Double Free

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基本信息

如果你多次释放一块内存，它可能会破坏分配器的数据并打开攻击的门。事情是这样的：当你释放一块内存时，它会返回到一个空闲块的列表中（例如“快速 bin”）。如果你连续两次释放同一块内存，分配器会检测到这一点并抛出错误。但如果你在两次释放之间释放了另一块内存，双重释放检查就会被绕过，导致数据损坏。

现在，当你请求新的内存（使用 malloc）时，分配器可能会给你一个已经被释放两次的块。这可能导致两个不同的指针指向同一内存位置。如果攻击者控制了其中一个指针，他们可以更改该内存的内容，这可能导致安全问题，甚至允许他们执行代码。

示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
// Allocate memory for three chunks
char *a = (char *)malloc(10);
char *b = (char *)malloc(10);
char *c = (char *)malloc(10);
char *d = (char *)malloc(10);
char *e = (char *)malloc(10);
char *f = (char *)malloc(10);
char *g = (char *)malloc(10);
char *h = (char *)malloc(10);
char *i = (char *)malloc(10);

// Print initial memory addresses
printf("Initial allocations:\n");
printf("a: %p\n", (void *)a);
printf("b: %p\n", (void *)b);
printf("c: %p\n", (void *)c);
printf("d: %p\n", (void *)d);
printf("e: %p\n", (void *)e);
printf("f: %p\n", (void *)f);
printf("g: %p\n", (void *)g);
printf("h: %p\n", (void *)h);
printf("i: %p\n", (void *)i);

// Fill tcache
free(a);
free(b);
free(c);
free(d);
free(e);
free(f);
free(g);

// Introduce double-free vulnerability in fast bin
free(h);
free(i);
free(h);


// Reallocate memory and print the addresses
char *a1 = (char *)malloc(10);
char *b1 = (char *)malloc(10);
char *c1 = (char *)malloc(10);
char *d1 = (char *)malloc(10);
char *e1 = (char *)malloc(10);
char *f1 = (char *)malloc(10);
char *g1 = (char *)malloc(10);
char *h1 = (char *)malloc(10);
char *i1 = (char *)malloc(10);
char *i2 = (char *)malloc(10);

// Print initial memory addresses
printf("After reallocations:\n");
printf("a1: %p\n", (void *)a1);
printf("b1: %p\n", (void *)b1);
printf("c1: %p\n", (void *)c1);
printf("d1: %p\n", (void *)d1);
printf("e1: %p\n", (void *)e1);
printf("f1: %p\n", (void *)f1);
printf("g1: %p\n", (void *)g1);
printf("h1: %p\n", (void *)h1);
printf("i1: %p\n", (void *)i1);
printf("i2: %p\n", (void *)i2);

return 0;
}

在这个例子中，填充 tcache 以包含多个已释放的块（7）后，代码 释放块 h，然后释放块 i，再释放 h，导致双重释放（也称为 Fast Bin dup）。这打开了在重新分配时接收重叠内存地址的可能性，这意味着两个或多个指针可以指向同一内存位置。通过一个指针操纵数据可以影响另一个，造成严重的安全风险和潜在的利用。

执行时，请注意 i1 和 i2 得到了相同的地址：

初始分配：
a: 0xaaab0f0c22a0
b: 0xaaab0f0c22c0
c: 0xaaab0f0c22e0
d: 0xaaab0f0c2300
e: 0xaaab0f0c2320
f: 0xaaab0f0c2340
g: 0xaaab0f0c2360
h: 0xaaab0f0c2380
i: 0xaaab0f0c23a0
重新分配后：
a1: 0xaaab0f0c2360
b1: 0xaaab0f0c2340
c1: 0xaaab0f0c2320
d1: 0xaaab0f0c2300
e1: 0xaaab0f0c22e0
f1: 0xaaab0f0c22c0
g1: 0xaaab0f0c22a0
h1: 0xaaab0f0c2380
i1: 0xaaab0f0c23a0
i2: 0xaaab0f0c23a0

示例

• Dragon Army. Hack The Box

• 我们只能分配 Fast-Bin 大小的块，除了大小为 0x70，这阻止了通常的 __malloc_hook 覆盖。

• 相反，我们使用以 0x56 开头的 PIE 地址作为 Fast Bin dup 的目标（1/2 概率）。

• PIE 地址存储的一个地方是在 main_arena 中，它位于 Glibc 内部，并靠近 __malloc_hook

• 我们针对 main_arena 的特定偏移量来分配一个块，并继续分配块，直到到达 __malloc_hook 以获取代码执行。

• zero_to_hero. PicoCTF

• 使用 Tcache bins 和一个 null-byte 溢出，我们可以实现双重释放情况：

• 我们分配三个大小为 0x110 的块（A，B，C）

• 我们释放 B

• 我们释放 A 并重新分配以使用 null-byte 溢出

• 现在 B 的大小字段为 0x100，而不是 0x111，所以我们可以再次释放它

• 我们有一个大小为 0x110 的 Tcache-bin 和一个大小为 0x100 的 Tcache-bin，它们指向相同的地址。因此我们有一个双重释放。

• 我们利用双重释放使用 Tcache poisoning

参考

• https://heap-exploitation.dhavalkapil.com/attacks/double_free

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