Stack & Heap
Stack & Heap — Fundamentos, Diferenças e Exploração
Objetivo – capacitar o aluno a distinguir de forma cirúrgica como stack e heap são criadas, usadas e corrompidas, e a empregar esse conhecimento em engenharia reversa, fuzzing e exploit development.
1 Visão de alto nível
Aspecto
Stack
Heap
Criação
Automática no início do processo
On‑demand (malloc/new, HeapAlloc, VirtualAlloc)
Gerente
CPU + ABI + SO
Alocador (ptmalloc, jemalloc, LFH, Segment Heap)
Crescimento
Endereços decrescentes (↑ altos → baixos)
Endereços cresc entes (↓ baixos → altos)
Finalidade
Frames de função, variáveis locais, endereço de retorno
Objetos dinâmicos, buffers longos, estruturas complexas
Velocidade
Muito rápida (ajuste de ponteiro)
Mais lenta (metadados, listas)
Limite
Tamanho fixo por thread (ex.: 8 MB Linux)
Somada à memória virtual disponível
2 Stack em detalhe
Frame‑layout → parâmetros ⟶ endereço de retorno ⟶ RBP anterior ⟶ locais.
Prólogo/epílogo controlam ponteiros
RSP/RBP.Vulnerabilidades clássicas: stack overflow, SROP, stack pivot.
Defesas: canário, NX/DEP, ASLR, shadow stack.
Lab relâmpago –
pwndbg> telescope $rspe veja a torre da função atual.
3 Heap em detalhe (glibc ptmalloc)
3.1 Estrutura malloc_chunk
malloc_chunk (prev_size) ─┐ usado apenas se chunk livre
size ─┤ flag bits in‑use (prev_inuse, mmap, non_main)
fd / bk ─┤ double‑linked lists (bins)
user data ─┘ devolvido ao programa3.2 Zonas e bins
Fastbin (≤0x80)
listas LIFO
double‑free, fastbin dup
tcache (glibc ≥2.26)
cache por thread
tcache poisoning
Unsorted / Small / Large
chunks > 0x80
unsorted bin leak, largebin attack
3.3 Vulnerabilidades chave
Heap Overflow → sobrescreve metadados ou vtables.
Use‑After‑Free (UAF) → ponteiro usa memória já liberada.
Double‑Free → chunk reinserido em lista; permite escrever ponteiros arbitrários.
House of系列 (Force, Spirit, Orange…) – técnicas clássicas de manipulação.
3.4 Proteções modernas
Safe‑linking (glibc 2.32+)
XOR fd com ASLR key
partial overwrite + leak key
Tcache key
0x5555 XOR bitshift
leak via format‑string
LFH cookies (Windows)
Encod. ptr 8 bits
spray + bruteforce
Lab relâmpago – compile
heap_demo.c, usegef> heap binspara visualizar fastbins → provoque double‑free.
4 Stack × Heap em Exploit Chains
Leak pointer da heap via UAF → usa para calcular offset libc.
Pivot stack para página RWX na heap (
pop rsp).ROP/Shellcode reside na heap (menos restrições de tamanho).
Exemplo real (CVE‑2021‑3156 – sudoedit)
Heap overflow altera
struct sudo_locale.Leak ponteiro heap → base libc.
ROP chain construído na stack mas salta para heap para contornar NX.
5 Ferramentas essenciais
Visualizar bins
pwndbg / gef
heap / heap bins
Fuzz heap
AFL + jemalloc debug
custom hooks
Heap spray
pwntools
flat(b'A'*n)
Detect UAF
AddressSanitizer
compile ‑fsanitize=address
6 Checklist de Maestria
7 Referências oficiais
glibc malloc.c (comentado)
ISO C11 §7.22.3 – Memory management
“Advanced Heap Exploitation” – Google Project Zero blog
Windows Low‑Fragmentation Heap Internals (Alex Ionescu)
Heap Exploitation Handbook (RPISEC)
Conhecer a stack ensina a pilotar o fluxo; dominar a heap dá espaço para criar infraestrutura de ataque. Juntas, formam o palco onde toda peça de exploração se apresenta. 🚀
Atualizado