fun-fiber

这是一道很有意思的题，是一个简单协程的实现方式，是我从看雪holling师傅发的文章里面看见的，第一次看见这种题，人生有很多第一次 :)

如果你对glibc里面协程实现方式不是很了解的话，需要去了解一下：

https://segmentfault.com/p/1210000009166339/read#2-1-_getcontext_u5B9E_u73B0

这篇文章讲的比较清楚，如果是第一次接触ucontext_t的话，这篇文章是不二之选。

要了解是ucontext_t基本结构和四个函数：

typedef struct ucontext
{
	unsigned long int uc_flags;
	struct ucontext *uc_link; //后继上下文
	stack_t uc_stack; //用户自定义栈
	mcontext_t uc_mcontext; //保存当前上下文，即各个寄存器的状态
	__sigset_t uc_sigmask; //保存当前线程的信号屏蔽掩码

} ucontext_t;

int getcontext(ucontext_t *ucp); //将当前的寄存器状态放进ucp里面，相当于保存当前状态。

int setcontext(const ucontext_t *ucp); //从ucp取出状态恢复上下文。

void makecontext(ucontext_t *ucp, void (*func)(), int argc, ...); //设置已经初始过的ucp，改变其具指向的上下文

int swapcontext(ucontext_t *oucp, ucontext_t *ucp);//切换ucp保存的状态，并保存当前的状态到oucp

这里值得一提的是，ucontext_t->uc_link的用来保存后继的上下文。这点是怎么做到的可以去看看具体的swapcontext的汇编代码，这几个函数几乎都是用内联的汇编直接写的。它会劫持调用指定函数的ret来进行ucontext_t后继状态的切换。不过这道题没那么复杂。

这道题的难点都在于你对协程应用的了解，具体exp过程holling的文章已经写的很详细，在这里我只想记录一下我当时一些想法和心得。

协程很关键的地方在于状态的切换，比如现在执行的某个过程，到一定程度，你需要去暂停当前的状态，转而去执行另一项任务，就相当于cpu分配给执行程序的时间片一样。什么时候该切，在切的时候需要注意什么，这是我们需要关注的。

这道题就体现了单线程下的协程中临界区存在的问题。先把题目给的source贴一下

#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <ucontext.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
 
