hacktricks/binary-exploitation/libc-heap/bins-and-memory-allocations.md

# Bins & Aloakcije memorije

{% hint style="success" %}
Naučite i vežbajte hakovanje AWS-a:<img src="/.gitbook/assets/arte.png" alt="" data-size="line">[**HackTricks Obuka AWS Crveni Tim Ekspert (ARTE)**](https://training.hacktricks.xyz/courses/arte)<img src="/.gitbook/assets/arte.png" alt="" data-size="line">\
Naučite i vežbajte hakovanje GCP-a: <img src="/.gitbook/assets/grte.png" alt="" data-size="line">[**HackTricks Obuka GCP Crveni Tim Ekspert (GRTE)**<img src="/.gitbook/assets/grte.png" alt="" data-size="line">](https://training.hacktricks.xyz/courses/grte)

<details>

<summary>Podržite HackTricks</summary>

* Proverite [**planove pretplate**](https://github.com/sponsors/carlospolop)!
* **Pridružite se** 💬 [**Discord grupi**](https://discord.gg/hRep4RUj7f) ili [**telegram grupi**](https://t.me/peass) ili nas **pratite** na **Twitteru** 🐦 [**@hacktricks\_live**](https://twitter.com/hacktricks\_live)**.**
* **Podelite hakovanje trikova slanjem PR-ova na** [**HackTricks**](https://github.com/carlospolop/hacktricks) i [**HackTricks Cloud**](https://github.com/carlospolop/hacktricks-cloud) github repozitorijume.

</details>
{% endhint %}

## Osnovne informacije

Da bi se poboljšala efikasnost načina na koji su delovi memorije smešteni, svaki deo memorije nije samo u jednoj povezanoj listi, već postoje različite vrste. To su "bins" i postoji 5 vrsta "bins": [62](https://sourceware.org/git/gitweb.cgi?p=glibc.git;a=blob;f=malloc/malloc.c;h=6e766d11bc85b6480fa5c9f2a76559f8acf9deb5;hb=HEAD#l1407) mali "bins", 63 velika "bins", 1 nesortirani "bin", 10 brzih "bins" i 64 "tcache bins" po niti.

Početna adresa za svaki nesortirani, mali i veliki "bin" je unutar istog niza. Indeks 0 se ne koristi, 1 je nesortirani "bin", "bins" 2-64 su mali "bins" i "bins" 65-127 su veliki "bins".

### Tcache (Keš po niti) "Bins"

Iako niti pokušavaju da imaju svoj sopstveni "heap" (videti [Arenas](bins-and-memory-allocations.md#arenas) i [Subheaps](bins-and-memory-allocations.md#subheaps)), postoji mogućnost da proces sa puno niti (kao što je veb server) **će deliti "heap" sa drugim nitima**. U tom slučaju, glavno rešenje je korišćenje **brava**, što može **znatno usporiti niti**.

Stoga, "tcache" je sličan brzom "binu" po niti na način da je to **jednostruko povezana lista** koja ne spaja delove memorije. Svaka nit ima **64 jednostruko povezana "tcache bins"**. Svaki "bin" može imati maksimalno [7 delova iste veličine](https://sourceware.org/git/?p=glibc.git;a=blob;f=malloc/malloc.c;h=2527e2504761744df2bdb1abdc02d936ff907ad2;hb=d5c3fafc4307c9b7a4c7d5cb381fcdbfad340bcc#l323) u rasponu od [24 do 1032B na 64-bitnim sistemima i 12 do 516B na 32-bitnim sistemima](https://sourceware.org/git/?p=glibc.git;a=blob;f=malloc/malloc.c;h=2527e2504761744df2bdb1abdc02d936ff907ad2;hb=d5c3fafc4307c9b7a4c7d5cb381fcdbfad340bcc#l315).

Kada nit oslobodi deo memorije, ako nije prevelik da bi bio dodeljen u "tcache" i odgovarajući "tcache bin" **nije pun** (već ima 7 delova), **biće dodeljen tamo**. Ako ne može ići u "tcache", moraće da sačeka da se "heap lock" oslobodi kako bi mogao da izvrši globalnu operaciju oslobađanja.

