PWN——uaf漏洞学习

PWN——uaf漏洞

1.uaf漏洞原理

　　在C语言中，我们通过malloc族函数进行堆块的分配，用free()函数进行堆块的释放。在释放堆块的过程中，如果没有将释放的堆块置空，这时候，就有可能出现use after free的情况。这里我写了一个demo

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
typedef struct demo
{    
    char *s;
    void(*func)(char *);
}DEMO;
void eval(char command[])
{
    system(command);
}
void echo(char content[])
{
    printf("%s",content);
}
int main()
{
    DEMO*p1;
    DEMO*p2;
    p1=(DEMO*)malloc(sizeof(struct demo));
    p1->s="I will tell you what's uaf.";
    printf("%s
",p1->s);
    printf("p1 malloc address:%p
",p1);
    p1->func=echo;
    p1->func("use after free!
");

    free(p1);
    p1->s="~Heihei~";
    printf("%s
",p1->s);
    p2=(DEMO*)malloc(sizeof(struct demo));
    p2->func=eval;
//    p1->func=eval;
    printf("p2 malloc address:%p
",p2);
    p2->func("whoami");

    p1=NULL;
    printf("Now,I can't use address of p1.");
    p2->func("whoami");
    return 0;
}

运行的结果如下图所示　　

　　可以看出，在free()堆块之后，没有将堆块置空，堆块处于悬空状态，导致被free掉的堆块依然可以被使用。同时，如果我们申请相同大小的堆块的话，由于ptmalloc的堆管理机制，重新分配的堆块的位置和我们释放的堆块地址是一样的。但是，在将p1置空之后，再次使用堆块的时候，就会报出段错误。

　　其实，一般的uaf漏洞利用，和我们上图的demo也是类似的，都是定义一个结构体，结构体中有一个函数指针，然后free，将chunk添加进fastbin，再次分配相同大小的内存块，这时候分配的就是刚才free掉悬空的堆块，然后改写函数指针，劫持数据流，配合不同的函数指针，可以实现任意地址读，任意地址写，以及命令执行。

注：这里第二次分配内存的时候，我们一般分配相同数据类型。比如上面的例子中，第一个释放的堆块p1的是DEMO类型的结构体，第二次分配的时候，我们们分配的p2也是一个DEMO类型的结构体，这种情况下，p2一定用的是之前p1的内存。但是在有些情况下，如果我们分配的数据类型不同，但是前后分配大小相同，也可能造成堆块的再次利用。

2.例题

这道例题，是pwnable.kr上的uaf这道题目，源码如下。

#include <fcntl.h>
#include <iostream> 
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
using namespace std;

class Human{
private:
    virtual void give_shell(){
        system("/bin/sh");
    }
protected:
    int age;
    string name;
public:
    virtual void introduce(){
        cout << "My name is " << name << endl;
        cout << "I am " << age << " years old" << endl;
    }
};

class Man: public Human{
public:
    Man(string name, int age){
        this->name = name;
        this->age = age;
        }
        virtual void introduce(){
        Human::introduce();
                cout << "I am a nice guy!" << endl;
        }
};

class Woman: public Human{
public:
        Woman(string name, int age){
                this->name = name;
                this->age = age;
        }
        virtual void introduce(){
                Human::introduce();
                cout << "I am a cute girl!" << endl;
        }
};

int main(int argc, char* argv[]){
    Human* m = new Man("Jack", 25);
    Human* w = new Woman("Jill", 21);

    size_t len;
    char* data;
    unsigned int op;
    while(1){
        cout << "1. use
2. after
3. free
";
        cin >> op;

        switch(op){
            case 1:
                m->introduce();
                w->introduce();
                break;
            case 2:
                len = atoi(argv[1]);
                data = new char[len];
                read(open(argv[2], O_RDONLY), data, len);
                cout << "your data is allocated" << endl;
                break;
            case 3:
                delete m;
                delete w;
                break;
            default:
                break;
        }
    }

    return 0;    
}

　　之前没看过C++，花了点时间把C++的类与面向对象的一些知识学习了一下。

·　  先看主函数，主函数中实现了分配堆块，释放堆块，以及从读入数据的功能。然后再看定义的几个类，Human是定义的一个基类，Man和Woman是定义的派生类，Human中public和protected定义的函数和变量可以在后面被子类继承和访问。但是定义的私有的give_shell虚函数，我们是无法在外部调用的，也无法通过子类来访问。只能通过Human类中定义的函数来调用。

