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[原创]House of cat新型glibc中IO利用手法解析 && 第六届强网杯House of cat详解
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发表于: 2022-8-2 00:16
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House of Cat
前言
5月份偶然发现的一种新型GLIBC中IO利用思路，目前适用于任何版本（包括glibc2.35），命名为House of cat并出在2022强网杯中。
简介
House of emma是glibc2.34下常用的攻击手法之一，利用条件只需任意写一个可控地址就可以控制程序执行流，攻击威力十分强大。但是需要攻击位于TLS的_pointer_chk_guard，并且远程可能需要爆破TLS偏移。
House of Cat利用了House of emma的虚表偏移修改思想，通过修改虚表指针的偏移，避免了对需要绕过TLS上 _pointer_chk_guard的检测相关的IO函数的调用，转而调用_IO_wfile_jumps中的_IO_wfile_seekoff函数，然后进入到_IO_switch_to_wget_mode函数中来攻击，从而使得攻击条件和利用变得更为简单。并且house of cat在FSOP的情况下也是可行的，只需修改虚表指针的偏移来调用_IO_wfile_seekoff即可（通常是结合__malloc_assert，改vtable为_IO_wfile_jumps+0x10）。
利用条件
1.能够任意写一个可控地址。
2.能够泄露堆地址和libc基址。
3.能够触发IO流（FSOP或触发__malloc_assert，或者程序中存在puts等能进入IO链的函数），执行IO相关函数。
利用原理
IO_FILE结构及利用
在高版本libc中，当攻击条件有限（如不能造成任意地址写）或者libc版本中无hook函数（libc2.34及以后）时，伪造fake_IO进行攻击是一种常见可行的攻击方式，常见的触发IO函数的方式有FSOP、__malloc_assert（当然也可以用puts等函数，只不过需要任意地址写任意值直接改掉libc中的stdout结构体hhh），当进入IO流时会根据vtable指针调用相关的IO函数，如果在题目中造成任意地址写一个可控地址（如large bin attack、tcache stashing unlink attack、fastbin reverse into tcache），然后伪造fake_IO结构体配合恰当的IO调用链，可以达到控制程序执行流的效果。
vtable检查
在glibc2.24以后加入了对虚函数的检测，在调用虚函数之前首先会检查虚函数地址的合法性。
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void _IO_vtable_check (void) attribute_hidden;static inline const struct _IO_jump_t *
IO_validate_vtable (const struct _IO_jump_t *vtable)
{ uintptr_t section_length = __stop___libc_IO_vtables -__start___libc_IO_vtables;
uintptr_t ptr = (uintptr_t) vtable;
uintptr_t offset = ptr -(uintptr_t)__start___libc_IO_vtables;
if (__glibc_unlikely (offset >= section_length))
_IO_vtable_check ();
return vtable;
} |
其检查流程为：计算_IO_vtable 段的长度（section_length），用当前虚表指针的地址减去_IO_vtable 段的开始地址，如果vtable相对于开始地址的偏移大于等于section_length，那么就会进入_IO_vtable_check进行更详细的检查，否则的话会正常调用。如果vtable是非法的，进入_IO_vtable_check函数后会触发abort。
虽然对vtable的检查较为严格，但是对于具体位置和具体偏移的检测则是较为宽松的，可以修改vtable指针为虚表段内的任意位置，也就是对于某一个_IO_xxx_jumps的任意偏移，使得其调用攻击者想要调用的IO函数。
__malloc_assert与FSOP
在glibc中存在一个函数_malloc_assert，其中会根据vtable表如_IO_xxx_jumps调用IO等相关函数；该函数最终会根据stderr这个IO结构体进行相关的IO操作
代码如下
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static void__malloc_assert (const char *assertion, const char *file, unsigned int line,
const char *function)
{ (void) __fxprintf (NULL, "%s%s%s:%u: %s%sAssertion `%s' failed.\n",
__progname, __progname[0] ? ": " : "",
file, line,
function ? function : "", function ? ": " : "",
assertion);
fflush (stderr);
abort ();
} |
house of kiwi提供了一种调用该函数的思路，可以通过修改topchunk的大小触发，即满足下列条件中的一个
1.topchunk的大小小于MINSIZE(0X20)
2.prev inuse位为0
3.old_top页未对齐
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assert ((old_top == initial_top (av) && old_size == 0) ||
((unsigned long) (old_size) >= MINSIZE &&
prev_inuse (old_top) &&
((unsigned long) old_end & (pagesize - 1)) == 0));
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下面介绍另一种触发house of cat的方式FSOP
程序中所有的_IO_FILE 结构用_chain连接形成一个单链表，链表的头部则是_IO_list_all
FSOP就是通过劫持_IO_list_all的值（如large bin attack修改）来执行_IO_flush_all_lockp函数，这个函数会根据_IO_list_all刷新链表中的所有文件流，在libc中代码如下，其中会调用vtable中的IO函数_IO_OVERFLOW，根据我们上面所说的虚表偏移可变思想，这个地方的虚表偏移也是可修改的，然后配合伪造IO结构体可以执行house of cat的调用链
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int_IO_flush_all_lockp (int do_lock)
{ ...