// CRC
 
static uint32_t crc32_tab[] = {
  0x00000000, 0x77073096, 0xee0e612c, 0x990951ba, 0x076dc419, 0x706af48f,
  0xe963a535, 0x9e6495a3, 0x0edb8832, 0x79dcb8a4, 0xe0d5e91e, 0x97d2d988,
  0x09b64c2b, 0x7eb17cbd, 0xe7b82d07, 0x90bf1d91, 0x1db71064, 0x6ab020f2,
  0xf3b97148, 0x84be41de, 0x1adad47d, 0x6ddde4eb, 0xf4d4b551, 0x83d385c7,
  0x136c9856, 0x646ba8c0, 0xfd62f97a, 0x8a65c9ec, 0x14015c4f, 0x63066cd9,
  0xfa0f3d63, 0x8d080df5, 0x3b6e20c8, 0x4c69105e, 0xd56041e4, 0xa2677172,
  0x3c03e4d1, 0x4b04d447, 0xd20d85fd, 0xa50ab56b, 0x35b5a8fa, 0x42b2986c,
  0xdbbbc9d6, 0xacbcf940, 0x32d86ce3, 0x45df5c75, 0xdcd60dcf, 0xabd13d59,
  0x26d930ac, 0x51de003a, 0xc8d75180, 0xbfd06116, 0x21b4f4b5, 0x56b3c423,
  0xcfba9599, 0xb8bda50f, 0x2802b89e, 0x5f058808, 0xc60cd9b2, 0xb10be924,
  0x2f6f7c87, 0x58684c11, 0xc1611dab, 0xb6662d3d, 0x76dc4190, 0x01db7106,
  0x98d220bc, 0xefd5102a, 0x71b18589, 0x06b6b51f, 0x9fbfe4a5, 0xe8b8d433,
  0x7807c9a2, 0x0f00f934, 0x9609a88e, 0xe10e9818, 0x7f6a0dbb, 0x086d3d2d,
  0x91646c97, 0xe6635c01, 0x6b6b51f4, 0x1c6c6162, 0x856530d8, 0xf262004e,
  0x6c0695ed, 0x1b01a57b, 0x8208f4c1, 0xf50fc457, 0x65b0d9c6, 0x12b7e950,
  0x8bbeb8ea, 0xfcb9887c, 0x62dd1ddf, 0x15da2d49, 0x8cd37cf3, 0xfbd44c65,
  0x4db26158, 0x3ab551ce, 0xa3bc0074, 0xd4bb30e2, 0x4adfa541, 0x3dd895d7,
  0xa4d1c46d, 0xd3d6f4fb, 0x4369e96a, 0x346ed9fc, 0xad678846, 0xda60b8d0,
  0x44042d73, 0x33031de5, 0xaa0a4c5f, 0xdd0d7cc9, 0x5005713c, 0x270241aa,
  0xbe0b1010, 0xc90c2086, 0x5768b525, 0x206f85b3, 0xb966d409, 0xce61e49f,
  0x5edef90e, 0x29d9c998, 0xb0d09822, 0xc7d7a8b4, 0x59b33d17, 0x2eb40d81,
  0xb7bd5c3b, 0xc0ba6cad, 0xedb88320, 0x9abfb3b6, 0x03b6e20c, 0x74b1d29a,
  0xead54739, 0x9dd277af, 0x04db2615, 0x73dc1683, 0xe3630b12, 0x94643b84,
  0x0d6d6a3e, 0x7a6a5aa8, 0xe40ecf0b, 0x9309ff9d, 0x0a00ae27, 0x7d079eb1,
  0xf00f9344, 0x8708a3d2, 0x1e01f268, 0x6906c2fe, 0xf762575d, 0x806567cb,
  0x196c3671, 0x6e6b06e7, 0xfed41b76, 0x89d32be0, 0x10da7a5a, 0x67dd4acc,
  0xf9b9df6f, 0x8ebeeff9, 0x17b7be43, 0x60b08ed5, 0xd6d6a3e8, 0xa1d1937e,
  0x38d8c2c4, 0x4fdff252, 0xd1bb67f1, 0xa6bc5767, 0x3fb506dd, 0x48b2364b,
  0xd80d2bda, 0xaf0a1b4c, 0x36034af6, 0x41047a60, 0xdf60efc3, 0xa867df55,
  0x316e8eef, 0x4669be79, 0xcb61b38c, 0xbc66831a, 0x256fd2a0, 0x5268e236,
  0xcc0c7795, 0xbb0b4703, 0x220216b9, 0x5505262f, 0xc5ba3bbe, 0xb2bd0b28,
  0x2bb45a92, 0x5cb36a04, 0xc2d7ffa7, 0xb5d0cf31, 0x2cd99e8b, 0x5bdeae1d,
  0x9b64c2b0, 0xec63f226, 0x756aa39c, 0x026d930a, 0x9c0906a9, 0xeb0e363f,
  0x72076785, 0x05005713, 0x95bf4a82, 0xe2b87a14, 0x7bb12bae, 0x0cb61b38,
  0x92d28e9b, 0xe5d5be0d, 0x7cdcefb7, 0x0bdbdf21, 0x86d3d2d4, 0xf1d4e242,
  0x68ddb3f8, 0x1fda836e, 0x81be16cd, 0xf6b9265b, 0x6fb077e1, 0x18b74777,
  0x88085ae6, 0xff0f6a70, 0x66063bca, 0x11010b5c, 0x8f659eff, 0xf862ae69,
  0x616bffd3, 0x166ccf45, 0xa00ae278, 0xd70dd2ee, 0x4e048354, 0x3903b3c2,
  0xa7672661, 0xd06016f7, 0x4969474d, 0x3e6e77db, 0xaed16a4a, 0xd9d65adc,
  0x40df0b66, 0x37d83bf0, 0xa9bcae53, 0xdebb9ec5, 0x47b2cf7f, 0x30b5ffe9,
  0xbdbdf21c, 0xcabac28a, 0x53b39330, 0x24b4a3a6, 0xbad03605, 0xcdd70693,
  0x54de5729, 0x23d967bf, 0xb3667a2e, 0xc4614ab8, 0x5d681b02, 0x2a6f2b94,
  0xb40bbe37, 0xc30c8ea1, 0x5a05df1b, 0x2d02ef8d
};
 
