk 的操作来进行向任意位置写入一个不可控的指针,注意这里，从unsortedbin链表中取出chunk并不是使用unlink宏，所以不需要绕过 unlink 检查。首先我们需要创建两个 chunk 来避免 free 第一个 chunk 时将该 chunk 并入 top chunk,并且第一个 chunk 要足够大，确保其能进入到 unsortedbin中

p = malloc(0x400)
malloc(0x200)

然后将 p free掉，此时 p 进入到 unsortedbin中,然后改写其的 bk 指针,并malloc

free(p)
p[1] = 0xdeadbeef-0x10 // 任意地址 - 0x10
malloc(0x400)

我们看一下从 unsortedbin 中取出 chunk 的操作

victim = unsorted_chunks(av)->bk // victim为free掉的p
bck = victim->bk;  // bck 为 任意地址 -0x10
unsorted_chunks(av)->bk = bck; // 调整链表
bck->fd = unsorted_chunks(av); //  任意地址 -0x10 + 0x10 = unsortedbin

这个漏洞自由度较小，不过可以用来修改一些阈值，例如更改libc中的max_fast，从而使得任意分配都使用fastbin来实现，为其他漏洞提供方案。

0×04 小结

在这次的文章中，我们简单的讲解了一下UAF漏洞，然后主要对从 bin 中释放 chunk 时的操作进行了漏洞利用，包括经典的 unlink，当然我们也结合源码分析了一下它的使用状况，以及非unlink式的chunk释放，unsortedbin attack。