hacktricks/binary-exploitation/libc-heap

Libc Heap

Heap Basics

Ο σωρός είναι βασικά ο χώρος όπου ένα πρόγραμμα μπορεί να αποθηκεύσει δεδομένα όταν ζητά δεδομένα καλώντας συναρτήσεις όπως malloc, calloc... Επιπλέον, όταν αυτή η μνήμη δεν χρειάζεται πλέον, καθίσταται διαθέσιμη καλώντας τη συνάρτηση free.

Όπως φαίνεται, είναι ακριβώς μετά το σημείο όπου το δυαδικό αρχείο φορτώνεται στη μνήμη (ελέγξτε την ενότητα [heap]):

Basic Chunk Allocation

Όταν ζητείται να αποθηκευτούν κάποια δεδομένα στον σωρό, δεσμεύεται κάποιος χώρος του σωρού γι' αυτό. Αυτός ο χώρος θα ανήκει σε ένα bin και μόνο τα ζητούμενα δεδομένα + ο χώρος των κεφαλίδων bin + η ελάχιστη απόσταση μεγέθους bin θα διατηρηθούν για το chunk. Ο στόχος είναι να διατηρηθεί όσο το δυνατόν λιγότερη μνήμη χωρίς να γίνεται περίπλοκο να βρείτε πού βρίσκεται κάθε chunk. Για αυτό, χρησιμοποιούνται οι πληροφορίες μεταδεδομένων του chunk για να γνωρίζουμε πού βρίσκεται κάθε χρησιμοποιούμενο/ελεύθερο chunk.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να δεσμευτεί ο χώρος, κυρίως ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο bin, αλλά μια γενική μεθοδολογία είναι η εξής:

• Το πρόγραμμα ξεκινά ζητώντας μια συγκεκριμένη ποσότητα μνήμης.
• Αν στη λίστα των chunks υπάρχει κάποιο διαθέσιμο αρκετά μεγάλο για να ικανοποιήσει το αίτημα, θα χρησιμοποιηθεί.
• Αυτό μπορεί ακόμη και να σημαίνει ότι μέρος του διαθέσιμου chunk θα χρησιμοποιηθεί για αυτό το αίτημα και το υπόλοιπο θα προστεθεί στη λίστα των chunks.
• Αν δεν υπάρχει διαθέσιμο chunk στη λίστα αλλά υπάρχει ακόμη χώρος στη δεσμευμένη μνήμη του σωρού, ο διαχειριστής του σωρού δημιουργεί ένα νέο chunk.
• Αν δεν υπάρχει αρκετός χώρος στον σωρό για να δεσμευτεί το νέο chunk, ο διαχειριστής του σωρού ζητά από τον πυρήνα να επεκτείνει τη μνήμη που έχει δεσμευτεί για τον σωρό και στη συνέχεια χρησιμοποιεί αυτή τη μνήμη για να δημιουργήσει το νέο chunk.
• Αν όλα αποτύχουν, το malloc επιστρέφει null.

Σημειώστε ότι αν η ζητούμενη μνήμη ξεπερνά ένα όριο, mmap θα χρησιμοποιηθεί για να χαρτογραφήσει τη ζητούμενη μνήμη.

Arenas

Σε πολυνηματικές εφαρμογές, ο διαχειριστής του σωρού πρέπει να αποτρέπει συνθήκες ταχύτητας που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε κρα crashes. Αρχικά, αυτό γινόταν χρησιμοποιώντας ένα παγκόσμιο mutex για να διασφαλιστεί ότι μόνο ένα νήμα μπορούσε να έχει πρόσβαση στον σωρό τη φορά, αλλά αυτό προκαλούσε προβλήματα απόδοσης λόγω του στενέματος που προκαλούσε το mutex.

Για να αντιμετωπιστεί αυτό, ο αλγόριθμος διαχείρισης σωρού ptmalloc2 εισήγαγε "arenas," όπου κάθε arena λειτουργεί ως ξεχωριστός σωρός με τις δικές της δομές δεδομένων και mutex, επιτρέποντας σε πολλά νήματα να εκτελούν λειτουργίες σωρού χωρίς να παρεμβαίνουν το ένα στο άλλο, εφόσον χρησιμοποιούν διαφορετικές arenas.

