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# Heap Overflow

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## Basic Information

Um heap overflow é como um [**stack overflow**](../stack-overflow/) mas no heap. Basicamente, isso significa que algum espaço foi reservado no heap para armazenar alguns dados e **os dados armazenados eram maiores do que o espaço reservado.**

Em stack overflows, sabemos que alguns registradores, como o ponteiro de instrução ou o quadro de pilha, serão restaurados da pilha e pode ser possível abusar disso. No caso de heap overflows, **não há nenhuma informação sensível armazenada por padrão** no chunk do heap que pode ser transbordado. No entanto, pode haver informações sensíveis ou ponteiros, então a **criticidade** dessa vulnerabilidade **depende** de **quais dados podem ser sobrescritos** e como um atacante poderia abusar disso.

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Para encontrar offsets de overflow, você pode usar os mesmos padrões que em [**stack overflows**](../stack-overflow/#finding-stack-overflows-offsets).
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### Stack Overflows vs Heap Overflows

Em stack overflows, a disposição e os dados que estarão presentes na pilha no momento em que a vulnerabilidade pode ser acionada são bastante confiáveis. Isso ocorre porque a pilha é linear, sempre aumentando em memória colidida, em **lugares específicos da execução do programa, a memória da pilha geralmente armazena um tipo semelhante de dados** e tem uma estrutura específica com alguns ponteiros no final da parte da pilha usada por cada função.

No entanto, no caso de um heap overflow, a memória usada não é linear, mas **chunks alocados geralmente estão em posições separadas da memória** (não um ao lado do outro) devido a **bins e zonas** que separam alocações por tamanho e porque **memória previamente liberada é usada** antes de alocar novos chunks. É **complicado saber qual objeto estará colidindo com o vulnerável** a um heap overflow. Portanto, quando um heap overflow é encontrado, é necessário encontrar uma **maneira confiável de fazer o objeto desejado estar próximo na memória** do que pode ser transbordado.

Uma das técnicas usadas para isso é **Heap Grooming**, que é usada, por exemplo, [**neste post**](https://azeria-labs.com/grooming-the-ios-kernel-heap/). No post, é explicado como, quando no kernel do iOS, quando uma zona fica sem memória para armazenar chunks de memória, ela a expande por uma página do kernel, e essa página é dividida em chunks dos tamanhos esperados que seriam usados em ordem (até a versão 9.2 do iOS, depois esses chunks são usados de maneira aleatória para dificultar a exploração desses ataques).

Portanto, no post anterior onde um heap overflow está acontecendo, para forçar o objeto transbordado a colidir com uma ordem de vítima, vários **`kallocs` são forçados por várias threads para tentar garantir que todos os chunks livres sejam preenchidos e que uma nova página seja criada**.

Para forçar esse preenchimento com objetos de um tamanho específico, a **alocação fora da linha associada a um mach port do iOS** é um candidato ideal. Ao elaborar o tamanho da mensagem, é possível especificar exatamente o tamanho da alocação `kalloc` e, quando o mach port correspondente é destruído, a alocação correspondente será imediatamente liberada de volta para `kfree`.

Então, alguns desses espaços reservados podem ser **liberados**. A **lista livre `kalloc.4096` libera elementos em uma ordem de último a primeiro** (last-in-first-out), o que basicamente significa que se alguns espaços reservados forem liberados e a exploração tentar alocar vários objetos de vítima enquanto tenta alocar o objeto vulnerável ao overflow, é provável que esse objeto seja seguido por um objeto de vítima.

### Example libc

[**Nesta página**](https://guyinatuxedo.github.io/27-edit\_free\_chunk/heap\_consolidation\_explanation/index.html) é possível encontrar uma emulação básica de Heap overflow que mostra como sobrescrever o bit prev in use do próximo chunk e a posição do tamanho prev é possível **consolidar um chunk usado** (fazendo-o pensar que está não utilizado) e **então alocá-lo novamente**, sendo capaz de sobrescrever dados que estão sendo usados em um ponteiro diferente também.

Outro exemplo do [**protostar heap 0**](https://guyinatuxedo.github.io/24-heap\_overflow/protostar\_heap0/index.html) mostra um exemplo muito básico de um CTF onde um **heap overflow** pode ser abusado para chamar a função vencedora para **obter a bandeira**.

No exemplo do [**protostar heap 1**](https://guyinatuxedo.github.io/24-heap\_overflow/protostar\_heap1/index.html) é possível ver como abusar de um buffer overflow é possível **sobrescrever em um chunk próximo um endereço** onde **dados arbitrários do usuário** serão escritos.

### Example ARM64

Na página [https://8ksec.io/arm64-reversing-and-exploitation-part-1-arm-instruction-set-simple-heap-overflow/](https://8ksec.io/arm64-reversing-and-exploitation-part-1-arm-instruction-set-simple-heap-overflow/) você pode encontrar um exemplo de heap overflow onde um comando que será executado é armazenado no seguinte chunk do chunk transbordado. Assim, é possível modificar o comando executado sobrescrevendo-o com uma exploração fácil, como:
```bash
python3 -c 'print("/"*0x400+"/bin/ls\x00")' > hax.txt
```
### Outros exemplos

* [**Auth-or-out. Hack The Box**](https://7rocky.github.io/en/ctf/htb-challenges/pwn/auth-or-out/)
* Usamos uma vulnerabilidade de Integer Overflow para obter um Heap Overflow.
* Corrompemos ponteiros para uma função dentro de um `struct` do chunk transbordado para definir uma função como `system` e obter execução de código.

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