二进制安全虚拟机Protostar靶场（7）heap2 UAF(use-after-free)漏洞

前言

这是一个系列文章，之前已经介绍过一些二进制安全的基础知识，这里就不过多重复提及，不熟悉的同学可以去看看我之前写的文章

heap2

程序静态分析

https://exploit.education/protostar/heap-two/

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

struct auth {  #定义了一个名为 auth 的结构体
  char name[32];  #定义了一个名叫name的变量，能存储32字节数据
  int auth;  #定义了一个整数变量auth
};

struct auth *auth;  #auth 指针用来指向 struct auth 类型的对象
char *service;  #定义了一个service指针

int main(int argc, char **argv)  #主函数
{
  char line[128];  #定义了一个名叫line的变量，能存储128字节数据

  while(1) {  #一个无限循环
    printf("[ auth = %p, service = %p ]\n", auth, service);  #输出auth 和 service 指针的当前值

    if(fgets(line, sizeof(line), stdin) == NULL) break;  #获取我们输入，如果读取失败就会退出
    
    if(strncmp(line, "auth ", 5) == 0) {  #如果输入auth，进入if语句 
      auth = malloc(sizeof(auth));  #给auth 结构体分配内存
      memset(auth, 0, sizeof(auth));  #将内存初始化为零
      if(strlen(line + 5) < 31) {  #line + 5（即 "auth " 后面的字符串）的长度小于31字符
        strcpy(auth->name, line + 5);  #它将被复制到 auth 结构体的 name 字段
      }
    }
    if(strncmp(line, "reset", 5) == 0) {  #如果输入是 "reset"
      free(auth);  #释放掉auth结构体的内存
    }
    if(strncmp(line, "service", 6) == 0) {  #如果输入以 "service" 开头
      service = strdup(line + 7);  #程序将使用 strdup 函数复制 "service" 后面的字符串，并将 service 指针指向这个新分配的副本
    }
    if(strncmp(line, "login", 5) == 0) {  #如果输入是 "login"
      if(auth->auth) {  #程序将检查 auth 结构体的 auth 字段
        printf("you have logged in already!\n");  #如果 auth 字段非零，程序会打印一条消息表示用户已经登录
      } else {
        printf("please enter your password\n");  #否则，程序提示用户输入密码
      }
    }
  }
}

什么是use-after-free漏洞？

Use-After-Free（UAF）漏洞是一种内存安全漏洞，发生在程序释放了一块内存之后再次错误地使用（访问或操作）这块内存的情况。这种漏洞通常出现在动态内存管理的环境中，尤其是在使用手动内存管理（如C和C++语言）的程序中较为常见。UAF漏洞可能导致程序行为异常、数据损坏、信息泄露，甚至允许攻击者执行任意代码。

UAF漏洞发生的条件

内存释放：程序通过某种机制（例如C语言的free()函数）释放了一块动态分配的内存。
错误重用：在该内存被释放后，程序中的某个部分尝试再次访问或使用这块已释放的内存。
内存再分配：操作系统或内存管理器可能将已释放的内存块重新分配给其他请求，导致原先的引用变得不可预测或危险。

演示

char *buffer = malloc(100); // 分配100字节的内存
strcpy(buffer, "sensitive data"); // 将敏感数据复制到分配的内存中
free(buffer); // 释放内存

// ... 程序的其他部分

// 错误地重新使用了已释放的内存
printf("%s", buffer); // 尝试打印已释放内存中的数据

在这个例子中，buffer指针首先指向了一块分配的内存，存储了一些敏感数据。随后，这块内存被释放，理应不再被访问。然而，程序后面的部分错误地尝试访问这块已经释放的内存，试图打印它的内容。这个操作可能导致未定义行为，包括打印出随机数据、导致程序崩溃或更糟糕的情况

程序动态调试

这是一个类似于登陆程序的程序，我们可以先看看程序的参数，运行程序，随便往堆里存放一些数据，然后登陆

图中可以看到auth结构体的堆地址是0x804c008，由于程序检查auth结构体指针的auth成员的值。这个成员是一个整型（int），用来表示用户是否已经认证：非零值表示已认证，零值表示未认证。
如果auth->auth的值为非零（即用户已经通过认证），则输出用户以登陆

这个程序存在use-after-free漏洞，我们在输入reset释放auth结构体内存时，指针并为重置为0，这个auth结构体的指针还是指向0X804c008

输入service参数会执行strdup函数，简单来说，这个函数的作用是复制字符串，然后会自动调用mallco函数来分配内存空间，并返回指向这个新分配内存的指针，也可以使用free函数释放调内存

随便输入一些值，可以看见service的指针指向了0x804c008

为什么service的指针和auth的指针指向的是同一个地址呢？聪明的同学可能已经知道了，我们上一个步骤是执行了reset参数，释放了auth结构体的空间，现在又执行了service参数，上面说过，输入service参数会执行strdup函数，简单来说，这个函数的作用是复制字符串，然后会自动调用mallco函数来分配内存空间，并返回指向这个新分配内存的指针，也可以使用free函数释放调内存

由于释放了auth结构体的空间，程序给我们分配空间时，使用了这个空闲的空间，现在auth和service就指向了同一个地址，这就是use-after-free漏洞，漏洞点就发生在这

假设现在有一个内存空间A，空间A是由root用户创建的，可以以最高权限执行命令，现在空间A被free掉了，被程序标记为空闲空间，现在user用户要创建一个内存空间，由于A空间被标记为空闲空间，所以程序会把A空间分配给user用户，我们就可以用user用户操作root用户的空间，执行越权的操作，这就是UAF（use-after-free）漏洞

现在我们用gdb调试程序，用auth参数执行一次分配内存空间的操作

ctrl+c中断程序，然后查看程序映射的堆空间

info proc mappings

可以看到，堆空间为0x804c000-0x804d000，现在我们查看堆空间的内容

我们也可以使用print参数详细显示存放的内容

现在可以看到我们输入的字符串A，和后面的身份验证，auth = 0

我们在printf函数处下一个断点，然后用commands参数在每一步操作停下来后，自动的运行我们设置的命令，可以更方便的展示堆空间的操作

>echo -----------------------------------------------\n
>x/20wx 0x804c000
>echo auth-------------------------------------------\n
>print *auth
>echo service----------------------------------------\n
>print *service
>echo -----------------------------------------------\n
>continue
>end

运行程序，使用auth参数来分配第一个堆空间

现在又有一个新问题，为什么auth只有8个字节的空间，不应该是32个字节+4字节整数=36字节空间吗？

这是因为结构体为auth，整数也叫auth，而结构体auth的指针又叫auth，程序计算auth的大小时，计算的是auth变量的大小，而不是struct auth的大小

因此，auth被分配到的空间只有4字节大小，malloc函数会将其对齐到8字节

现在来看看free函数是怎么运行的，输入reset

可以看到，我们之前写入的字符串都被清空了，但是auth指针依然存在

现在我们用service参数写入一些字符串

可以看到，auth的值也变成了AAA

身份验证（int auth）的地址是第32个字节后的四个字节

也就是图中选中的地方，刚好分配三次service的空间就能覆盖，刚刚我们以及执行了一次，现在我们再执行两次service

现在身份验证的值变成了CCC，已经不为0了，现在我们输入login即可

成功登陆

我们也可以直接用service参数输入36个A来覆盖身份验证的地址

重新运行程序