Η προεπιλεγμένη "κύρια" arena χειρίζεται τις λειτουργίες του σωρού για εφαρμογές με ένα νήμα. Όταν προστίθενται νέα νήματα, ο διαχειριστής του σωρού τους αναθέτει δευτερεύουσες arenas για να μειώσει την αντιπαλότητα. Αρχικά προσπαθεί να συνδέσει κάθε νέο νήμα με μια μη χρησιμοποιούμενη arena, δημιουργώντας νέες αν χρειαστεί, μέχρι ένα όριο 2 φορές τον αριθμό των πυρήνων CPU για συστήματα 32-bit και 8 φορές για συστήματα 64-bit. Μόλις φτάσει το όριο, τα νήματα πρέπει να μοιράζονται τις arenas, οδηγώντας σε πιθανή αντιπαλότητα.

Σε αντίθεση με την κύρια arena, η οποία επεκτείνεται χρησιμοποιώντας την κλήση συστήματος brk, οι δευτερεύουσες arenas δημιουργούν "subheaps" χρησιμοποιώντας mmap και mprotect για να προσομοιώσουν τη συμπεριφορά του σωρού, επιτρέποντας ευελιξία στη διαχείριση μνήμης για πολυνηματικές λειτουργίες.

Subheaps

Τα subheaps χρησιμεύουν ως αποθέματα μνήμης για δευτερεύουσες arenas σε πολυνηματικές εφαρμογές, επιτρέποντάς τους να αναπτύσσονται και να διαχειρίζονται τις δικές τους περιοχές σωρού ξεχωριστά από τον κύριο σωρό. Να πώς διαφέρουν τα subheaps από τον αρχικό σωρό και πώς λειτουργούν:

1. Αρχικός Σωρός vs. Subheaps:

• Ο αρχικός σωρός βρίσκεται ακριβώς μετά το δυαδικό αρχείο του προγράμματος στη μνήμη και επεκτείνεται χρησιμοποιώντας την κλήση συστήματος sbrk.
• Τα subheaps, που χρησιμοποιούνται από δευτερεύουσες arenas, δημιουργούνται μέσω mmap, μιας κλήσης συστήματος που χαρτογραφεί μια καθορισμένη περιοχή μνήμης.

2. Δέσμευση Μνήμης με mmap:

• Όταν ο διαχειριστής του σωρού δημιουργεί ένα subheap, δεσμεύει ένα μεγάλο μπλοκ μνήμης μέσω mmap. Αυτή η δέσμευση δεν δεσμεύει άμεσα μνήμη; απλώς καθορίζει μια περιοχή που δεν πρέπει να χρησιμοποιούν άλλες διαδικασίες ή δεσμεύσεις του συστήματος.
• Από προεπιλογή, το μέγεθος που έχει δεσμευτεί για ένα subheap είναι 1 MB για διαδικασίες 32-bit και 64 MB για διαδικασίες 64-bit.

3. Σταδιακή Επέκταση με mprotect:

• Η δεσμευμένη περιοχή μνήμης αρχικά σημειώνεται ως PROT_NONE, υποδεικνύοντας ότι ο πυρήνας δεν χρειάζεται να δεσμεύσει φυσική μνήμη σε αυτό το χώρο ακόμα.
• Για να "μεγαλώσει" το subheap, ο διαχειριστής του σωρού χρησιμοποιεί το mprotect για να αλλάξει τις άδειες σελίδας από PROT_NONE σε PROT_READ | PROT_WRITE, προτρέποντας τον πυρήνα να δεσμεύσει φυσική μνήμη στις προηγουμένως δεσμευμένες διευθύνσεις. Αυτή η σταδιακή προσέγγιση επιτρέπει στο subheap να επεκτείνεται κατά ανάγκη.
• Μόλις εξαντληθεί ολόκληρο το subheap, ο διαχειριστής του σωρού δημιουργεί ένα νέο subheap για να συνεχίσει τη δέσμευση.

heap_info

Αυτή η δομή δεσμεύει σχετικές πληροφορίες του σωρού. Επιπλέον, η μνήμη του σωρού μπορεί να μην είναι συνεχής μετά από περισσότερες δεσμεύσεις, αυτή η δομή θα αποθηκεύει επίσης αυτές τις πληροφορίες.