fp = (_IO_FILE *) _IO_list_all;
while (fp != NULL)
{
...
if (((fp->_mode <= 0 && fp->_IO_write_ptr > fp->_IO_write_base))
&& _IO_OVERFLOW (fp, EOF) == EOF)
{
result = EOF;
}
...
}
} |
触发条件则是有三种情况
FSOP有三种情况（能从main函数中返回、程序中能执行exit函数、libc中执行abort），第三种情况在高版本中已经删除;__malloc_assert则是在malloc中触发，通常是修改top chunk的大小。
一种可行的IO调用链
在_IO_wfile_jumps结构体中，会根据虚表进行相关的函数调用。
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const struct _IO_jump_t _IO_wfile_jumps libio_vtable =
{ JUMP_INIT_DUMMY,
JUMP_INIT(finish, _IO_new_file_finish),
JUMP_INIT(overflow, (_IO_overflow_t) _IO_wfile_overflow),
JUMP_INIT(underflow, (_IO_underflow_t) _IO_wfile_underflow),
JUMP_INIT(uflow, (_IO_underflow_t) _IO_wdefault_uflow),
JUMP_INIT(pbackfail, (_IO_pbackfail_t) _IO_wdefault_pbackfail),
JUMP_INIT(xsputn, _IO_wfile_xsputn),
JUMP_INIT(xsgetn, _IO_file_xsgetn),
JUMP_INIT(seekoff, _IO_wfile_seekoff),
JUMP_INIT(seekpos, _IO_default_seekpos),
JUMP_INIT(setbuf, _IO_new_file_setbuf),
JUMP_INIT(sync, (_IO_sync_t) _IO_wfile_sync),
JUMP_INIT(doallocate, _IO_wfile_doallocate),
JUMP_INIT(read, _IO_file_read),
JUMP_INIT(write, _IO_new_file_write),
JUMP_INIT(seek, _IO_file_seek),
JUMP_INIT(close, _IO_file_close),
JUMP_INIT(stat, _IO_file_stat),
JUMP_INIT(showmanyc, _IO_default_showmanyc),
JUMP_INIT(imbue, _IO_default_imbue)
}; |
其中_IO_wfile_seekoff函数代码如下
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off64_t_IO_wfile_seekoff (FILE *fp, off64_t offset, int dir, int mode)
{ off64_t result;
off64_t delta, new_offset;
long int count;
if (mode == 0)
return do_ftell_wide (fp);
int must_be_exact = ((fp->_wide_data->_IO_read_base
== fp->_wide_data->_IO_read_end)
&& (fp->_wide_data->_IO_write_base
== fp->_wide_data->_IO_write_ptr));
#需要绕过was_writing的检测 bool was_writing = ((fp->_wide_data->_IO_write_ptr
> fp->_wide_data->_IO_write_base)
|| _IO_in_put_mode (fp));
if (was_writing && _IO_switch_to_wget_mode (fp))
return WEOF;
......} |
其中fp结构体是我们可以伪造的，可以控制fp->_wide_data->_IO_write_ptr > fp->_wide_data->_IO_write_base来调用_IO_switch_to_wget_mode这个函数，继续跟进代码
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int_IO_switch_to_wget_mode (FILE *fp)
{ if (fp->_wide_data->_IO_write_ptr > fp->_wide_data->_IO_write_base)
if ((wint_t)_IO_WOVERFLOW (fp, WEOF) == WEOF)
return EOF;
......
} |
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请问这里的mode参数可控吗？或者说如何绕过mode==0的检测。
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参数是可控的，mode为0或为1最终都会执行到后面的函数，不影响结果，我试过了
最后于 2022-8-25 14:41
被CatF1y编辑
，原因：
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应该是可以控制mode，实际上也就是控制rcx寄存器，我调试跟进的时候发现执行中间有对rcx的写操作，如果rcx寄存器为0的话构造两个FILE结构体然后第一个用来置rcx，第二个用来调用就能执行到_IO_switch_to_wget_mode了 |
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为何要构造两个结构体？ |
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直接在第一个结构体控制mode=1就可以了，之前我的版本发现mode=0不影响后面的执行就没管 
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