uint32_t crc32(uint32_t crc, const unsigned char *buf, size_t size) {
  const uint8_t *p;
 
  p = buf;
  crc = crc ^ ~0U;
 
  while (size--) {
    crc = crc32_tab[(crc ^ *p++) & 0xFF] ^ (crc >> 8);
  }
 
  return crc ^ ~0U;
}
 
// Fiber
 
static ucontext_t *g_fib;
static ucontext_t *g_active_fibs;
static ucontext_t *g_unactive_fibs;
 
void fiber_init() {
  ucontext_t *fib = malloc(sizeof(ucontext_t));
  getcontext(fib);
  fib->uc_link = 0;
  g_fib = fib;
  g_active_fibs = fib;
}
 
void fiber_yield() {
  ucontext_t *next = g_fib->uc_link;
  if (next == NULL)
    next = g_active_fibs;
 
  if (next == g_fib)
    return;
 
  ucontext_t *current_context = g_fib; // g_fib 
  g_fib = next;
  swapcontext(current_context, g_fib);  //first g_active_fib  swapcontent(g_fib,g_fib)
}
 
void __fiber_new(void (*f)()) {
  f();
  while (1)
    fiber_yield();
}
 
void fiber_new(void (*func)()) {
  ucontext_t *fib = malloc(sizeof(ucontext_t));
  getcontext(fib); //init current status
 
  fib->uc_stack.ss_sp = malloc(0x8000); // init customize stack
  fib->uc_stack.ss_size = 0x8000; 
 
  makecontext(fib, (void*)__fiber_new, 1, func); //
  printf("Starting Worker #%08x\n", (unsigned)fib);
  fib->uc_link = g_active_fibs; 
  g_active_fibs = fib;
}
 
int fiber_toggle(ucontext_t *moving, ucontext_t **from, ucontext_t **to) {
  ucontext_t *fib = *from;
  ucontext_t *last = NULL;
  while(fib != NULL && fib != moving) {
    last = fib;
    fib = fib->uc_link;
  }
  if(fib == NULL)
    return 1;
 
  if(last == NULL)
    *from = fib->uc_link;
  else
    last->uc_link = moving->uc_link;//unlink
 
  moving->uc_link = *to;//insert to other queue
  *to = moving;
  return 0;
}
 
int fiber_pause(void *id) {
  return fiber_toggle(id, &g_active_fibs, &g_unactive_fibs);
}
 
int fiber_resume(void *id) {
  return fiber_toggle(id, &g_unactive_fibs, &g_active_fibs);
}
 
// Lock free stack
struct node {
  void *entry;
  struct node* next;
};
 
struct node* job_stack;
struct node* result_stack;
 
void push(struct node **stack, void* e){
  struct node* n = malloc(sizeof(struct node));
  n->entry = e;
  n->next = *stack;
  *stack = n;
}
 
void* pop(struct node **stack) {
  struct node *old_head, *new_head;
  while(1) {
    old_head = *stack;
    if(old_head == NULL){
      return NULL;//empty stack case
    }
    new_head = old_head->next;
    /*
    这里用了一个中间变量来判断临界区有效性，但是这里存在堆上内存空间的复用
	
	第一次yield的时候，worker都会停在这里。不会继续执行下去

    */
    fiber_yield();//exploit here
    if(*stack == old_head) {
      *stack = new_head;//if exploit properly, *stack can be setted to a dangling pointer
      break;
    }
  }
 
  void *result = old_head->entry;
  free(old_head);
  return result;
}
 
// App
 
struct job {
  unsigned int id;
  unsigned int len;
  unsigned char *input;
  unsigned int *result;
};
 
unsigned int job_id = 0;
unsigned int n_jobs = 0;
unsigned int n_workers = 0;
unsigned int n_results = 0;
 
void worker() {
  while(1) {
    printf("[Worker #%08x] Getting Job\n", (unsigned)g_fib);
    struct job* job = pop(&job_stack);
    if(job == NULL) {
      printf("[Worker #%08x] Empty queue, sleeping\n", (unsigned)g_fib);
      fiber_yield();
      continue;
    }
    printf("[Worker #%08x] Got a job\n", (unsigned)g_fib);
 