// From https://github.com/bminor/glibc/blob/a07e000e82cb71238259e674529c37c12dc7d423/malloc/arena.c#L837

typedef struct _heap_info
{
mstate ar_ptr; /* Arena for this heap. */
struct _heap_info *prev; /* Previous heap. */
size_t size;   /* Current size in bytes. */
size_t mprotect_size; /* Size in bytes that has been mprotected
PROT_READ|PROT_WRITE.  */
size_t pagesize; /* Page size used when allocating the arena.  */
/* Make sure the following data is properly aligned, particularly
that sizeof (heap_info) + 2 * SIZE_SZ is a multiple of
MALLOC_ALIGNMENT. */
char pad[-3 * SIZE_SZ & MALLOC_ALIGN_MASK];
} heap_info;

malloc_state

Κάθε σωρός (κύρια αρένα ή άλλες αρένες νημάτων) έχει μια malloc_state δομή.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η κύρια αρένα malloc_state δομή είναι μια παγκόσμια μεταβλητή στη libc (επομένως βρίσκεται στον χώρο μνήμης της libc).
Στην περίπτωση των malloc_state δομών των σωρών των νημάτων, βρίσκονται μέσα στη δική τους "σωρό" νημάτων.

Υπάρχουν μερικά ενδιαφέροντα πράγματα να σημειωθούν από αυτή τη δομή (δείτε τον κώδικα C παρακάτω):

• __libc_lock_define (, mutex); Υπάρχει για να διασφαλίσει ότι αυτή η δομή από τη σωρό προσπελάζεται από 1 νήμα τη φορά
• Σημαίες:

#define NONCONTIGUOUS_BIT (2U)

#define contiguous(M) (((M)->flags & NONCONTIGUOUS_BIT) == 0) #define noncontiguous(M) (((M)->flags & NONCONTIGUOUS_BIT) != 0) #define set_noncontiguous(M) ((M)->flags |= NONCONTIGUOUS_BIT) #define set_contiguous(M) ((M)->flags &= ~NONCONTIGUOUS_BIT)