Kada se deo memorije dodeli, ako postoji slobodan deo potrebne veličine u **Tcache-u, biće korišćen**, ako ne, moraće da sačeka da se "heap lock" oslobodi kako bi mogao da pronađe jedan u globalnim "bins" ili da napravi novi.\
Postoji i optimizacija, u ovom slučaju, dok ima "heap lock", nit **će popuniti svoj Tcache sa delovima "heap" (7) tražene veličine**, tako da ako mu je potrebno više, moći će da ih pronađe u Tcache-u.

<details>

<summary>Dodaj primer tcache dela</summary>
```c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
char *chunk;
chunk = malloc(24);
printf("Address of the chunk: %p\n", (void *)chunk);
gets(chunk);
free(chunk);
return 0;
}
```
Kompajlirajte ga i debagujte sa prekidnom tačkom u ret opcode-u iz glavne funkcije. Zatim, pomoću gef-a možete videti tcache bin u upotrebi:
```bash
gef➤  heap bins
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── Tcachebins for thread 1 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Tcachebins[idx=0, size=0x20, count=1] ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac12a0, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
```
#### Tcache Strukture i Funkcije

U sledećem kodu je moguće videti **maksimalne binove** i **delove po indeksu**, strukturu **`tcache_entry`** kreiranu da bi se izbeglo duplo oslobađanje i **`tcache_perthread_struct`**, strukturu koju svaka nit koristi da bi sačuvala adrese za svaki indeks bin-a.
```c
// From https://github.com/bminor/glibc/blob/f942a732d37a96217ef828116ebe64a644db18d7/malloc/malloc.c

/* We want 64 entries.  This is an arbitrary limit, which tunables can reduce.  */
# define TCACHE_MAX_BINS		64
# define MAX_TCACHE_SIZE	tidx2usize (TCACHE_MAX_BINS-1)

/* Only used to pre-fill the tunables.  */
# define tidx2usize(idx)	(((size_t) idx) * MALLOC_ALIGNMENT + MINSIZE - SIZE_SZ)

/* When "x" is from chunksize().  */
# define csize2tidx(x) (((x) - MINSIZE + MALLOC_ALIGNMENT - 1) / MALLOC_ALIGNMENT)
/* When "x" is a user-provided size.  */
# define usize2tidx(x) csize2tidx (request2size (x))

/* With rounding and alignment, the bins are...
idx 0   bytes 0..24 (64-bit) or 0..12 (32-bit)
idx 1   bytes 25..40 or 13..20
idx 2   bytes 41..56 or 21..28
etc.  */

/* This is another arbitrary limit, which tunables can change.  Each
tcache bin will hold at most this number of chunks.  */
# define TCACHE_FILL_COUNT 7

/* Maximum chunks in tcache bins for tunables.  This value must fit the range
of tcache->counts[] entries, else they may overflow.  */
# define MAX_TCACHE_COUNT UINT16_MAX

[...]

typedef struct tcache_entry
{
struct tcache_entry *next;
/* This field exists to detect double frees.  */
uintptr_t key;
} 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
{
uint16_t counts[TCACHE_MAX_BINS];
tcache_entry *entries[TCACHE_MAX_BINS];
} tcache_perthread_struct;
```
</details>

Funkcija `__tcache_init` je funkcija koja kreira i alocira prostor za objekat `tcache_perthread_struct`
```c
// From https://github.com/bminor/glibc/blob/f942a732d37a96217ef828116ebe64a644db18d7/malloc/malloc.c#L3241C1-L3274C2

static void
tcache_init(void)
{
mstate ar_ptr;
void *victim = 0;
const size_t bytes = sizeof (tcache_perthread_struct);

if (tcache_shutting_down)
return;

arena_get (ar_ptr, bytes);
victim = _int_malloc (ar_ptr, bytes);
if (!victim && ar_ptr != NULL)
{
ar_ptr = arena_get_retry (ar_ptr, bytes);
victim = _int_malloc (ar_ptr, bytes);
}


if (ar_ptr != NULL)
__libc_lock_unlock (ar_ptr->mutex);

/* In a low memory situation, we may not be able to allocate memory
- in which case, we just keep trying later.  However, we
typically do this very early, so either there is sufficient
memory, or there isn't enough memory to do non-trivial
allocations anyway.  */
if (victim)
{
tcache = (tcache_perthread_struct *) victim;
memset (tcache, 0, sizeof (tcache_perthread_struct));
}

}
```
</details>

#### Tcache Indeksi

Tcache ima nekoliko binova u zavisnosti od veličine, a početni pokazivači na **prvi blok svakog indeksa i količina blokova po indeksu se nalaze unutar bloka**. To znači da je moguće pronaći sve početne tačke tcache-a i količinu Tcache blokova lociranjem bloka sa ovim informacijama (obično prvi).