    *(job->result) = crc32(0, job->input, job->len);
    n_jobs -= 1;
    n_results += 1;
    push(&result_stack, (void*)job);
  }
}
 
int menu() {
  printf("Menu: (stats: %d workers, %d jobs, %d results)\n", n_workers, n_jobs, n_results);
  printf("  1. Request CRC32 computation\n");
  printf("  2. Add a worker\n");
  printf("  3. Yield to workers\n");
  printf("  4. Toggle worker\n");
  printf("  5. Gather some results\n");
  printf("  6. Exit\n");
  printf("> ");
  int choice;
  scanf("%d", &choice);
  fgetc(stdin); // consume new line
  return choice;
}
 
int main() {
  unsigned int wid, size;
  setbuf(stdout, 0);
  fiber_init();
  printf("=================================\n");
  printf("===     CRC32 As A Service     ==\n");
  printf("=================================\n\n");
 
  while(1) {
    switch(menu()) {
      case 1:
        if(n_jobs < 10) {
          printf("Size: ");
          scanf("%d", &size);
          fgetc(stdin); // consume new line
          if(size > 0x100) {
            printf("Error: input needs to be smaller than 0x100");
          } else {
            unsigned char *input = malloc(size);
            printf("Contents:\n");
            assert(size == fread(input, 1, size, stdin));
 
            struct job *job = malloc(sizeof(struct job));
            job->id = job_id;
            job->len = size;
            job->input = input;
            job->result = malloc(sizeof(unsigned int));
 
            push(&job_stack, job);
            n_jobs += 1;
 
            printf("Requested job. ID: #%08x\n", job_id++);
          }
        } else {
          printf("Error: job worker limit\n");
        }
        break;
      case 2:
        if(n_workers < 4) { // max 4 workers
          n_workers++; 
          fiber_new(worker);
        } else {
          printf("Error: reached worker limit\n");
        }
        break;
      case 3:
        printf("Working...\n");
        fiber_yield();
        printf("Finished working for now.\n");
        break;
      case 4:
        printf("Worker ID: #");
        scanf("%x", &wid);
        fgetc(stdin); // consume new line
        if(fiber_pause((ucontext_t *)wid) == 0) {
          printf("Pausing worker #%08x.\n", wid);
        } else if(fiber_resume((ucontext_t *)wid) == 0) {
          printf("Resuming worker #%08x.\n", wid);
        } else {
          printf("Error: Worker #%08x not found.\n", wid);
        }
        break;
      case 5:
        while(1) {
          struct job *job = pop(&result_stack);
          if(job == NULL) {
            printf("No more results right now. Try again later.\n");
            n_results = 0;
            break;
          } else {
            printf("Job #%08x result: %08x\n", job->id, *job->result);
            free(job->result);
            free(job);
          }
        }
        break;
      default:
        return 0;
    }
  }
  return 0;
}

主要功能提供是crc的计算，在此之前我还去特意复习了一下crc，大学学的几乎全忘了 ：(

整个过程相当于一个协程池，job_stack是tasks，wokers相当于协程，关注点在于什么切的状态。最先遇到切状态的点在于pop里面

void* pop(struct node **stack) {
  struct node *old_head, *new_head;
  while(1) {
    old_head = *stack;
    if(old_head == NULL){
      return NULL;//empty stack case
    }
    new_head = old_head->next;
    fiber_yield();//exploit here
    if(*stack == old_head) {
      *stack = new_head;//if exploit properly, *stack can be setted to a dangling pointer
      break;
    }
  }
  void *result = old_head->entry;
  free(old_head);
  return result;
}

