堆漏洞挖掘:17---last remainder

一、什么是last remainder

• 如果在bins链中存在freechunk时，当我们去malloc的时候，malloc的请求大小比freechunk的大小小，那么arena就会切割这个freechunk给malloc使用，那么切割之后剩余的chunk就被称为“last remainder”
• 当产生last remainder之后，表示arena的malloc_state结构体中的last_remainder成员指针就会被初始化，并且指向这个last remainder

二、last remainder产生的情景（重点）

• malloc的时候，不论malloc的大小，首先会去检查每个bins链（出去fastbins链）是否有与malloc相等大小的freechunk，如果没有就去检查bins链中是否有大的freechunk可以切割，如果切割，那么就切割大的freechunk，那么切割之后的chunk成为last remainder，并且last remainder会被放入到unsortedbin中

切割unsortedbin其实就是_int_malloc函数的for大循环的第一步，切割smallbins、largebins其实就是_int_malloc函数的for大循环的第三步（见_int_malloc函数文章：https://blog.csdn.net/qq_41453285/article/details/99005759）

切割unsortedbin中的大chunk时：

当unsortedbin有对应的freechunk可以给malloc切割使用时，unsortedbin会发生以下步骤：

• ①先将这些freechunk放置到对应大小的bins链上（放入smallbin或largebin）
• ②放置到对应的bins链上之后，切割此freechunk
• ③切割之后会产生last remainder，再将last remainder放到unsortedbin上

例如：

• 此时，unsortedbin有两个0x800的freechunk
• 此时申请一个0x600的chunk
• 那么unsortedbin会先consolidate，把两个0x800的freechunk先移动到largebin中
• 然后再切割largebin的freechunk，将切割后余留下的0x200放入unsortedbin

切割smallbins、largebins中的大chunk时：

• ①切割smallbins或者largebins中的大freechunk，产生last remainder
• ②将last remainder放入到unsortedbin中

• 注意（重点）：malloc永远不会去检测切割fastbins（详情见_int_malloc函数的执行顺序）

三、last remainder的consolidate

• 概念：当我们切割一个bins链中的大chunk时产生last reminader时，会发生consolidate，但是此种consolidate不会去整理fastbins中的freechunk（重点）

四、演示案例

#include 
#include
#include
#include
int main(){
    int size = 0x120;
    void *p = malloc(size);
    void *junk = malloc(size);  //放置释放p和q之后，p和q发生合并
    void *q = malloc(size);
    void *r = malloc(size);   //放置释放q之后，q和topchunk发生合并
	
    printf("p:0x%x\n",p);
    printf("q:0x%x\n",q);
    printf("r:0x%x\n",r);
	
    strcpy(p,"aaaaaaaabbbbbbbb");
    strcpy(q,"ccccccccdddddddd");
    strcpy(r,"eeeeeeeeffffffff");
    
    sleep(0);  //只为了打断点使用，无其他作用
    free(p);
	
    sleep(0);
    free(q);
	
    sleep(0);
    malloc(0x90);
    sleep(0);

    return 0;
}

• 第一步：打断点到第一个sleep，并运行程序

• 第二步：c一下，来到第二个sleep，此时p已经被释放

• 第三步：c一下，来到第三个sleep，此时q也被释放

• 第四步：c一下，来到第四个sleep，此时申请了一块0x90的chunk，在glibc中其实是申请了0xa0的chunk

因为p是先被放入unsortedbin的，所以malloc(0x90)时切割的就是p所指的chunk，可以看到原先的0x130的堆块前0xa0给malloc使用了，剩下的0x30就是我们的last remainder

并且通过bins可以看到，此次切割还触发了一次unsortedbin的consolidate，使q所指的chunk被整理到了smallbin中，但是切割之后的last remainder还留在unsortedbin中

• 第五步：查看一下表示arnea的struct malloc_state结构体的last_remainder指针此时指向了我们的last remainder

五、演示案例

#include 
#include 

int main()
{
    int size=0x30;
    int size2=0x200;

    int *p1=malloc(size);
    int *p2=malloc(size2);
    int *temp=malloc(size); //防止p2和p3都被释放之后，p2和p3发生合并
    int *p3=malloc(size2);
    int *temp2=malloc(size); //防止p3被释放之后与topchunk合并

    sleep(0);  //只为打断点使用
    free(p1);

    sleep(0);
    free(p2);
    free(p3);

    sleep(0);
    malloc(0x100);

    sleep(0);
    return 0;
}

• 第一步：打端点到sleep并运行起来

• 第二步：c一下释放p1，可以看到其被加到fastbin中

• 第三步：c一下，释放p2和p3，可以看到p2和p3都被加到unsortedbin中

• 第四步：c一下，又申请了一个0x100的堆块，此时会去切割unsortedbin中的freechunk，并且触发consolidate，但是这个consolidate没有去整理fastbins，fastbins中的chunk没有变动

六、演示案例

#include 
#include 

int main()
{
    int size=0x300;
    
    int *p1=malloc(size);
    int *p2=malloc(size);  //防止p1被释放之后与topchunk合并
    
    sleep(0);  //为了程序打断点使用，无其他作用
    free(p1);

    sleep(0);
    malloc(0x700);

    sleep(0);
    malloc(0x200);

    return 0;
}

• 第一步：打断点到sleep函数，运行程序，查看一下当前的堆块

• 第二步：n几下，释放p1，可以看到p1被放入unsortedbin中

• 第三步：n几下，malloc(0x700)的堆块，此时unsortedbin中的chunk（p1）被整理到smallbins中

• 第四步：n几下，然后申请一个0x200的堆块，申请的时候malloc发现smallbins中有满足的chunk可以切割，于是就去切割smallbins中的堆块，并产生last remainder，将last remainder放入unsortedbin中

七、演示案例

#include 
#include 

int main()
{
    int size=0x300;
    
    int *temp=malloc(0x30);
    int *p1=malloc(size);

    //防止p1释放并consolidate到smallbins中之后，再释放p2导致p1和p2合并，合并之后又被放入unsortedbin中
    int *temp2=malloc(0x30);

    int *p2=malloc(0x100); 
    int *p3=malloc(size);//防止p2被释放之后与topchunk合并
    
    sleep(0);  //为了程序打断点使用，无其他作用
    free(p1);

    sleep(0);
    malloc(0x700);
    
    sleep(0);
    free(temp);
    free(p2);

    sleep(0);
    malloc(0x200);

    return 0;
}

• 第一步：打断点到sleep，运行程序，并查看当前堆块（由于屏幕原因，topchunk没有截图下来）

• 第二步：c一下，释放p1

• 第三步：c一下，malloc(0x700)，将unsortedbin中的p1整理到smallbin中

• 第四步：c一下，释放temp和p2，此时temp被放入fastbins中，p2被放入unsortedbin中（注意：如果没有temp2这个堆块，此处释放p2之后，由于p1和p2是物理相邻的chunk，那么p1和p2就会合并然后一起放入到unsortedbin中了）

• 第五步：n几下，malloc(0x200)，此时malloc会切割smallbins中的p1，并产生last remainder（0x602250），并把last remainder放入到unsortedbin中。由于切割chunk并产生last remainder会发生consolidate，所以unsortedbin中的p2从unsortedbin中整理到smallbins中（由于此种情况的consolidate不会整理fastbins中的chunk，所以fastbins中的chunk仍然在fastbins中）