* Ο `mchunkptr bins[NBINS * 2 - 2];` περιέχει **δείκτες** στους **πρώτους και τελευταίους κομμάτια** των μικρών, μεγάλων και αταξινόμητων **δοχείων** (το -2 είναι επειδή ο δείκτης 0 δεν χρησιμοποιείται)
* Επομένως, το **πρώτο κομμάτι** αυτών των δοχείων θα έχει έναν **ανάποδο δείκτη σε αυτή τη δομή** και το **τελευταίο κομμάτι** αυτών των δοχείων θα έχει έναν **προForward δείκτη** σε αυτή τη δομή. Αυτό σημαίνει βασικά ότι αν μπορείτε να **διαρρεύσετε αυτές τις διευθύνσεις στην κύρια αρένα** θα έχετε έναν δείκτη στη δομή στη **libc**.
* Οι δομές `struct malloc_state *next;` και `struct malloc_state *next_free;` είναι συνδεδεμένες λίστες αρεών
* Το `top` κομμάτι είναι το τελευταίο "κομμάτι", το οποίο είναι βασικά **όλος ο χώρος που απομένει στη σωρό**. Μόλις το κομμάτι κορυφής είναι "άδειο", η σωρός έχει χρησιμοποιηθεί εντελώς και χρειάζεται να ζητήσει περισσότερο χώρο.
* Το `last reminder` κομμάτι προέρχεται από περιπτώσεις όπου δεν είναι διαθέσιμο ένα κομμάτι ακριβούς μεγέθους και επομένως ένα μεγαλύτερο κομμάτι χωρίζεται, ένα δείκτης που απομένει τοποθετείται εδώ.
```c
// From https://github.com/bminor/glibc/blob/a07e000e82cb71238259e674529c37c12dc7d423/malloc/malloc.c#L1812

struct malloc_state
{
/* Serialize access.  */
__libc_lock_define (, mutex);

/* Flags (formerly in max_fast).  */
int flags;

/* Set if the fastbin chunks contain recently inserted free blocks.  */
/* Note this is a bool but not all targets support atomics on booleans.  */
int have_fastchunks;

/* Fastbins */
mfastbinptr fastbinsY[NFASTBINS];

/* Base of the topmost chunk -- not otherwise kept in a bin */
mchunkptr top;

/* The remainder from the most recent split of a small request */
mchunkptr last_remainder;

/* Normal bins packed as described above */
mchunkptr bins[NBINS * 2 - 2];

/* Bitmap of bins */
unsigned int binmap[BINMAPSIZE];

/* Linked list */
struct malloc_state *next;

/* Linked list for free arenas.  Access to this field is serialized
by free_list_lock in arena.c.  */
struct malloc_state *next_free;

/* Number of threads attached to this arena.  0 if the arena is on
the free list.  Access to this field is serialized by
free_list_lock in arena.c.  */
INTERNAL_SIZE_T attached_threads;

/* Memory allocated from the system in this arena.  */
INTERNAL_SIZE_T system_mem;
INTERNAL_SIZE_T max_system_mem;
};

malloc_chunk

Αυτή η δομή αναπαριστά ένα συγκεκριμένο κομμάτι μνήμης. Τα διάφορα πεδία έχουν διαφορετική σημασία για τα κατανεμημένα και μη κατανεμημένα κομμάτια.

// https://github.com/bminor/glibc/blob/master/malloc/malloc.c
struct malloc_chunk {
INTERNAL_SIZE_T      mchunk_prev_size;  /* Size of previous chunk, if it is free. */
INTERNAL_SIZE_T      mchunk_size;       /* Size in bytes, including overhead. */
struct malloc_chunk* fd;                /* double links -- used only if this chunk is free. */
struct malloc_chunk* bk;
/* Only used for large blocks: pointer to next larger size.  */
struct malloc_chunk* fd_nextsize; /* double links -- used only if this chunk is free. */
struct malloc_chunk* bk_nextsize;
};

typedef struct malloc_chunk* mchunkptr;

Όπως σχολιάστηκε προηγουμένως, αυτά τα κομμάτια έχουν επίσης κάποια μεταδεδομένα, πολύ καλά απεικονισμένα σε αυτή την εικόνα:

https://azeria-labs.com/wp-content/uploads/2019/03/chunk-allocated-CS.png

Τα μεταδεδομένα είναι συνήθως 0x08B που υποδεικνύει το μέγεθος του τρέχοντος κομματιού χρησιμοποιώντας τα τελευταία 3 bits για να υποδείξει:

• A: Αν είναι 1 προέρχεται από μια υπο-στοίβα, αν είναι 0 είναι στην κύρια αρένα
• M: Αν είναι 1, αυτό το κομμάτι είναι μέρος ενός χώρου που έχει κατανεμηθεί με mmap και δεν είναι μέρος μιας στοίβας
• P: Αν είναι 1, το προηγούμενο κομμάτι είναι σε χρήση

Στη συνέχεια, ο χώρος για τα δεδομένα του χρήστη, και τελικά 0x08B για να υποδείξει το μέγεθος του προηγούμενου κομματιού όταν το κομμάτι είναι διαθέσιμο (ή για να αποθηκεύσει δεδομένα χρήστη όταν είναι κατανεμημένο).

Επιπλέον, όταν είναι διαθέσιμα, τα δεδομένα του χρήστη χρησιμοποιούνται επίσης για να περιέχουν κάποια δεδομένα:

• fd: Δείκτης στο επόμενο κομμάτι
• bk: Δείκτης στο προηγούμενο κομμάτι
• fd_nextsize: Δείκτης στο πρώτο κομμάτι στη λίστα που είναι μικρότερο από το ίδιο
• bk_nextsize: Δείκτης στο πρώτο κομμάτι της λίστας που είναι μεγαλύτερο από το ίδιο

https://azeria-labs.com/wp-content/uploads/2019/03/chunk-allocated-CS.png

{% hint style="info" %} Σημειώστε πώς η σύνδεση της λίστας με αυτόν τον τρόπο αποτρέπει την ανάγκη να υπάρχει ένα πίνακας όπου κάθε κομμάτι καταχωρείται. {% endhint %}

Δείκτες Κομματιών

Όταν χρησιμοποιείται malloc, επιστρέφεται ένας δείκτης στο περιεχόμενο που μπορεί να γραφτεί (αμέσως μετά τις κεφαλίδες), ωστόσο, όταν διαχειρίζεστε κομμάτια, χρειάζεται ένας δείκτης στην αρχή των κεφαλίδων (μεταδεδομένα).