### Brzi binovi

Brzi binovi su dizajnirani da **ubrzaju dodelu memorije za male blokove** čuvanjem nedavno oslobođenih blokova u strukturi sa brzim pristupom. Ovi binovi koriste pristup poslednji unutra, prvi napolje (LIFO) pristup, što znači da je **najskorije oslobođeni blok prvi** koji će biti ponovo korišćen kada postoji nova zahtev za alokacijom. Ovo ponašanje je korisno za brzinu, jer je brže ubaciti i ukloniti sa vrha steka (LIFO) u poređenju sa redom (FIFO).

Dodatno, **brzi binovi koriste jednostruko povezane liste**, a ne dvostruko povezane, što dodatno poboljšava brzinu. Pošto se blokovi u brzim binovima ne spajaju sa susedima, nema potrebe za složenom strukturom koja omogućava uklanjanje iz sredine. Jednostruko povezana lista je jednostavnija i brža za ove operacije.

U osnovi, ono što se dešava ovde je da je zaglavlje (pokazivač na prvi blok koji treba proveriti) uvek usmereno ka poslednjem oslobođenom bloku te veličine. Dakle:

* Kada se alocira novi blok te veličine, zaglavlje pokazuje na slobodan blok za korišćenje. Pošto ovaj slobodan blok pokazuje na sledeći koji treba koristiti, ova adresa je sačuvana u zaglavlju tako da sledeća alokacija zna gde da dobije dostupan blok
* Kada se blok oslobodi, slobodan blok će sačuvati adresu trenutno dostupnog bloka i adresa ovog novootvorenog bloka će biti stavljena u zaglavlje

Maksimalna veličina povezane liste je `0x80` i organizovane su tako da će blok veličine `0x20` biti u indeksu `0`, blok veličine `0x30` bi bio u indeksu `1`...

{% hint style="danger" %}
Blokovi u brzim binovima nisu označeni kao dostupni tako da se čuvaju kao blokovi brzih binova neko vreme umesto što bi mogli da se spoje sa drugim slobodnim blokovima koji ih okružuju.
{% endhint %}
```c
// From https://github.com/bminor/glibc/blob/a07e000e82cb71238259e674529c37c12dc7d423/malloc/malloc.c#L1711

/*
Fastbins

An array of lists holding recently freed small chunks.  Fastbins
are not doubly linked.  It is faster to single-link them, and
since chunks are never removed from the middles of these lists,
double linking is not necessary. Also, unlike regular bins, they
are not even processed in FIFO order (they use faster LIFO) since
ordering doesn't much matter in the transient contexts in which
fastbins are normally used.

Chunks in fastbins keep their inuse bit set, so they cannot
be consolidated with other free chunks. malloc_consolidate
releases all chunks in fastbins and consolidates them with
other free chunks.
*/

typedef struct malloc_chunk *mfastbinptr;
#define fastbin(ar_ptr, idx) ((ar_ptr)->fastbinsY[idx])

/* offset 2 to use otherwise unindexable first 2 bins */
#define fastbin_index(sz) \
((((unsigned int) (sz)) >> (SIZE_SZ == 8 ? 4 : 3)) - 2)


/* The maximum fastbin request size we support */
#define MAX_FAST_SIZE     (80 * SIZE_SZ / 4)

#define NFASTBINS  (fastbin_index (request2size (MAX_FAST_SIZE)) + 1)
```
<details>

<summary>Dodajte primer brze binarne čestice</summary>
```c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
char *chunks[8];
int i;

// Loop to allocate memory 8 times
for (i = 0; i < 8; i++) {
chunks[i] = malloc(24);
if (chunks[i] == NULL) { // Check if malloc failed
fprintf(stderr, "Memory allocation failed at iteration %d\n", i);
return 1;
}
printf("Address of chunk %d: %p\n", i, (void *)chunks[i]);
}

// Loop to free the allocated memory
for (i = 0; i < 8; i++) {
free(chunks[i]);
}

return 0;
}
```
Zabeležite kako alociramo i oslobađamo 8 blokova iste veličine tako da popunjavaju tcache, a osmi je smešten u brzi blok.

