# ダブルフリー

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## 基本情報

メモリのブロックを複数回解放すると、アロケータのデータが混乱し、攻撃の扉が開かれる可能性があります。これは次のように発生します：メモリのブロックを解放すると、それはフリーチャンクのリスト（例：「ファストビン」）に戻ります。同じブロックを連続して2回解放すると、アロケータはこれを検出し、エラーをスローします。しかし、**その間に別のチャンクを解放すると、ダブルフリーのチェックがバイパスされ**、破損が発生します。

今、新しいメモリを要求すると（`malloc`を使用）、アロケータは**2回解放されたブロック**を返す可能性があります。これにより、2つの異なるポインタが同じメモリ位置を指すことになります。攻撃者がそのポインタの1つを制御している場合、彼らはそのメモリの内容を変更でき、これがセキュリティ問題を引き起こしたり、コードを実行させたりする可能性があります。

例：
```c
#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;
}
```
この例では、tcacheをいくつかの解放されたチャンク（7）で埋めた後、コードは**チャンク`h`を解放し、次にチャンク`i`を解放し、再び`h`を解放することでダブルフリーを引き起こします**（ファストビンの重複とも呼ばれます）。これにより、再割り当て時に重複したメモリアドレスを受け取る可能性が生じ、2つ以上のポインタが同じメモリ位置を指すことができます。1つのポインタを通じてデータを操作すると、他のポインタにも影響を与え、重大なセキュリティリスクと悪用の可能性を生み出します。

実行すると、**`i1`と`i2`が同じアドレスを取得したことに注意してください**：

<pre><code>初期割り当て:
a: 0xaaab0f0c22a0
b: 0xaaab0f0c22c0
c: 0xaaab0f0c22e0
d: 0xaaab0f0c2300
e: 0xaaab0f0c2320
f: 0xaaab0f0c2340
g: 0xaaab0f0c2360
h: 0xaaab0f0c2380
i: 0xaaab0f0c23a0
再割り当て後:
a1: 0xaaab0f0c2360
b1: 0xaaab0f0c2340
c1: 0xaaab0f0c2320
d1: 0xaaab0f0c2300
e1: 0xaaab0f0c22e0
f1: 0xaaab0f0c22c0
g1: 0xaaab0f0c22a0
h1: 0xaaab0f0c2380
<strong>i1: 0xaaab0f0c23a0
</strong><strong>i2: 0xaaab0f0c23a0
</strong></code></pre>

## 例

- [**Dragon Army. Hack The Box**](https://7rocky.github.io/en/ctf/htb-challenges/pwn/dragon-army/)
- サイズ`0x70`を除いて、ファストビンサイズのチャンクしか割り当てられず、通常の`__malloc_hook`の上書きを防ぎます。
- 代わりに、`0x56`で始まるPIEアドレスをファストビンの重複のターゲットとして使用します（1/2の確率）。
- PIEアドレスが保存される場所の1つは`main_arena`で、これはGlibc内にあり、`__malloc_hook`の近くにあります。
- 特定のオフセットの`main_arena`をターゲットにして、そこにチャンクを割り当て、`__malloc_hook`に到達するまでチャンクを割り当て続けてコード実行を取得します。
- [**zero_to_hero. PicoCTF**](https://7rocky.github.io/en/ctf/picoctf/binary-exploitation/zero_to_hero/)
- Tcacheビンとヌルバイトオーバーフローを使用して、ダブルフリーの状況を達成できます：
- サイズ`0x110`のチャンクを3つ（`A`、`B`、`C`）割り当てます。
- `B`を解放します。
- `A`を解放し、ヌルバイトオーバーフローを使用するために再度割り当てます。
- 現在、`B`のサイズフィールドは`0x100`であり、`0x111`ではないため、再度解放できます。
- サイズ`0x110`のTcacheビンとサイズ`0x100`のTcacheビンが同じアドレスを指しているため、ダブルフリーが発生します。
- [Tcache poisoning](tcache-bin-attack.md)を使用してダブルフリーを利用します。

## 参考文献

- [https://heap-exploitation.dhavalkapil.com/attacks/double_free](https://heap-exploitation.dhavalkapil.com/attacks/double_free)

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