C#非托管泄漏中HEAP_ENTRY的Size对不上是怎么回事？
一：背景
1. 讲故事
前段时间有位朋友在分析他的非托管泄漏时，发现NT堆的_HEAP_ENTRY 的 Size 和 !heap 命令中的 Size 对不上，来咨询是怎么回事？ 比如下面这段输出：
0:000> !heap 0000000000550000 -a
Index Address Name Debugging options enabled
1: 00550000
Heap entries for Segment00 in Heap 0000000000550000
address: psize . size flags state (requested size)
0000000000550000: 00000 . 00740 [101] - busy (73f)
0000000000550740: 00740 . 00110 [101] - busy (108)
0:000> dt nt!_HEAP_ENTRY 0000000000550740
ntdll!_HEAP_ENTRY
+0x000 UnpackedEntry : _HEAP_UNPACKED_ENTRY
+0x000 PreviousBlockPrivateData : (null)
+0x008 Size : 0xa6a7
+0x00a Flags : 0x33 '3'
+0x00b SmallTagIndex : 0x75 'u'
...
从输出中可以看到，用 !heap 命令的显示 0000000000550740 的 size=0x00110 ，而 dt 显示的 size=0xa6a7，那为什么这两个 size 不一样呢？ 毫无疑问 !heap 命令中显示的 0x00110 是对的，而 0xa6a7 是错的，那为什么会错呢？ 很显然 Windows 团队并不想让你能轻松的从 ntheap 上把当前的 entry 给挖出来，所以给了你各种假数据，言外之意就是 size 已经编码了。
原因给大家解释清楚了，那我能不能对抗一下，硬从NtHeap上将正确的size给推导出来呢？ 办法肯定是有办法的，这篇我们就试着聊一聊。
二：如何正确推导
1. 原理是什么？
其实原理很简单，_HEAP_ENTRY 中的 Size 已经和 _HEAP 下的 Encoding 做了异或处理。
0:004> dt nt!_HEAP
ntdll!_HEAP
...
+0x07c EncodeFlagMask : Uint4B
+0x080 Encoding : _HEAP_ENTRY
...
那如何验证这句话是否正确呢？接下来启动 WinDbg 来验证下，为了方便说明，先上一段测试代码。
int main()
{
for (size_t i = 0; i < 10000; i++)
{
int* ptr =(int*) malloc(sizeof(int) * 1000);
printf("i=%d \n",i+1);
Sleep(1);
}
getchar();
}
既然代码中会用到 Encoding 字段来编解码size，那我是不是可以用 ba 在这个内存地址中下一个硬件条件，如果命中了，就可以通过汇编代码观察编解码逻辑，对吧？ 有了思路就可以开干了。
2. 通过汇编观察编解码逻辑
因为 malloc 默认是分配在进程堆上，所以用 !heap -s 找到进程堆句柄进而获取 Encoding 的内存地址。
0:004> !heap -s
************************************************************************************************************************
NT HEAP STATS BELOW
************************************************************************************************************************
LFH Key : 0x64ffdd9683678f7e
Termination on corruption : ENABLED
Heap Flags Reserv Commit Virt Free List UCR Virt Lock Fast
(k) (k) (k) (k) length blocks cont. heap
-------------------------------------------------------------------------------------
00000000004a0000 00000002 2432 1544 2040 50 12 2 0 0 LFH
0000000000010000 00008000 64 4 64 2 1 1 0 0
-------------------------------------------------------------------------------------
0:004> dt nt!_HEAP 00000000004a0000
ntdll!_HEAP
+0x000 Segment : _HEAP_SEGMENT
...
+0x07c EncodeFlagMask : 0x100000
+0x080 Encoding : _HEAP_ENTRY
...