Kompajlirajte i debagujte sa prekidnom tačkom u `ret` opkodu iz `main` funkcije. Zatim, pomoću `gef` alata možete videti da je tcache bin pun i da je jedan blok u brzom binu:
```bash
gef➤  heap bins
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── Tcachebins for thread 1 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Tcachebins[idx=0, size=0x20, count=7] ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac1770, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac1750, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac1730, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac1710, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac16f0, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac16d0, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac12a0, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
───────────────────────────────────────────────────────────────────────── Fastbins for arena at 0xfffff7f90b00 ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Fastbins[idx=0, size=0x20]  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac1790, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
Fastbins[idx=1, size=0x30] 0x00
```
### Neuređena kanta

Neuređena kanta je **keš** koji koristi menadžer hipa kako bi ubrzao dodelu memorije. Evo kako funkcioniše: Kada program oslobodi komad, i ako taj komad ne može biti dodeljen u tcache ili brzoj kanti i ne sudara se sa vršnim komadom, menadžer hipa ga ne stavlja odmah u određenu malu ili veliku kantu. Umesto toga, prvo pokušava da ga **spoji sa bilo kojim susednim slobodnim komadima** kako bi stvorio veći blok slobodne memorije. Zatim, smešta ovaj novi komad u opštu kantu nazvanu "neuređena kanta".

Kada program **zatraži memoriju**, menadžer hipa **proverava neuređenu kantu** da vidi da li postoji dovoljno veliki komad. Ako pronađe jedan, odmah ga koristi. Ako ne pronađe odgovarajući komad u neuređenoj kanti, premestiće sve komade sa ove liste u njihove odgovarajuće kante, bilo male ili velike, na osnovu njihove veličine.

Imajte na umu da ako se veći komad podeli na 2 polovine i preostali deo je veći od MINSIZE, biće vraćen nazad u neuređenu kantu.

Dakle, neuređena kanta je način da se ubrza dodela memorije brzim ponovnim korišćenjem nedavno oslobođene memorije i smanjenjem potrebe za dugotrajnim pretragama i spajanjima.

{% hint style="danger" %}
Imajte na umu da čak i ako su komadi različitih kategorija, ako dostupan komad sudara sa drugim dostupnim komadom (čak i ako su originalno pripadali različitim kantama), biće spojeni.
{% endhint %}

<details>

<summary>Dodaj primer neuređenog komada</summary>
```c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
char *chunks[9];
int i;

// Loop to allocate memory 8 times
for (i = 0; i < 9; i++) {
chunks[i] = malloc(0x100);
if (chunks[i] == NULL) { // Check if malloc failed
fprintf(stderr, "Memory allocation failed at iteration %d\n", i);
return 1;
}
printf("Address of chunk %d: %p\n", i, (void *)chunks[i]);
}

// Loop to free the allocated memory
for (i = 0; i < 8; i++) {
free(chunks[i]);
}

return 0;
}
```
Primetite kako alociramo i oslobađamo 9 blokova iste veličine tako da **popunimo tcache** i osmi je smešten u unsorted bin jer je **prevelik za fastbin** i deveti nije oslobođen tako da deveti i osmi **ne budu spojeni sa vršnim blokom**.

Kompajlirajte ga i debagujte sa prekidnom tačkom u `ret` opcode-u iz `main` funkcije. Zatim sa `gef` možete videti da je tcache bin pun i da je jedan blok u unsorted binu:
```bash
gef➤  heap bins
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── Tcachebins for thread 1 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Tcachebins[idx=15, size=0x110, count=7] ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac1d10, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac1c00, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac1af0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac19e0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac18d0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac17c0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac12a0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
───────────────────────────────────────────────────────────────────────── Fastbins for arena at 0xfffff7f90b00 ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Fastbins[idx=0, size=0x20] 0x00
Fastbins[idx=1, size=0x30] 0x00
Fastbins[idx=2, size=0x40] 0x00
Fastbins[idx=3, size=0x50] 0x00
Fastbins[idx=4, size=0x60] 0x00
Fastbins[idx=5, size=0x70] 0x00
Fastbins[idx=6, size=0x80] 0x00
─────────────────────────────────────────────────────────────────────── Unsorted Bin for arena at 0xfffff7f90b00 ───────────────────────────────────────────────────────────────────────
[+] unsorted_bins[0]: fw=0xaaaaaaac1e10, bk=0xaaaaaaac1e10
→   Chunk(addr=0xaaaaaaac1e20, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
[+] Found 1 chunks in unsorted bin.
```
</details>

### Mali Bins

Mali binovi su brži od velikih binova, ali sporiji od brzih binova.

