昨天，突然有一个师傅突然提醒我GLIBC-2.37已经发布，就重新看了一下，瞬间感觉背后发凉，largebin没有什么修改，IO修改很大，针对性强的一逼，以前一些利用方式已无法使用，比较庆幸的是还有有一些新的利用方式可以继续挖掘。而且我认为GNU下一步会按2.37的思路不断修改IO，以前很多方法都会渐渐失效，在此我也决定将几个2.37以后失效的攻击链公布出来。本篇的内容主要是开篇，简单介绍一下IO，老手就可以无视。

零、入门

既然是IO操作，那么就有必要知道计算机到底是怎么读写硬盘或者其他设备的，此处主要以块设备为主。以硬盘为例，要想和硬盘交互，说白了也是和硬盘上的芯片+系统交互，在x86的体系下，其实就是和硬盘上的寄存器进行交互，为了让这个过程变的简单，硬盘上的寄存器被映射成了端口，硬盘的端口说明如下表。而能够交互端口的操作就是汇编指令中的in out，这些指令是特权指令，三环无法使用，像我们的常说的底层read或write函数其实也是靠操作系统执行in，out指令来实现外部设备读写的。具体的执行细节不是我们的重点，不再细写。需要知道的是，对于LBA硬盘来说，读写数据都必须一块一块的读，这也就是常说的块设备。

一、IO数据结构

对于LBA硬盘来说，读写数据都必须一块一块的读，如果我们每次执行read，write时都是操作很少的数据，则对系统消耗非常大，因此，C库就想了一个好办法——缓冲区。所以，就比较好理解了，缓冲区是为了减少3坏操作外部硬件时的消耗产生的，一切都是以外部硬件为服务对象。

1.从外部硬件读取时。为了减少消耗，会一次从外部硬件读取一“块”数据，并放入缓冲区，然后当target需要时，再从头部慢慢读取，只到读完才再次从硬件读取。这个缓冲区叫输入缓冲区。

2.向外部硬件写入时。为了减少消耗，不会一有东西就写入，而是先将内容从source写入缓冲区，当缓冲区满了时候再将内存一起写入硬件。这个缓冲区叫输出缓冲区。

为了更好的定位，对每个操作我们肯定至少要有3个基础数据。首先，以从外部硬件读取为例，我们要有输入缓冲区开始（base）、结尾（end）和当前（ptr）已经用了多少的指针。很明显当ptr == end时，说明输入缓冲区里的东西已经全部读完，需要重新从硬件读入。

同样，对于向外部硬件写入为例，我们要有输出缓冲区开始（base）、结尾（end）和当前（ptr）已经写了多少的指针。很明显当ptr == end时，说明输出缓冲区已经写满，可以向硬件写入了。

上面的内容看似非常清楚，但这里其实有一些比较容易混乱的地方。因为缓冲区内存储的是数据，输入、输出两者数据流动方向不同，但保护主体都一样，都是外部设备，所以有用的数据部分就有所不相同。

1. 对于输入缓冲区ptr-end是有用的数据，base-ptr为已使用的数据。
2. 对于输出缓冲区base-ptr是要写入硬件的内容（有用数据），ptr-end为空闲区域。
3. 两者结尾有所不同。
   1. 对于输入缓冲区，因为从硬盘中读取的数据可能无法填满整个缓冲区的块，所以_IO_buf_end != _IO_read_end。输入缓冲区要使用_IO_read_end判断结束。
   2. 对于输出缓冲区，缓冲区的结束就是输出缓冲区结束，_IO_buf_end == _IO_write_end。输出缓冲区往往使用_IO_buf_end判断结束。

虽然，输入、输出缓冲区作用不同，但原理上都是一块内存。一块外部设备可能既可以写入也可以读取，为了节省空间，我们可以定义一块缓冲区，需要输入的时候就做输入缓冲区，需要输出就做输出缓冲区。那么我们就有了8个指针。

那么到现在，基本思路理清了，其他就方便了.

从文件中读取 程序是从fd中读取一批数据到缓冲区中（_IO_buf_base 至 _IO_buf_end），_IO_read_ptr 指向已向target中写完的位置，既 _IO_read_ptr 至 _IO_read_end 为还没有写入target中的数据。当_IO_read_ptr == _IO_read_end时，说明输入缓冲区内已经没有可用数据，需要再次从文件中读入数据。

向文件输出 程序是先将source中的数据写入到缓冲区中，_IO_write_ptr 指向已从source中写到的位置，既 _IO_write_ptr 至 _IO_write_pend 为还剩余的空间。当_IO_write_ptr == _IO_buf_end时，再全部写入fd中。

二、数据操作

既然有了数据结构，我们就可以简单定义一些操作来进行操作。

1.从硬盘中读入数据

这个逻辑前面已经说的非常清楚，简单逻辑如下。

1. 从fd中读取一批（一块）数据到输入缓冲区中（_IO_buf_base 至 _IO_buf_end），同时对_IO_read_base _IO_read_ptr _IO_read_end 设置初始值。（_IO_read_ptr == _IO_read_base ，当然也可能不同）
2. 从_IO_read_ptr 处向需要的内存中复制数据，同时把_IO_read_ptr 向后移位。
3. 当_IO_read_ptr == _IO_read_end时，说明缓冲区内已经没有可用数据，需要再次从文件中读入数据。冲入第一步。