0:004> dx -r1 (*((ntdll!_HEAP_ENTRY *)0x4a0080))
(*((ntdll!_HEAP_ENTRY *)0x4a0080)) [Type: _HEAP_ENTRY]
[+0x000] UnpackedEntry [Type: _HEAP_UNPACKED_ENTRY]
[+0x000] PreviousBlockPrivateData : 0x0 [Type: void *]
[+0x008] Size : 0x8d69 [Type: unsigned short]
[+0x00a] Flags : 0xfd [Type: unsigned char]
...
0:004> dp 00000000004a0000+0x80 L4
00000000`004a0080 00000000`00000000 000076a1`cefd8d69
00000000`004a0090 0000ff00`00000000 00000000`eeffeeff
可以看到 Encoding 中的 Size 偏移是 +0x008，所以我们硬件条件断点的偏移值是 0x88 ，命令为 ba r4 00000000004a0000+0x88 ，设置好之后就可以继续 go 啦。
从图中可以看到在 ntdll!RtlpAllocateHeap+0x55c 方法处成功命中，从汇编中可以看到。
-
eax: 这是 Encoding ，即我们硬件断点。
-
edi: 某个 heap_entry 的 size 掩码值。
最后就是做一个 xor 异或操作，也就是正确的 size 值。
0:000> r eax,edi
eax=cefd8d69 edi=18fd8ab8
0:000> ? eax ^ edi
Evaluate expression: 3590326225 = 00000000`d60007d1
0:000> ? 07d1 * 0x10
Evaluate expression: 32016 = 00000000`00007d10
可以看到最后的size=7d10, 这里为什么乘 0x10，过一会再说，接下来我们找一下 edi 所属的堆块。
3. 寻找 edi 所属的堆块
要想找到所属堆块，可以用内存搜索的方式，再用 !heap -x 观察即可。
0:000> s-d 0 L?0xffffffffffffffff 18fd8ab8
00000000`005922b8 18fd8ab8 000056a0 004a0150 00000000 .....V..P.J.....
0:000> !heap -x 00000000`005922b8
Entry User Heap Segment Size PrevSize Unused Flags
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
00000000005922b0 00000000005922c0 00000000004a0000 00000000004a0000 7d10 20010 0 free
0:000> dt nt!_HEAP_ENTRY 00000000005922c0
ntdll!_HEAP_ENTRY
+0x008 Size : 0x4020
+0x00a Flags : 0xa3 ''
...
有了这些信息就可以纯手工推导了。
- 获取 Encoding 值。
0:000> dp 00000000004a0000+0x88 L4
00000000`004a0088 000076a1`cefd8d69 0000ff00`00000000
00000000`004a0098 00000000`eeffeeff 00000000`00400000
- 获取 size 值。
0:000> dp 00000000005922b0+0x8 L4
00000000`005922b8 000056a0`18fd8ab8 00000000`004a0150
00000000`005922c8 00000000`00a34020 00000000`00000000
- 异或 size 和 Encoding
0:000> ? 000076a1`cefd8d69 ^ 000056a0`18fd8ab8
Evaluate expression: 35192257382353 = 00002001`d60007d1
0:000> ? 07d1 * 0x10
Evaluate expression: 32016 = 00000000`00007d10
怎么样，最后的size 也是size=7d10, 这和刚才汇编代码中计算的是一致的，这里要乘 0x10 是因为 entry 的粒度按 16byte 计算的，可以用 !heap -h 00000000004a0000 观察下方的 Granularity 字段即可。
0:000> !heap -h 00000000004a0000
Index Address Name Debugging options enabled
1: 004a0000
Segment at 00000000004a0000 to 000000000059f000 (000fa000 bytes committed)
Segment at 0000000000970000 to 0000000000a6f000 (000c9000 bytes committed)
Segment at 0000000000a70000 to 0000000000c6f000 (00087000 bytes committed)
Flags: 00000002
ForceFlags: 00000000
Granularity: 16 bytes
4. 总结
这就是解答异或的完整推导逻辑，总的来说思路很重要，这些知识也是我们调试 dump 的必备功底，了解的越深，解决的问题域会越大。