我们这里需要一些预备知识：C++的类中有序函数的时候，会生成一个虚表vtable，编译器会生成一个vptr指针指向vtable(不管基类中有多少虚函数,只有一个_vptr指针指向vtable；多态继承时，继承了多个父类，相应就会又多个vtable）。对于共有成员变量来说，虚函数可以被子类同名函数重新调用，子类中有同名函数的时候，子类的vatble中指向基类虚函数的函数指针变为指向子类同名函数。对于私有成员来说，他的函数指针会保留在子类的vtable中（但是子类不是继承私有成员）。所以对于上面的源码来讲，Man类和Woman类的vtable中，introduce函数指针指不同，但是give_shell函数指针是相同的。我们可以再深入思考一下：vtable保留在哪里？通过IDA我们可以看出，vtable是保留在rodata段的。vtable保留着类的虚函数指针，它应该在编译前就完成，相应的它肯定不在代码段，bss段和data段分别保留的是未初始化和初始化后的局部变量，全局变量以及静态变量，所以vtable也不会在bss段或者data段。这样看来，vtable和字符串常量一样，保留在全局数据段是合理的。

 

这几张图片是从sakura师傅的博客取下来的，这里贴出来，大家可以看一下

       

　　对于这道题而言，类比C程序中利用的步骤，我们应改首先创建堆块，然后通过case3释放堆块，但使堆指针悬空，最后通过case2，读入文件内容，覆写类的函数指针，劫持数据流。

　　打开IDA，main函数的伪代码中可以得知，Man和Woman对象分配的堆的大小为0x18个字节。

　　我们首先通过调试，找到相应的虚表函数，要找到虚表函数，就要先找到Man的构造函数。

找到Man的构造函数之后进入，会发现调用Human的构造函数（因为Man作为子类要继承父类），所以这时候继续单步，可以在寄存器窗口看见调用give_shell函数的地址

 找vtable的话，进入IDA，到rodata段。

Man类vtable表，give_shell的函数指针的地址为0x401570。现在要具体关注一下堆块内部的内存布局，以便在后面有效地覆盖函数指针。

0x40117a是give_shell函数地址，0x4012d2是introduce函数地址。

按照C++实例化类的内存分配的规则，类中有虚函数的时候，分配的对象的内存数据中，前8个字节是_vptr指针，这个指针指向vtable表，以后是成员变量的内存数据（这里应该只是成员变量的内存数据，不包括成员函数，所有函数都是定义在text段的）。

vptr指向的地址，是vtable表的地址，vtable表上存储的是虚函数的地址。

case2的时候填充的数据就应该是把前8个字节修改

case1调用intreduce函数的代码如下

v13和v14应该分别是Man对象和Woman对象的vptr指针，前面看到过，give_shell函数地址在0x401570地址处，我们向文件中写入0x401570-8的地址。

这里要注意的是，再次分配地址的时候，由于最后delete的是Woman对象的地址，第一次写入的是之前Woman的地址，第二次才是写入到Man对象地址的vtable表上。

 

终于是写完了这篇博客。。。

C++和堆的很多知识我绝对理解的不是很到位，是要不断学习的，但是这道题是看着博客，跌跌撞撞做出来了。写出来是为了加深印象，如果哪里有说的不对的地方，还希望路过的师傅们能过及时指出来，谢过师傅们了。