2.向硬盘中写入数据

同理，操作逻辑如下。

1. 先将source中的数据复制到输出缓冲区中，_IO_write_ptr 指向已写到的位置。
2. 当_IO_write_ptr == _IO_buf_end时，将缓冲区中的内容全部写入fd中，并将_IO_write_ptr设置为 _IO_write_base，重复第一步。

上面的操作中，我们还忘了一个基本的问题：缓冲区从哪里来？其实缓冲区就是一块内存，可以在栈上、堆上、libc中，甚至随便mmap一块内存都可以，但不论怎么来，我们都需要这样一块区域，在此，我们借用glibc中在malloc的方法来申请缓冲区。那么我们还需要第三个操作。

3.申请缓冲区

这个操作非常简单。

申请一块缓冲区，并设置_IO_buf_base为开头，_IO_buf_end为结尾。

到此为止，IO的所有基本操作就已经算是完成了。当然，操作中还需要一些安全检测，例如判断缓冲区是否存在、malloc是否成功等内容，这里就不再赘述。下面，我以glibc中_IO_file_jumps为例，梳理一下函数操作的意图。

三、_IO_file_jumps 函数操作

说明顺序根据_IO_file_jumps中的操作顺序来，因为里面的互相调用还是挺多的，就不说具体写过程，主要说明操作的意图。

1._IO_new_file_finish

这个看名字就非常简单，是文件结束的操作，所以它的操作如下

1. 清空所有缓冲区
2. 关闭（close）文件

2._IO_new_file_overflow

这个函数意图比较简单，主要是处理当输出缓冲区用完时，向硬盘写入数据。当然，其实这个函数内部非常复杂，加入了一些检测。例如，如果缓冲区不存在则要初始化缓冲区。并且，这个函数的参数中有一个标志位。

1. 如果 ch == EOF，则输出f->_IO_write_ptr - f->_IO_write_base的区间。
2. 如果 ch != EOF，并且f->_IO_write_ptr == f->_IO_buf_end，则将缓冲区全部输出。
3. 如果 ch == '\n'，则输出 f->_IO_write_ptr - f->_IO_write_base加一个换行符。
4. 以上都不满足就返回 ch。

3._IO_new_file_underflow

这个函数与_IO_new_file_overflow差不多，主要是用于从硬盘中读取数据，每次读取都是_IO_buf_base 至 _IO_buf_end。为了防止硬盘中没有这么多数据，设置_IO_read_end为读取的总数。如果，缓冲区不存在则要初始化缓冲区。程序返回_IO_read_ptr指针。

4.__GI__IO_default_uflow（_IO_default_uflow）

这个函数就是调用_IO_new_file_underflow，并简单做了一些检测。

5.__GI__IO_default_pbackfail（_IO_default_pbackfail）

设置存储的函数，暂不重要。

6._IO_new_file_xsputn

这个函数是主要目的是将数据从source放入输出输出缓冲区。显然，放入过程中还有几种情况。

1. 如果要写入的数据小于剩余的空间_IO_write_ptr - _IO_buf_end，那么就直接将数据写入输出缓冲区即可。
2. 如果要写入的数据大于剩余的空间_IO_write_ptr - _IO_buf_end。
   1. 先将输出缓冲区填满，再调用_IO_new_file_overflow清空输出缓冲区。
   2. 剩余的数据继续调用 _IO_new_file_xsputn

说明：我们平时的输出函数主要就是调用此函数。

7.__GI__IO_file_xsgetn（_IO_file_xsgetn）

这个函数是主要目的是将数据从输入缓冲区放入target。显然放入过程中还有几种情况。

1. 如果要读取的数据小于剩余的数据_IO_read_ptr - _IO_read_end，那么就直接将数据读取到target即可。
2. 如果要读取的数据大于剩余的数据_IO_read_ptr - _IO_read_end。
   1. 先将输入缓冲区全部数据读出，再调用_IO_new_file_underflow从硬盘读入一块数据。
   2. 如果需要读取数据特别多，就调用__GI__IO_file_read从硬盘直接读取数据。

说明：我们平时的输入函数主要就是调用此函数。

8._IO_new_file_seekoff

设置偏移函数，就是设置我们所说的ptr指针。

9._IO_default_seekpos

就是调用_IO_new_file_seekoff。

10._IO_new_file_setbuf

这个函数也比较简单，看名字就知道是设置缓冲区的，作用就是初始化各个缓冲区

1. _IO_write_base = _IO_write_ptr = _IO_write_end = _IO_buf_base
2. _IO_read_base = _IO_read_ptr = _IO_read_end = _IO_buf_base （使用 _IO_setg 宏）