Svaki bin od 62 će imati **blokove iste veličine**: 16, 24, ... (sa maksimalnom veličinom od 504 bajta u 32 bitnom i 1024 u 64 bitnom režimu). Ovo pomaže u brzini pronalaženja binova gde treba alocirati prostor i ubacivanju i uklanjanju unosa sa ovih lista.

Ovako se računa veličina malog bina prema indeksu bina:

* Najmanja veličina: 2\*4\*indeks (npr. indeks 5 -> 40)
* Najveća veličina: 2\*8\*indeks (npr. indeks 5 -> 80)
```c
// From https://github.com/bminor/glibc/blob/a07e000e82cb71238259e674529c37c12dc7d423/malloc/malloc.c#L1711
#define NSMALLBINS         64
#define SMALLBIN_WIDTH    MALLOC_ALIGNMENT
#define SMALLBIN_CORRECTION (MALLOC_ALIGNMENT > CHUNK_HDR_SZ)
#define MIN_LARGE_SIZE    ((NSMALLBINS - SMALLBIN_CORRECTION) * SMALLBIN_WIDTH)

#define in_smallbin_range(sz)  \
((unsigned long) (sz) < (unsigned long) MIN_LARGE_SIZE)

#define smallbin_index(sz) \
((SMALLBIN_WIDTH == 16 ? (((unsigned) (sz)) >> 4) : (((unsigned) (sz)) >> 3))\
+ SMALLBIN_CORRECTION)
```
Funkcija za izbor između malih i velikih binova:
```c
#define bin_index(sz) \
((in_smallbin_range (sz)) ? smallbin_index (sz) : largebin_index (sz))
```
<detalji>

<summary>Dodajte primer malog bloka</summary>
```c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
char *chunks[10];
int i;

// Loop to allocate memory 8 times
for (i = 0; i < 9; i++) {
chunks[i] = malloc(0x100);
if (chunks[i] == NULL) { // Check if malloc failed
fprintf(stderr, "Memory allocation failed at iteration %d\n", i);
return 1;
}
printf("Address of chunk %d: %p\n", i, (void *)chunks[i]);
}

// Loop to free the allocated memory
for (i = 0; i < 8; i++) {
free(chunks[i]);
}

chunks[9] = malloc(0x110);

return 0;
}
```
Primetite kako alociramo i oslobađamo 9 blokova iste veličine tako da **popunimo tcache** i osmi je smešten u unsorted bin jer je **prevelik za fastbin**, a deveti nije oslobođen tako da deveti i osmi **ne budu spojeni sa vršnim blokom**. Zatim alociramo veći blok od 0x110 što dovodi do toga da **blok u unsorted binu pređe u small bin**.

Kompajlirajte i debagujte sa prekidnom tačkom u `ret` opcode-u iz `main` funkcije. Zatim, pomoću `gef` alata možete videti da je tcache bin pun i da je jedan blok u small binu:
```bash
gef➤  heap bins
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── Tcachebins for thread 1 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Tcachebins[idx=15, size=0x110, count=7] ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac1d10, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac1c00, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac1af0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac19e0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac18d0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac17c0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  Chunk(addr=0xaaaaaaac12a0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
───────────────────────────────────────────────────────────────────────── Fastbins for arena at 0xfffff7f90b00 ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Fastbins[idx=0, size=0x20] 0x00
Fastbins[idx=1, size=0x30] 0x00
Fastbins[idx=2, size=0x40] 0x00
Fastbins[idx=3, size=0x50] 0x00
Fastbins[idx=4, size=0x60] 0x00
Fastbins[idx=5, size=0x70] 0x00
Fastbins[idx=6, size=0x80] 0x00
─────────────────────────────────────────────────────────────────────── Unsorted Bin for arena at 0xfffff7f90b00 ───────────────────────────────────────────────────────────────────────
[+] Found 0 chunks in unsorted bin.
──────────────────────────────────────────────────────────────────────── Small Bins for arena at 0xfffff7f90b00 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────
[+] small_bins[16]: fw=0xaaaaaaac1e10, bk=0xaaaaaaac1e10
→   Chunk(addr=0xaaaaaaac1e20, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
[+] Found 1 chunks in 1 small non-empty bins.
```
</details>

### Velike kante

Za razliku od malih kanti, koje upravljaju komadićima fiksnih veličina, **svaka velika kanta obrađuje opseg veličina komadića**. Ovo je fleksibilnije, omogućavajući sistemu da se prilagodi **različitim veličinama** bez potrebe za posebnom kantom za svaku veličinu.