Για αυτές τις μετατροπές χρησιμοποιούνται αυτές οι συναρτήσεις:

// https://github.com/bminor/glibc/blob/master/malloc/malloc.c

/* Convert a chunk address to a user mem pointer without correcting the tag.  */
#define chunk2mem(p) ((void*)((char*)(p) + CHUNK_HDR_SZ))

/* Convert a user mem pointer to a chunk address and extract the right tag.  */
#define mem2chunk(mem) ((mchunkptr)tag_at (((char*)(mem) - CHUNK_HDR_SZ)))

/* The smallest possible chunk */
#define MIN_CHUNK_SIZE        (offsetof(struct malloc_chunk, fd_nextsize))

/* The smallest size we can malloc is an aligned minimal chunk */

#define MINSIZE  \
(unsigned long)(((MIN_CHUNK_SIZE+MALLOC_ALIGN_MASK) & ~MALLOC_ALIGN_MASK))

Ευθυγράμμιση & ελάχιστο μέγεθος

Ο δείκτης προς το κομμάτι και το 0x0f πρέπει να είναι 0.

// From https://github.com/bminor/glibc/blob/a07e000e82cb71238259e674529c37c12dc7d423/sysdeps/generic/malloc-size.h#L61
#define MALLOC_ALIGN_MASK (MALLOC_ALIGNMENT - 1)

// https://github.com/bminor/glibc/blob/a07e000e82cb71238259e674529c37c12dc7d423/sysdeps/i386/malloc-alignment.h
#define MALLOC_ALIGNMENT 16


// https://github.com/bminor/glibc/blob/master/malloc/malloc.c
/* Check if m has acceptable alignment */
#define aligned_OK(m)  (((unsigned long)(m) & MALLOC_ALIGN_MASK) == 0)

#define misaligned_chunk(p) \
((uintptr_t)(MALLOC_ALIGNMENT == CHUNK_HDR_SZ ? (p) : chunk2mem (p)) \
& MALLOC_ALIGN_MASK)


/* pad request bytes into a usable size -- internal version */
/* Note: This must be a macro that evaluates to a compile time constant
if passed a literal constant.  */
#define request2size(req)                                         \
(((req) + SIZE_SZ + MALLOC_ALIGN_MASK < MINSIZE)  ?             \
MINSIZE :                                                      \
((req) + SIZE_SZ + MALLOC_ALIGN_MASK) & ~MALLOC_ALIGN_MASK)

/* Check if REQ overflows when padded and aligned and if the resulting
value is less than PTRDIFF_T.  Returns the requested size or
MINSIZE in case the value is less than MINSIZE, or 0 if any of the
previous checks fail.  */
static inline size_t
checked_request2size (size_t req) __nonnull (1)
{
if (__glibc_unlikely (req > PTRDIFF_MAX))
return 0;

/* When using tagged memory, we cannot share the end of the user
block with the header for the next chunk, so ensure that we
allocate blocks that are rounded up to the granule size.  Take
care not to overflow from close to MAX_SIZE_T to a small
number.  Ideally, this would be part of request2size(), but that
must be a macro that produces a compile time constant if passed
a constant literal.  */
if (__glibc_unlikely (mtag_enabled))
{
/* Ensure this is not evaluated if !mtag_enabled, see gcc PR 99551.  */
asm ("");

req = (req + (__MTAG_GRANULE_SIZE - 1)) &
~(size_t)(__MTAG_GRANULE_SIZE - 1);
}

return request2size (req);
}

Σημειώστε ότι για τον υπολογισμό του συνολικού χώρου που απαιτείται προστίθεται μόνο μία φορά το SIZE_SZ επειδή το πεδίο prev_size μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευση δεδομένων, επομένως απαιτείται μόνο η αρχική κεφαλίδα.

Λάβετε δεδομένα Chunk και τροποποιήστε τα μεταδεδομένα

Αυτές οι συναρτήσεις λειτουργούν λαμβάνοντας έναν δείκτη σε ένα chunk και είναι χρήσιμες για τον έλεγχο/ρύθμιση μεταδεδομένων:

• Ελέγξτε τις σημαίες του chunk

// From https://github.com/bminor/glibc/blob/master/malloc/malloc.c


/* size field is or'ed with PREV_INUSE when previous adjacent chunk in use */
#define PREV_INUSE 0x1

/* extract inuse bit of previous chunk */
#define prev_inuse(p)       ((p)->mchunk_size & PREV_INUSE)


/* size field is or'ed with IS_MMAPPED if the chunk was obtained with mmap() */
#define IS_MMAPPED 0x2

/* check for mmap()'ed chunk */
#define chunk_is_mmapped(p) ((p)->mchunk_size & IS_MMAPPED)


/* size field is or'ed with NON_MAIN_ARENA if the chunk was obtained
from a non-main arena.  This is only set immediately before handing
the chunk to the user, if necessary.  */
#define NON_MAIN_ARENA 0x4

/* Check for chunk from main arena.  */
#define chunk_main_arena(p) (((p)->mchunk_size & NON_MAIN_ARENA) == 0)

/* Mark a chunk as not being on the main arena.  */
#define set_non_main_arena(p) ((p)->mchunk_size |= NON_MAIN_ARENA)

• Μεγέθη και δείκτες σε άλλα κομμάτια

/*
Bits to mask off when extracting size

Note: IS_MMAPPED is intentionally not masked off from size field in
macros for which mmapped chunks should never be seen. This should
cause helpful core dumps to occur if it is tried by accident by
people extending or adapting this malloc.
*/
#define SIZE_BITS (PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)

