这道题主要考察tcache bin、double free、伪造chunk并利用、glibc中chunk分配与释放机制等知识点熟练掌握和运用程度，比较典型，值得深入研究。
一、house of Atum结构分析
二、Double Free 利用
（一）分析基础
（二）泄露heap地址
（三）伪造chunk
（四）泄露libc地址
三、劫持_free_hook函数
四、总结

一、house of Atum结构分析

house of Atum共有4个功能，分别为新建（new）、编辑(edit)、删除（delete）、显示(show)，其中alloc()函数最多只能分配2个堆块（0x48字节），漏洞函数存在于del()函数中，当clear操作选择'n'时，不会将notes数组上的指针置0，存在UAF漏洞。
关键函数部分代码如下：

notes[i]指针指向分配的chunk数据区，readn函数直接读入0x48个字符串，没有对字符串末尾进行截断处理，只对字符串末尾添加'\0a'，导致存在泄露内存地址的可能。

选择删除（delete）时，如果在clear选项后面选择'n'，notes[v1]将不会置0，导致存在uaf漏洞。

以上就是有用的信息，我们所能执行的操作就限定在以上范围之中。

给定一个这样的题目，怎们办？根据已有的知识，存在uaf漏洞，那么就可以触发double free，double free后，位于tcache bin中的chunk的next指针将指向next所在位置，即指向自己。从这点出发，我们可以动态得到next指针的值。

我们的目标是最终执行system('/bin/sh'),而且是通过堆来完成。上一篇《HITB CTF 2018 gundam分析》中，我们通过动态获得libc基地址，进而计算出_free_hook地址和system地址，想方设法在_free_hook地址处写入system地址，再创建1个内容为'/bin/sh'的chunk，然后释放，就可以触发_free_hook，最终执行system('/bin/sh')。这道题同样可以采取这种思路。1.要动态获得libc基地址，就要用到unsorted bin，在tcache的count为7的情况下，将符合unsorted bin大小的chunk释放到unsorted bin中。该chunk前向指针fd和后向指针bk的值就是要泄露的地址（详细分析见上一篇《HITB CTF 2018 gundam分析》）。

2.题目中创建的house of Atum chunk的大小为0x51。显然，这样chunk释放后只能进入tcache bin和fast bin，要想使其进入unsorted bin，就得改变指定chunk的大小。

3.要在_free_hook地址处写入system地址，就得构建1个以_free_hook地址为数据区地址的chunk，即_free_hook-0x10为起始地址的chunk，以system地址作为内容参数。
以下分析和调试过程基于以上3点考虑，通过对堆块chunk的灵活操作，成功执行获得shell。

二、Double Free 利用

（一）分析基础

我们知道，创建house of atum chunk时，系统分配的chunk大小为0x51，如果只创建1个chunk，size为0x51的chunk后面紧跟着top chunk。而我们后面还要改写指定chunk的size大于fastbin的最大值0x80，显然只申请1个大小为0x51的chunk，并在这唯一一个chunk上来回操作是不能满足要求的。

考虑到2个chunk的大小加起来为0xa1，后面需要紧跟着1个大小为0x11的chunk来标识前一chunk的prev_inuse状态，故后续操作中将指定chunk的大小由0x51改为0x91。开始先申请2个chunk,chunk0的内容为一个字符‘A’，chunk1的内容为p64(0)*7+p64(0x11)，即56个字节的0，加上1个长度为8个字节的0x11，把chunk0、chunk1看作1个大的chunk正好满足后面将chunk0的大小改为0x91的要求。

这里需要特别注意的是:chunk1最后8个字节必须是p64(0x11)，而不能是p64(0x10)。如果是p64(0x10)，后面释放7次大小为0x91的chunk0时，chunk0能够正常释放到tcache中，但是第8次再释放该chunk0时，会出现错误，而错误的原因就是把0x11写成了0x10。通过查看glibc的源代码，在_int_free()函数中，存在以下代码：

在chunk被释放到unsorted bin之前系统会通过下一个chunk的prev_inuse标志位来检查该chunk是否已经被释放。写成0x10之后，glibc检测发现prev_inuse为0，就会触发异常"double free or corruption (!prev)"，而在放入tcachebin之前是没有这种检查机制的。

以上分析是以下所有chunk操作的起点。

（二）泄露heap地址

1.先将chunk1释放到0x51大小的tcache中；
2.连续将chunk0释放6次，chunk0将放入0x51大小的tcache中，同时chunk1将从tcache中移除，chunk0的next指针将指向自身next地址，通过show('0'),可以获得chunk0的内容，即next指针地址，定义为heap_addr。

（三）伪造chunk

动态获得了heap_addr，即chunk0的next指针，后面该如何利用?