U alokatoru memorije, velike kante počinju tamo gde se završavaju male kante. Opsezi za velike kante postaju sve veći, što znači da prva kanta može obuhvatiti komadiće od 512 do 576 bajtova, dok sledeća obuhvata 576 do 640 bajtova. Ovaj obrazac se nastavlja, pri čemu najveća kanta sadrži sve komadiće iznad 1MB.

Velike kante sporije rade u poređenju sa malim kantama jer moraju **sortirati i pretraživati listu različitih veličina komadića kako bi pronašle najbolje odgovarajući** za alokaciju. Kada se komadić ubaci u veliku kantu, mora biti sortiran, a prilikom alokacije memorije, sistem mora pronaći odgovarajući komadić. Ovaj dodatni rad ih čini **sporijim**, ali budući da su velike alokacije manje uobičajene od malih, to je prihvatljiva trgovina.

Postoje:

* 32 kante opsega 64B (sudaraju se sa malim kantama)
* 16 kanti opsega 512B (sudaraju se sa malim kantama)
* 8 kanti opsega 4096B (delimično se sudaraju sa malim kantama)
* 4 kante opsega 32768B
* 2 kante opsega 262144B
* 1 kanta za preostale veličine

<details>

<summary>Kod veličina velikih kanti</summary>
```c
// From https://github.com/bminor/glibc/blob/a07e000e82cb71238259e674529c37c12dc7d423/malloc/malloc.c#L1711

#define largebin_index_32(sz)                                                \
(((((unsigned long) (sz)) >> 6) <= 38) ?  56 + (((unsigned long) (sz)) >> 6) :\
((((unsigned long) (sz)) >> 9) <= 20) ?  91 + (((unsigned long) (sz)) >> 9) :\
((((unsigned long) (sz)) >> 12) <= 10) ? 110 + (((unsigned long) (sz)) >> 12) :\
((((unsigned long) (sz)) >> 15) <= 4) ? 119 + (((unsigned long) (sz)) >> 15) :\
((((unsigned long) (sz)) >> 18) <= 2) ? 124 + (((unsigned long) (sz)) >> 18) :\
126)

#define largebin_index_32_big(sz)                                            \
(((((unsigned long) (sz)) >> 6) <= 45) ?  49 + (((unsigned long) (sz)) >> 6) :\
((((unsigned long) (sz)) >> 9) <= 20) ?  91 + (((unsigned long) (sz)) >> 9) :\
((((unsigned long) (sz)) >> 12) <= 10) ? 110 + (((unsigned long) (sz)) >> 12) :\
((((unsigned long) (sz)) >> 15) <= 4) ? 119 + (((unsigned long) (sz)) >> 15) :\
((((unsigned long) (sz)) >> 18) <= 2) ? 124 + (((unsigned long) (sz)) >> 18) :\
126)

// XXX It remains to be seen whether it is good to keep the widths of
// XXX the buckets the same or whether it should be scaled by a factor
// XXX of two as well.
#define largebin_index_64(sz)                                                \
(((((unsigned long) (sz)) >> 6) <= 48) ?  48 + (((unsigned long) (sz)) >> 6) :\
((((unsigned long) (sz)) >> 9) <= 20) ?  91 + (((unsigned long) (sz)) >> 9) :\
((((unsigned long) (sz)) >> 12) <= 10) ? 110 + (((unsigned long) (sz)) >> 12) :\
((((unsigned long) (sz)) >> 15) <= 4) ? 119 + (((unsigned long) (sz)) >> 15) :\
((((unsigned long) (sz)) >> 18) <= 2) ? 124 + (((unsigned long) (sz)) >> 18) :\
126)

#define largebin_index(sz) \
(SIZE_SZ == 8 ? largebin_index_64 (sz)                                     \
: MALLOC_ALIGNMENT == 16 ? largebin_index_32_big (sz)                     \
: largebin_index_32 (sz))
```
</details>

<details>

<summary>Dodajte primer velikog bloka</summary>
```c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
char *chunks[2];

chunks[0] = malloc(0x1500);
chunks[1] = malloc(0x1500);
free(chunks[0]);
chunks[0] = malloc(0x2000);

return 0;
}
```
Izvrše se 2 velike alokacije, zatim se jedna oslobađa (stavlja se u unsorted bin) i vrši se veća alokacija (premeštanje oslobođene u unsorted bin u large bin).

