一种检测Android SO的UAF和heap over-flow方法

scxc 看雪学院 2021-03-07

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看雪论坛作者ID：scxc

离职三个月在家闭门造车学习漏洞挖掘，开始的时候是使用各种开源的fuzz框架对github一顿挖，看各种fuzzer和asan实现的原理。直到挖到第一个UAF类型的漏洞，我终于感觉我可能已经入门了。于是便有了此文，分享一下我研究出来的Android全局的UAF和heap over-flow检测的简单思路，供大家一同进步。

UAF

https://github.com/mpv-player/mpv/issues/6808

这是我用honggfuzz发现mpv的一个UAF漏洞。调试完后我有了自己对UAF的理解。

在我看来就是系统free的时候没有将数据清除导致之前存储的内容依然存在，使得该程序依然能够正常运行。但凡free后被其他申请的内存覆盖则程序才有可能报错。

UAF demo

自己写了一个demo 来测试UAF:

#include <stdio.h>
#include <memory.h>
#include <stdlib.h>
struct sample_1{
    char* name;
};
struct sample_2{
    char* name;
    struct sample_1* v0;
};
int main(int argc,char** argv){
    struct sample_1* smp1=(struct sample_1*)malloc(sizeof(struct sample_1));
    smp1->name="smp1";
    struct sample_2* smp2=(struct sample_2*)malloc(sizeof(struct sample_2));
    smp2->name="smp2";
    smp2->v0=smp1;
    free(smp2);
    printf("%s\n",smp2->name);
    printf("%s\n",smp2->v0->name);
    return 0;
}

我们看到在free(smp2)以后程序依然正常运行。

UAF检测思路

看过asan的源码，他采取的是替换free和malloc函数，所以我这里也替换free和malloc，在malloc的时候多分配一个size_t大小用于存储malloc的buffer大小，并放置在buffer前。

在free的时候获取存储的buffer大小进行memset，后在释放。

为测试代码添加了signal处理函数（如果不添加处理函数会显示Segmentation fault: 11），当程序崩溃的时候打印堆栈。

#include <stdio.h>
#include <memory.h>
#include <stdlib.h>
#include <execinfo.h>
#include <signal.h>
#define STORESIZE sizeof(size_t)
struct sample_1{
    char* name;
};
struct sample_2{
    char* name;
    struct sample_1* v0;
};
void show_stack()
{
    int i;
    void *buffer[1024];
    int n = backtrace(buffer, 1024);
    char **symbols = backtrace_symbols(buffer, n);
    for (i = 0; i < n; i++) {
        printf("%s\n", symbols[i]);
    }
}
void signal_handler(int sig) {
    if(SIGSEGV==sig)
    {
        show_stack();
        exit(-1);
    }
    else{
        printf("signal with %d\n",sig);
    }
}
void my_free(void* addr){
    printf("free addr:%p size:%d append_size:%d\n",addr,*(size_t*)((size_t)addr-STORESIZE),STORESIZE);
    memset(addr,0xFF,*(size_t*)((size_t)addr-STORESIZE));
    free((void*)((size_t)addr-STORESIZE));
}
void* my_malloc(size_t len){
    void* addr=malloc(len+STORESIZE);
    printf("malloc addr:%p size:%d app_size:%d\n",(void*)((size_t)addr+STORESIZE),len,STORESIZE);
    *(size_t*)addr=len;
    return (void*)((size_t)addr+STORESIZE);
}
int main(int argc,char** argv){
    signal(SIGSEGV, signal_handler);
    struct sample_1* smp1=(struct sample_1*)my_malloc(sizeof(struct sample_1));
    smp1->name="smp1";
    struct sample_2* smp2=(struct sample_2*)my_malloc(sizeof(struct sample_2));
    smp2->name="smp2";
    smp2->v0=smp1;
    my_free(smp2);
    printf("%s\n",smp2->name);
    printf("%s\n",smp2->v0->name);
    return 0;
}

编译后运行结果如下：

此时我们已经可以检测到UAF，并且捕获了异常。

heap over-flow 检测思路

溢出的检测是在malloc的buffer前后分别添加一个buffer的size 类似[len][buffer][len]，在free的时候检测头尾的len是否相等。如不相等则溢出。

void my_free(void* addr){
    printf("free addr:%p size:%d append_size:%d\n",addr,*(size_t*)((size_t)addr-STORESIZE),2*STORESIZE);
    memset(addr,0xFF,*(size_t*)((size_t)addr-STORESIZE));
    if(*(size_t*)((size_t)addr-STORESIZE)!=((size_t)addr+*(size_t*)((size_t)addr-STORESIZE)))
    {
        printf("heap over_flow!\n");
        show_stack();
        exit(-1);
    }
    free((void*)((size_t)addr-STORESIZE));
}
void* my_malloc(size_t len){
    void* addr=malloc(len+2*STORESIZE);
    printf("malloc addr:%p size:%d app_size:%d\n",(void*)((size_t)addr+STORESIZE),len,2*STORESIZE);
    *(size_t*)addr=len;
    *(size_t*)((size_t)addr+len+STORESIZE)=len;
    return (void*)((size_t)addr+STORESIZE);
}
int main(int argc,char** argv){
    char src[120]="";
    void* dst=my_malloc(100);
    memcpy(dst,src,120);
    my_free(dst);
    return 0;
}

运行结果如下：

实现Android上的全局UAF和heap over-flow检测

这里只说一下思路：

1、全局hook 具体方法可以在论坛找（比如注入app_process）

2、hook malloc 和 free函数将其替换

3、在注入的so中添加signal处理函数，将崩溃或heap overflow的信息记录到文件。

4、运行app （此时已经可以检测该app的so是否存在uaf或heap over-flow漏洞）

以上只是个人的想法与观点，如有不当之处，望各位大佬指出。共同学习进步。

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看雪ID：scxc

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