根据前面分析，要获得libc的基地址，就要改变chunk0的大小为0x91。chunk0的size域位于chunk0头部16个字节的后半部分中，可以考虑创建1个以chunk0-0x10为起始地址的chunk1，将chunk0的新的size值（0x91）作为chunk1的内容。要从tcachebin中分配chunk1时，前提是chunk1在tcachebin中，有两种方式可以使chunk1(chunk0-0x10为起始地址）进入tcachebin：一种是释放已经存在的chunk1到tcache中，另一种是将chunk1链接到fastbin中某个chunk后面，这样当chunk被从fastbin中分配时，其后面的chunk1就会被移到tcache中。显然前一种方式不现实，我们采用第二种方式。

通过前面7次释放chunk，tcachebin 已有7个chunk,再释放1次chunk0，chunk0将进入fastbin。这时，chunk0同时存在于fastbin和tcachebin中。

chunk0进入fastbin后，我们继续按上面的思路走。创建chunk,chunk0将从tcachebin中分配，将p64(heap_addr-0x20)作为参数写入chunk0数据区，fastbin中的chunk0后面链接着以heap_addr-0x20为起始地址的chunk。此时tcache中count变成了6，并且tcache为空。

从上图可以看到，fastbin中增加了1个chunk(从heap_addr-0x20开始)。
此时，如果我们再申请创建1个chunk，即chunk1，该chunk将会从fastbin中分配，同时fastbin中的剩余chunk将会移到tcachebin中。

由于tcachebin中next指针指向chunk的数据区，fastbin中next指针指向chunk起始地址（两者相差0x10），因此写入tcache的entries的值为heap_addr-0x10，即chunk0起始地址。

再释放掉chunk1，chunk1会进入fastbin中。

到目前为止，我们已经成功实现伪造chunk(heap_addr-0x20作为起始地址)，并使其进入tcachebin。如果我们再次申请创建chunk，chunk1将会从tcache中分配。在这里，我们把p64(0)+p64(0x91)作为参数创建chunk，chunk1（从heap_addr-0x20开始）的数据区heap_addr-0x10处将会写入0x91，heap_addr-0x10正是chunk0的起始地址，成功改变chunk0的大小为x91。

（四）泄露libc地址

连续释放chunk0 7次，将会使chunk0进入0x91大小的tcachebin中，再释放1次，chunk0将会进入unsortedbin。

根据上一篇《HITB CTF 2018 gundam分析》，chunk0+0x10处的以7f开头的地址就是泄露的地址。

而libc的基地址如上图标红处所示，为0x7fe3b0f45000，由此可以计算出libc基地址与泄露的指向unsortedbin的fd指针之间的偏移为：
泄露地址0x00007fe3b12f0c78-libc基地址0x7fe3b0f45000=0x3abc78，进而可以计算出__free_hook函数地址和system函数地址。

三、劫持_free_hook函数

第一部分第3点我们谈到，要在_free_hook地址处写入system地址，就得构建1个以_free_hook地址为数据区地址的chunk，即_free_hook-0x10为起始地址的chunk，以system地址作为内容参数。

我们知道fastbin中chunk被分配后，该chunk后面链接的chunk会被移到tcachebin中，后面再分配chunk时，移到tcache中的chunk会被分配。我们继续按这个思路分配和释放chunk。

此时我们完成了libc基地址的获取，需要将chunk0的大小从0x91改回到0x51，以便创建大小为0x51的house of atum chunk。

从上图可以看到fastbin中chunk0后面链接的是指向unsortedbin的指针，如果我们将链接的指针修改为__free_hook-0x10，那么再创建大小为0x51的chunk时，glibc会从fastbin中分配chunk0，同时将_free_hook地址写入tcache。

如何将chunk0大小改回到0x51并修改chunk0后面的链接指针？我们继续使用前面伪造的chunk1(从heap_addr-0x20开始)，利用house of Atum 程序的edit功能，将chunk1的内容编辑为p64(0)+p64(51)+_free_hook-0x10，成功实现修改chunk0大小和chunk0后面链接指针的目的。

继续创建大小为0x51的chunk，chunk0将从fastbin中分配，同时_free_hook地址被写入0x51大小的tcache中。

释放chunk0，chunk0被释放到fastbin中，再次申请创建chunk0， 将从tcache中分配chunk0(_free_hook-0x10开头),以system函数地址为参数，把system函数地址写入_free_hook地址，实现_free_hook函数与system函数的绑定。

释放伪造的chunk1，再次创建chunk1，chunk1将从fastbin中分配，以‘/bin/sh\x00’为参数，字符串‘/bin/sh\x00’被写入chunk1数据区。

再次释放chunk1，实际上执行del操作的前两步，触发_free_hook函数，最终执行system（‘/bin/sh\x00’），成功得到shell。

四、总结

本题的解题思路是从题目本身出发，分析题目本身能够直接获取的信息，然后思考如何建立与解题目标（成功获得shell）之间的联系，包括如何利用double free后得到泄露的heap_addr？为什么以及如何伪造以heap_addr-0x20开头的chunk？如何从伪造的chunk出发获得泄露的libc基地址？弄清这些内在联系对于逆向解题至关重要。网上流传较多的版本是最后通过one_gadget获得系统控制权，本文采用执行system函数的方式成功实现这一目的。

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