Kompajlirajte to i debagujte sa prekidnom tačkom u `ret` opcode-u iz `main` funkcije. Zatim, pomoću `gef` alata možete videti da je tcache bin pun i da je jedan chunk u large bin-u:
```bash
gef➤  heap bin
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── Tcachebins for thread 1 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
All tcachebins are empty
───────────────────────────────────────────────────────────────────────── Fastbins for arena at 0xfffff7f90b00 ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Fastbins[idx=0, size=0x20] 0x00
Fastbins[idx=1, size=0x30] 0x00
Fastbins[idx=2, size=0x40] 0x00
Fastbins[idx=3, size=0x50] 0x00
Fastbins[idx=4, size=0x60] 0x00
Fastbins[idx=5, size=0x70] 0x00
Fastbins[idx=6, size=0x80] 0x00
─────────────────────────────────────────────────────────────────────── Unsorted Bin for arena at 0xfffff7f90b00 ───────────────────────────────────────────────────────────────────────
[+] Found 0 chunks in unsorted bin.
──────────────────────────────────────────────────────────────────────── Small Bins for arena at 0xfffff7f90b00 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────
[+] Found 0 chunks in 0 small non-empty bins.
──────────────────────────────────────────────────────────────────────── Large Bins for arena at 0xfffff7f90b00 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────
[+] large_bins[100]: fw=0xaaaaaaac1290, bk=0xaaaaaaac1290
→   Chunk(addr=0xaaaaaaac12a0, size=0x1510, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
[+] Found 1 chunks in 1 large non-empty bins.
```
</details>

### Vrhunski blok
```c
// From https://github.com/bminor/glibc/blob/a07e000e82cb71238259e674529c37c12dc7d423/malloc/malloc.c#L1711

/*
Top

The top-most available chunk (i.e., the one bordering the end of
available memory) is treated specially. It is never included in
any bin, is used only if no other chunk is available, and is
released back to the system if it is very large (see
M_TRIM_THRESHOLD).  Because top initially
points to its own bin with initial zero size, thus forcing
extension on the first malloc request, we avoid having any special
code in malloc to check whether it even exists yet. But we still
need to do so when getting memory from system, so we make
initial_top treat the bin as a legal but unusable chunk during the
interval between initialization and the first call to
sysmalloc. (This is somewhat delicate, since it relies on
the 2 preceding words to be zero during this interval as well.)
*/

/* Conveniently, the unsorted bin can be used as dummy top on first call */
#define initial_top(M)              (unsorted_chunks (M))
```
Osnovno, ovo je deo koji sadrži sav trenutno dostupan heap. Kada se izvrši malloc, ako nema dostupnog slobodnog chunk-a za korišćenje, ovaj top chunk će smanjiti svoju veličinu pružajući potreban prostor. Pokazivač na Top Chunk se čuva u strukturi `malloc_state`.

Osim toga, na početku je moguće koristiti nesortirani chunk kao top chunk.