/* Get size, ignoring use bits */
#define chunksize(p) (chunksize_nomask (p) & ~(SIZE_BITS))

/* Like chunksize, but do not mask SIZE_BITS.  */
#define chunksize_nomask(p)         ((p)->mchunk_size)

/* Ptr to next physical malloc_chunk. */
#define next_chunk(p) ((mchunkptr) (((char *) (p)) + chunksize (p)))

/* Size of the chunk below P.  Only valid if !prev_inuse (P).  */
#define prev_size(p) ((p)->mchunk_prev_size)

/* Set the size of the chunk below P.  Only valid if !prev_inuse (P).  */
#define set_prev_size(p, sz) ((p)->mchunk_prev_size = (sz))

/* Ptr to previous physical malloc_chunk.  Only valid if !prev_inuse (P).  */
#define prev_chunk(p) ((mchunkptr) (((char *) (p)) - prev_size (p)))

/* Treat space at ptr + offset as a chunk */
#define chunk_at_offset(p, s)  ((mchunkptr) (((char *) (p)) + (s)))

• Insue bit

/* extract p's inuse bit */
#define inuse(p)							      \
((((mchunkptr) (((char *) (p)) + chunksize (p)))->mchunk_size) & PREV_INUSE)

/* set/clear chunk as being inuse without otherwise disturbing */
#define set_inuse(p)							      \
((mchunkptr) (((char *) (p)) + chunksize (p)))->mchunk_size |= PREV_INUSE

#define clear_inuse(p)							      \
((mchunkptr) (((char *) (p)) + chunksize (p)))->mchunk_size &= ~(PREV_INUSE)


/* check/set/clear inuse bits in known places */
#define inuse_bit_at_offset(p, s)					      \
(((mchunkptr) (((char *) (p)) + (s)))->mchunk_size & PREV_INUSE)

#define set_inuse_bit_at_offset(p, s)					      \
(((mchunkptr) (((char *) (p)) + (s)))->mchunk_size |= PREV_INUSE)

#define clear_inuse_bit_at_offset(p, s)					      \
(((mchunkptr) (((char *) (p)) + (s)))->mchunk_size &= ~(PREV_INUSE))

• Ρυθμίστε την κεφαλή και το υποσέλιδο (όταν χρησιμοποιούνται οι αριθμοί τμημάτων)

/* Set size at head, without disturbing its use bit */
#define set_head_size(p, s)  ((p)->mchunk_size = (((p)->mchunk_size & SIZE_BITS) | (s)))

/* Set size/use field */
#define set_head(p, s)       ((p)->mchunk_size = (s))

/* Set size at footer (only when chunk is not in use) */
#define set_foot(p, s)       (((mchunkptr) ((char *) (p) + (s)))->mchunk_prev_size = (s))

• Πάρτε το μέγεθος των πραγματικών χρησιμοποιήσιμων δεδομένων μέσα στο κομμάτι

#pragma GCC poison mchunk_size
#pragma GCC poison mchunk_prev_size

/* This is the size of the real usable data in the chunk.  Not valid for
dumped heap chunks.  */
#define memsize(p)                                                    \
(__MTAG_GRANULE_SIZE > SIZE_SZ && __glibc_unlikely (mtag_enabled) ? \
chunksize (p) - CHUNK_HDR_SZ :                                    \
chunksize (p) - CHUNK_HDR_SZ + (chunk_is_mmapped (p) ? 0 : SIZE_SZ))

/* If memory tagging is enabled the layout changes to accommodate the granule
size, this is wasteful for small allocations so not done by default.
Both the chunk header and user data has to be granule aligned.  */
_Static_assert (__MTAG_GRANULE_SIZE <= CHUNK_HDR_SZ,
"memory tagging is not supported with large granule.");

static __always_inline void *
tag_new_usable (void *ptr)
{
if (__glibc_unlikely (mtag_enabled) && ptr)
{
mchunkptr cp = mem2chunk(ptr);
ptr = __libc_mtag_tag_region (__libc_mtag_new_tag (ptr), memsize (cp));
}
return ptr;
}

Παραδείγματα

Γρήγορο Παράδειγμα Σωρού

Γρήγορο παράδειγμα σωρού από https://guyinatuxedo.github.io/25-heap/index.html αλλά σε arm64:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

void main(void)
{
char *ptr;
ptr = malloc(0x10);
strcpy(ptr, "panda");
}

Set a breakpoint at the end of the main function and lets find out where the information was stored:

Είναι δυνατόν να δούμε ότι η συμβολοσειρά panda αποθηκεύτηκε στη διεύθυνση 0xaaaaaaac12a0 (η οποία ήταν η διεύθυνση που δόθηκε ως απάντηση από το malloc μέσα στο x0). Ελέγχοντας 0x10 bytes πριν, είναι δυνατόν να δούμε ότι το 0x0 αντιπροσωπεύει ότι το προηγούμενο κομμάτι δεν χρησιμοποιείται (μήκος 0) και ότι το μήκος αυτού του κομματιού είναι 0x21.

Οι επιπλέον χώροι που έχουν κρατηθεί (0x21-0x10=0x11) προέρχονται από τους προστιθέμενους επικεφαλίδες (0x10) και το 0x1 δεν σημαίνει ότι κρατήθηκε 0x21B αλλά τα τελευταία 3 bits του μήκους της τρέχουσας επικεφαλίδας έχουν κάποιες ειδικές σημασίες. Καθώς το μήκος είναι πάντα ευθυγραμμισμένο σε 16 bytes (σε μηχανές 64 bits), αυτά τα bits στην πραγματικότητα δεν θα χρησιμοποιηθούν ποτέ από τον αριθμό μήκους.

0x1:     Previous in Use     - Specifies that the chunk before it in memory is in use
0x2:     Is MMAPPED          - Specifies that the chunk was obtained with mmap()
0x4:     Non Main Arena      - Specifies that the chunk was obtained from outside of the main arena

Multithreading Example

Multithread