11._IO_new_file_sync

同步函数，负责与硬盘和缓冲区之间进行同步。

12.__GI__IO_file_doallocate（_IO_default_doallocate）

这个就是申请缓冲区的函数，申请完之后还要把输入、输出缓冲区初始化。

13.__GI__IO_file_read（_IO_file_read）

这个是输入的最终函数，它将syscall_read进行了一定的封装。

14._IO_new_file_write

这个是输出的最终函数，它将syscall_write进行了一定的封装。

15.__GI__IO_file_seek（_IO_file_seek）

调用__lseek64。

16.__GI__IO_file_close（_IO_file_close）

就和名字一样，关闭文件。

17.__GI__IO_file_stat（_IO_file_stat）

获取文件描述符的状态。调用__fxstat64。

18._IO_default_showmanyc

此函数没用，返回-1。

19._IO_default_imbue

此函数没用。

20.其他一些内容

flag标志位

flush（_IO_do_flush）

清空缓冲区，将输出缓冲区清空。

缓冲区设置宏

_IO_setg _IO_setp 等等

虚表的初始化

我认为这是IO里面最让人头疼的地方，它的初始化形式使用大量宏来操作，为了说明问题，我专门找了一个不常用虚表(wfile)。

其中，带default的都是共用的函数，大都在genops.c里面；new_file和file的大都在fileops.c里面；wdefault是宽字符共用的函数，大都在wgenops.c里面；只有wfile的才是自己单独定义的函数，在wfileops.c里面。从上面可以看出wfile单独定义的操作只有5个。

IO_FILE结构体

通过源码可以看出，_IO_FILE结构体经过了很多次的完善。

在调试中可以看到全部信息。

全部清空函数（fflush）

可以看出 fflush函数在参数为空时，清空(_IO_flush_all_lockp => _IO_OVERFLOW)全部文件；不为空时，同步(sync)指定文件，两种情况执行步骤不同。

FSOP

FSOP执行是靠_IO_flush_all_lockp，该函数的功能是刷新所有FILE结构体的输出缓冲区，执行这个程序的时候会沿着fp->chain执行overflow程序。

_IO_flush_all_lockp调用函数的时机包括：

• 执行abort函数时。（2.27之后不再刷新）
• __malloc_assert（仅刷新 stderr ，2.36后不再刷新）
• 执行exit函数时。
• 从main函数返回时。（也是执行exit）

首先是abort函数的流程，利用的double free漏洞触发，栈回溯为：

exit 函数，栈回溯为：

程序正常退出，栈回溯为：

21.猜想

从上面可以看出，很多函数并没有用，但为什么还要设置这些呢？以下是我的猜想。

1. glibc的文件操作经历了很多版本迭代，为了兼容之前的版本，保留了很多没有用的操作。
2. 跳表种类很多，我们目前看到的是file操作，还有字符操作（str）、宽字符（wdate）操作、帮助文档操作（help）等等，有一些操作是独有的，类似于_IO_new_file_xsputn。有一些是通用的操作，类似于_IO_default_uflow。
3. 现将框架搭起来，如果以后有需要的时候可以方便进行扩展。

对这些清楚了之后，我们就可以看看其他的house到底是干什么的了。

四、虚表检测

虚表检测是2.24之后加入的内容，IO_validate_vtable检测如果虚表超出范围就进入_IO_vtable_check函数。各路大神找到的house很多都不是打file的跳表，而是其他处理跳表，但都差不太多。简要梳理如下。

1. 2.23 的没有任何限制，可以将vtable 劫持在堆上并修改其内容，然后触发FSOP，
2. 2.24 引入了vtable check，使得将vtable 整体劫持到堆上已不可能，大佬发现可以使用内部的vtable中_IO_str_jumps或_IO_wstr_jumps来进行利用。
3. 2.31 中将_IO_str_finish函数中强制执行free函数，导致无法使用上述问题，因而催生出其他调用链。

虚表范围

虚表位置判断主要在IO_validate_vtable函数，2.37以前判断区间为_IO_helper_jumps - _IO_str_jumps之间的区域 0xd60，里面有以下虚表。

攻击_IO_vtable_check

在IO_validate_vtable函数检查如果虚表超出范围，会进入_IO_vtable_check函数，

这里就很有意思，也就是说GNU其实也同意你能够外部重构vtable，只是要满足一定条件。那么我们还是可以绕过虚表检测的。

1. 泄露ptr_guard，反算IO_accept_foreign_vtables然后修改。
2. 因为IO_accept_foreign_vtables中基本都是0，直接将ptr_guard修改为&_IO_vtable_check也可以。

但无论如何我们都需要有ld文件。

外置虚表

check_stdfiles_vtables函数是设置外置虚表的函数，如果能执行这个函数，也可以绕过虚表检测。

五、宽字符跳表

将宽字符函数调用单独拿出来主要是因为，目前（2.36及以前，2.37也没有修订）宽字符跳表的引用没有加入保护，house_of_apple house_of_cat都是利用这一点。

以2.36为例，目前，涉及到宽字符跳转的函数一共有19个，也就是说跳表中的都定义了。

但实际上有引用的仅为以下4个

其中，_IO_WSETBUF仅用在_IO_setbuffer中，也就是我们经常用的setbuf

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