<details>

<summary>Posmatrajte primer Top Chunk-a</summary>
```c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
char *chunk;
chunk = malloc(24);
printf("Address of the chunk: %p\n", (void *)chunk);
gets(chunk);
return 0;
}
```
Nakon kompajliranja i debagovanja sa prekidnom tačkom u `ret` opkodu `main` funkcije, primetio sam da je malloc vratio adresu `0xaaaaaaac12a0` i ovo su blokovi:
```bash
gef➤  heap chunks
Chunk(addr=0xaaaaaaac1010, size=0x290, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
[0x0000aaaaaaac1010     00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................]
Chunk(addr=0xaaaaaaac12a0, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
[0x0000aaaaaaac12a0     41 41 41 41 41 41 41 00 00 00 00 00 00 00 00 00    AAAAAAA.........]
Chunk(addr=0xaaaaaaac12c0, size=0x410, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
[0x0000aaaaaaac12c0     41 64 64 72 65 73 73 20 6f 66 20 74 68 65 20 63    Address of the c]
Chunk(addr=0xaaaaaaac16d0, size=0x410, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
[0x0000aaaaaaac16d0     41 41 41 41 41 41 41 0a 00 00 00 00 00 00 00 00    AAAAAAA.........]
Chunk(addr=0xaaaaaaac1ae0, size=0x20530, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)  ←  top chunk
```
Gde se može videti da je vrhunski blok na adresi `0xaaaaaaac1ae0`. To nije iznenađenje jer je poslednji alocirani blok bio na `0xaaaaaaac12a0` sa veličinom `0x410` i `0xaaaaaaac12a0 + 0x410 = 0xaaaaaaac1ae0`.\
Takođe je moguće videti dužinu vrhunskog bloka na njegovom zaglavlju bloka:
```bash
gef➤  x/8wx 0xaaaaaaac1ae0 - 16
0xaaaaaaac1ad0:	0x00000000	0x00000000	0x00020531	0x00000000
0xaaaaaaac1ae0:	0x00000000	0x00000000	0x00000000	0x00000000
```
</details>

### Poslednji ostatak

Kada se koristi malloc i deo je podeljen (na primer iz nesortirane kante ili iz vršnog bloka), deo koji je kreiran od preostalog dela podeljenog bloka naziva se Poslednji ostatak i njegov pokazivač se čuva u strukturi `malloc_state`.

## Tok dodele

Pogledajte:

{% content-ref url="heap-memory-functions/malloc-and-sysmalloc.md" %}
[malloc-and-sysmalloc.md](heap-memory-functions/malloc-and-sysmalloc.md)
{% endcontent-ref %}

## Tok oslobađanja

Pogledajte:

{% content-ref url="heap-memory-functions/free.md" %}
[free.md](heap-memory-functions/free.md)
{% endcontent-ref %}

## Provere bezbednosti funkcija hipa

Proverite provere bezbednosti koje se vrše od strane često korišćenih funkcija u hipu u:

{% content-ref url="heap-memory-functions/heap-functions-security-checks.md" %}
[heap-functions-security-checks.md](heap-memory-functions/heap-functions-security-checks.md)
{% endcontent-ref %}

## Reference

* [https://azeria-labs.com/heap-exploitation-part-1-understanding-the-glibc-heap-implementation/](https://azeria-labs.com/heap-exploitation-part-1-understanding-the-glibc-heap-implementation/)
* [https://azeria-labs.com/heap-exploitation-part-2-glibc-heap-free-bins/](https://azeria-labs.com/heap-exploitation-part-2-glibc-heap-free-bins/)
* [https://heap-exploitation.dhavalkapil.com/diving\_into\_glibc\_heap/core\_functions](https://heap-exploitation.dhavalkapil.com/diving\_into\_glibc\_heap/core\_functions)
* [https://ctf-wiki.mahaloz.re/pwn/linux/glibc-heap/implementation/tcache/](https://ctf-wiki.mahaloz.re/pwn/linux/glibc-heap/implementation/tcache/)

{% hint style="success" %}
Naučite i vežbajte hakovanje AWS:<img src="/.gitbook/assets/arte.png" alt="" data-size="line">[**HackTricks Training AWS Red Team Expert (ARTE)**](https://training.hacktricks.xyz/courses/arte)<img src="/.gitbook/assets/arte.png" alt="" data-size="line">\
Naučite i vežbajte hakovanje GCP: <img src="/.gitbook/assets/grte.png" alt="" data-size="line">[**HackTricks Training GCP Red Team Expert (GRTE)**<img src="/.gitbook/assets/grte.png" alt="" data-size="line">](https://training.hacktricks.xyz/courses/grte)

<details>

<summary>Podržite HackTricks</summary>

* Proverite [**planove pretplate**](https://github.com/sponsors/carlospolop)!
* **Pridružite se** 💬 [**Discord grupi**](https://discord.gg/hRep4RUj7f) ili [**telegram grupi**](https://t.me/peass) ili nas **pratite** na **Twitteru** 🐦 [**@hacktricks\_live**](https://twitter.com/hacktricks\_live)**.**
* **Podelite hakovanje trikove slanjem PR-ova na** [**HackTricks**](https://github.com/carlospolop/hacktricks) i [**HackTricks Cloud**](https://github.com/carlospolop/hacktricks-cloud) github repozitorijume.

</details>
{% endhint %}