```c #include #include #include #include #include <sys/types.h>

void* threadFuncMalloc(void* arg) { printf("Hello from thread 1\n"); char* addr = (char*) malloc(1000); printf("After malloc and before free in thread 1\n"); free(addr); printf("After free in thread 1\n"); }

void* threadFuncNoMalloc(void* arg) { printf("Hello from thread 2\n"); }

int main() { pthread_t t1; void* s; int ret; char* addr;

printf("Before creating thread 1\n"); getchar(); ret = pthread_create(&t1, NULL, threadFuncMalloc, NULL); getchar();

printf("Before creating thread 2\n"); ret = pthread_create(&t1, NULL, threadFuncNoMalloc, NULL);

printf("Before exit\n"); getchar();

return 0; }

</details>

Αναλύοντας το προηγούμενο παράδειγμα, είναι δυνατόν να δούμε πώς στην αρχή υπάρχει μόνο 1 αρένα:

<figure><img src="../../.gitbook/assets/image (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1).png" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

Στη συνέχεια, μετά την κλήση του πρώτου νήματος, αυτού που καλεί το malloc, δημιουργείται μια νέα αρένα:

<figure><img src="../../.gitbook/assets/image (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1).png" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

και μέσα σε αυτήν μπορούν να βρεθούν κάποια κομμάτια:

<figure><img src="../../.gitbook/assets/image (2) (1) (1) (1) (1).png" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

## Bins & Memory Allocations/Frees

Ελέγξτε ποια είναι τα bins και πώς είναι οργανωμένα και πώς η μνήμη κατανέμεται και απελευθερώνεται σε:

{% content-ref url="bins-and-memory-allocations.md" %}
[bins-and-memory-allocations.md](bins-and-memory-allocations.md)
{% endcontent-ref %}

## Heap Functions Security Checks

Οι συναρτήσεις που εμπλέκονται στο heap θα εκτελούν ορισμένους ελέγχους πριν εκτελέσουν τις ενέργειές τους για να προσπαθήσουν να διασφαλίσουν ότι το heap δεν έχει διαφθαρεί:

{% 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 %}

## References

* [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/)