Double Free

Reading time: 5 minutes

Osnovne Informacije

Ako oslobodite blok memorije više od jednom, to može poremetiti podatke alokatora i otvoriti vrata napadima. Evo kako se to dešava: kada oslobodite blok memorije, on se vraća u listu slobodnih delova (npr. "brzi bin"). Ako oslobodite isti blok dva puta zaredom, alokator to detektuje i javlja grešku. Ali ako oslobodite drugi deo između, provera duplog oslobađanja se zaobilazi, što uzrokuje oštećenje.

Sada, kada zatražite novu memoriju (koristeći malloc), alokator vam može dati blok koji je oslobođen dva puta. To može dovesti do dva različita pokazivača koji upućuju na istu memorijsku lokaciju. Ako napadač kontroliše jedan od tih pokazivača, može promeniti sadržaj te memorije, što može izazvati sigurnosne probleme ili čak omogućiti izvršavanje koda.

Primer:

#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;
}

U ovom primeru, nakon popunjavanja tcache-a sa nekoliko oslobođenih delova (7), kod oslobađa deo h, zatim deo i, a zatim ponovo h, uzrokujući double free (poznat i kao Fast Bin dup). Ovo otvara mogućnost dobijanja preklapajućih memorijskih adresa prilikom ponovnog alociranja, što znači da dva ili više pokazivača mogu ukazivati na istu memorijsku lokaciju. Manipulacija podacima kroz jedan pokazivač može zatim uticati na drugi, stvarajući kritičan bezbednosni rizik i potencijal za eksploataciju.

Izvršavajući to, obratite pažnju na to kako i1 i i2 imaju istu adresu:

Početne alokacije:
a: 0xaaab0f0c22a0
b: 0xaaab0f0c22c0
c: 0xaaab0f0c22e0
d: 0xaaab0f0c2300
e: 0xaaab0f0c2320
f: 0xaaab0f0c2340
g: 0xaaab0f0c2360
h: 0xaaab0f0c2380
i: 0xaaab0f0c23a0
Nakon ponovnih alokacija:
a1: 0xaaab0f0c2360
b1: 0xaaab0f0c2340
c1: 0xaaab0f0c2320
d1: 0xaaab0f0c2300
e1: 0xaaab0f0c22e0
f1: 0xaaab0f0c22c0
g1: 0xaaab0f0c22a0
h1: 0xaaab0f0c2380
i1: 0xaaab0f0c23a0
i2: 0xaaab0f0c23a0

Primeri

• Dragon Army. Hack The Box
• Možemo alocirati samo Fast-Bin veličine delove osim za veličinu 0x70, što sprečava uobičajeno prepisivanje __malloc_hook.
• Umesto toga, koristimo PIE adrese koje počinju sa 0x56 kao cilj za Fast Bin dup (1/2 šansa).
• Jedno mesto gde se čuvaju PIE adrese je u main_arena, koja se nalazi unutar Glibc i blizu __malloc_hook.
• Ciljamo specifičan pomak main_arena da bismo alocirali deo tamo i nastavljamo sa alokacijom delova dok ne dođemo do __malloc_hook da bismo dobili izvršenje koda.
• zero_to_hero. PicoCTF
• Koristeći Tcache binove i overflow sa null-bajtom, možemo postići situaciju double-free:
• Alociramo tri dela veličine 0x110 (A, B, C)
• Oslobađamo B
• Oslobađamo A i ponovo alociramo da bismo iskoristili overflow sa null-bajtom
• Sada je veličina B-ovog polja 0x100, umesto 0x111, tako da ga možemo ponovo osloboditi
• Imamo jedan Tcache-bin veličine 0x110 i jedan veličine 0x100 koji ukazuju na istu adresu. Tako imamo double free.
• Iskorišćavamo double free koristeći Tcache poisoning

Reference

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