对于临界区的正常读写处理应该是先给临界区加锁。比如这里pop应该是一个原子操作，包括出栈和读写。但是这里你可以看到的是，它却在读以后，并没有出栈，而是直接切了状态。这样做其实也没有问题，在多线程操作的如果不能加锁，在进行对临界区数据处理的时候，应该进行相应的数据效验，判断这个拿到的数据是不是有效的。它也做了这个操作，但是这个check操作显然不太合适，仅仅比较了拿到的数据 是否还是栈顶元素，并没有进一步验证数据的内容完整性。

起初这个题我是x64编译，x64编译和x32这里有一点点小差异。差异在哪呢？

就是当malloc(sizeof(struct job)) free 掉以后会进入fastbins[0] 和node，job->result一样。其实这里也影响不大，照样可以让job->result malloc到我们想要的fastbin chunk

这里的exp可能有一点绕。因为一直在会经历很多次出栈压栈。目标chunk的位置的引用一直在变。

具体exp的过程就是

1. 申请开始2个worker，这里开始就直接申请两个worker是有好处的便于计算heap address。
2. 再添加两个job。
3. 第一次fiber_yield。第一次fiber_yield ,两个worker的状态都会停在pop的地方，拿到的job都是栈顶元素。
4. 暂停第一个worker，再次fiber_yield ,让第二个worker处理完栈顶的job。把结果压入结果栈。
5. 输出结果，在这里输出的结果的时候。同样会经历pop，第二个worker也会处理完，把结构压入结果栈。接下来就是输出结果，输出结果的时候首先会释放result_node ,再释放job->result, 这两个都是在32位下都是fastbin[0]0x10下面的chunk，这个时候很巧妙是fastbin的结构。

首先是job入栈，然后是job_node出栈，然后result_node入栈，然后result_node出栈，同时释放所有job结构，但是这里job->input始终是不会释放的。正是因为这种对称的流程，在完成两个job以后，fastbin[0]会有四个chunk。如果再次分配正常job，确保input的大小还是大于0xc。释放的第一次栈顶node内存空间,同样还是栈顶node。

这时候再次恢复被pause的worker1，check的条件还是成立。这里会继续将栈顶元素出栈。同时栈顶变成了原先第二个job_node,但是这个job_node 现在还躺在fastbin里面。所以这里造成了一个UAF。

如何利用这个UAF来改变进程控制呢？简单

再次把worker1 pause掉。只要一个worker处理就行了，两个worker指向现在都是一样的，都是在fastbin里面的那个node。仔细看malloc的流程。如果这次让input的size小于0xc，input也会拿到0x10的chunk，这个uaf指向的node 就会被分配给接下来的job->result。

这时在来一次yield。会开始计算我们新分配的job，同时结果写进了job->result, 也写进了next_job_node的entry。所以这里我们可以拿到一个任意地址的job结构。同时有了这个伪造job我们就可以射任何地方了

struct job {
  unsigned int id;
  unsigned int len;
  unsigned char *input; //写的内容 当然这里还是要爆破滴滴滴
  unsigned int *result; // 写哪里
};

这道题因为crc的存在。不能直接写，得爆破一下。 再就是考虑设哪里，射__malloc_hook 这些需要先leak先libc_base,所以这里还是得射stack上，来搞ROP。这也是这题我学到的东西。

worker的栈在heap上，所以这道题射worker的栈，第一步就是切栈，把栈切到事先准备好的job的input上，前面已经说过了这里job->input永远都不会被释放，所以这里还是安逸的。如何切呢？

在fiber_yield会用用leave/ret来切上下文。 leave == mov esp ebp; pop ebp.所以这里最好的就是在这里直接射ebp。holling师傅没有用算术gadget来加减 got表上的函数地址来计算system的地址。直接用的是put和scanf的函数调用，这里跳内存方式也很精髓，也不能说跳内存，应该是循环调用函数。循环的用leave来切栈。在x32确实很方便。

这道题花费前前后后应该1天多。但是值得，工作的时候无法一直看，只能断断续续的看。第一次看这种类型题，但是人生有很多第一次。以后出现并发的先看临界区。：）